Notstrom für die Heilige Moschee

Eine redundante, hochverfügbare SPS sichert die Netzersatzversorgung für die Klimatisierung und Beleuchtung der bislang größten Erweiterung der Heiligen Moschee in Mekka. Als Zentralsteuerung koordiniert sie nach einem Netzausfall das Anfahren und Synchronisieren von 16 Dieselgeneratoren samt Nebenaggregaten sowie die bedarfsgerechte Lastverteilung. Konzipiert und zügig realisiert hat das komplexe System ein mittelständisches Unternehmen aus der Nähe von Hamburg.

Autor: Frank Schlachter, Siemens AG, Industry Sector, Vertriebsingenieur


Bild 1: Die Kaaba in der Heiligen Moschee (Al-Haram) in Mekka ist das zentrale Heiligtum des Islam. Im Zuge der jüngsten Kapazitätserweiterung für rund 1,5Mio. Pilger gleichzeitig wurde auch ein Central Utility Complex (CUC) zur zentralen Kälteversorgung einschließlich Netzersatzversorgung errichtet.
Bild: Apaimages/Zuma Press/Corbis

Um den kontinuierlich wachsenden Pilgerstrom zur Kaaba, dem zentralen Heiligtum des Islam, weiterhin sicher und reibungslos bewältigen zu können, hat das saudische Königshaus Mitte 2011 die bislang größte Erweiterung der Heiligen Moschee (Al-Haram) in Mekka (Saudi-Arabien) initiiert. Bis zu 1,5 Millionen Gläubige wird das sakrale Bauwerk (Bild 1) nach der Verdopplung der Kapazität gleichzeitig aufnehmen können und dem enormen Ansturm insbesondere zur alljährlichen 'großen Pilgerfahrt' (Haddsch/Hajj) besser gewachsen sein. Zu den jüngsten Bauprojekten gehört ein zentraler Versorgungskomplex (Central Utility Complex, CUC) etwa dreieinhalb Kilometer von der Moschee entfernt. Dort wird erstmals zentral Kälte erzeugt und über Rohrleitungen in einem Tunnelsystem unter der Stadt vor Ort geleitet. Das Kältesystem wird das größte seiner Art weltweit sein und für angenehme Temperaturen, entspannte Atmosphäre und damit für mehr Sicherheit sorgen. Wie wichtig dies dem Bauherrn ist, zeigt, dass vorrangig zur Aufrechterhaltung der Kühlung und Beleuchtung ein aufwändiges Netzersatzversorgungssystem bestehend aus 16 Dieselgeneratoren mit je 6MVA Leistung errichtet wurde.

Elektro- und Automatisierungstechnik Made in Germany

Die Dieselgeneratoren einschließlich aller Hilfsaggregate (u.a. zur Kraftstoffversorgung, Schmierung, Kühlung, Be- und Entlüftung) hat ein saudisches Unternehmen geliefert. Für den elektro- und automatisierungstechnischen Part hat sich dieses die Hanseatic Power Solutions GmbH (HPS) aus Norderstedt bei Hamburg ins Boot geholt. Dies ist nicht das erste Mal - was zum einen mit langjährigen guten Erfahrungen zusammenhängt, zum anderen aber auch damit, dass HPS bei komplexen Projekten bevorzugt mit Elektro- und Automatisierungstechnik von Siemens arbeitet, die im Nahen Osten seit jeher einen sehr guten Ruf hat. So werden u.a. auch die Radiatoren der Kühlaggregate im CUC von Simotics-Elektromotoren (mit einer Leistung von je 3.700kW/5.000hp) von Siemens angetrieben. Um höchste Verfügbarkeit und damit Versorgungssicherheit bei einem Ausfall der regulären Stromversorgung zu erreichen, hat der Betreiber für das Backup-System eine redundante Zentralsteuerung zwingend vorgeschrieben. Bei der Wahl des Fabrikats hatte HPS freie Hand und konnte eine durchgängige Automatisierungslösung aus einer Hand mit Komponenten von Siemens umsetzen. Ein entscheidender Vorteil dabei war die Austauschbarkeit der Programme über das Steuerungs-Portfolio Simatic S7-300/S7-400 von Siemens hinweg. "So ließ sich die vorhandene, ursprünglich für eine Steuerung Simatic S7-300 entwickelte Kernapplikation einfach auf eine hochverfügbare Simatic S7-400H übertragen", sagt Markus Steinbrecher, Leiter der Abteilung Automatisierung bei HPS. Das vereinfacht und verkürzt das Engineering immer wieder deutlich, teilweise um bis zu 50%. Dabei ermöglicht die skalierbare Leistung innerhalb des Siemens-Portfolios in jedem Einzelfall kosteneffiziente Lösungen. "Um das seit Projektbeginn auf mittlerweile fast 8.000Bytes an Ein-/Ausgangssignalen gewachsene Mengengerüst bewältigen zu können, haben wir statt der ursprünglich vorgesehenen CPU 412-3H eine CPU 414-4H (Bild 2) eingesetzt. Sollten mit der Zeit weitere Erweiterungen oder Sonderwünsche dazukommen, können wir diese ebenso einfach durch die nächst größere CPU 417-4H ersetzen." Hauptaufgabe der hochverfügbaren Steuerung S7-400H ist das schnelle, koordinierte Hochfahren und Überwachen der 16 Dieselgeneratoren nach einem Stromausfall, und das anschließende Lastmanagement für das lastgesteuerte Zu- und Abschalten der Abgangsschalter. 15s nach der Anforderung von der übergeordneten Gebäudeleittechnik muss das erste Aggregat laufen - so die Vorgabe. Anschließend werden alle anderen Generatoren darauf synchronisiert, was in 3 bis 4min abgeschlossen sein muss. Dazu werden die unterlagerten Generatorsteuerungen Simatic S7-300 und darüber wiederum alle benötigten Hilfsaggregate angesteuert und die erzeugte elektrische Energie auf insgesamt 28 Abzweige verteilt. Dabei lassen sich beliebige Prioritätsstrategien abfahren, das heißt wichtigere Verbraucher vorrangig versorgen. Das hochverfügbare Steuerungssystem verarbeitet für dieses von HPS entwickelte Lastmanagement aktuelle Ist-Daten (z.B. Spannung, Strom, Frequenz, Leistung, cos ) von Generatoren und Nebenaggregaten, die dazu mit Multifunktionsmessgeräten Sentron PAC3200 von Siemens ausgerüstet sind. Über Modbus-Kommunikationsbaugruppen sind in den Generatorsteuerungen weitere Busteilnehmer und Schutzeinrichtungen angebunden, deren Werte ebenfalls in der Zentralsteuerung verarbeitet werden. Die beiden CPUs der Simatic S7-400H sind über Sync-Module per Lichtwellenleiter miteinander gekoppelt und laufen ständig im Standby-Betrieb mit. Sollte eine davon ausfallen, übernimmt unterbrechungsfrei die jeweils andere die Führung; eine defekte Baugruppe könnte auch im laufenden Betrieb ausgetauscht werden (Hot Swap). Die 24V-DC-Versorgung der gesamten Automatisierungslösung ist über zwei 600Ah-Batterien mit Ladestationen gepuffert. Die Kommunikation in der Feldebene ist durchgängig über Profibus realisiert, was den Verdrahtungsaufwand minimiert und einfache Anpassung an sich verändernde Gegebenheiten ermöglicht. Die hoch performante Steuerung sorgt auch bei längeren Signalwegen (über Y-Links, DP-DP-Koppler, Modbus-Anschaltungen etc.) für kürzeste Reaktions-/Schaltzeiten. Zum Bedienen und Beobachten aller Abläufe gibt es im Schaltschrank mit der Zentralsteuerung ein Simatic Multi Panel MP377 Touch (19") (Bild 3), an den Generator-Schaltschränken je ein Simatic HMI KTP600 Basic Panel. Überlagert sind zudem zwei Scada-Workstations (Simatic WinCC) mit je zwei Monitoren (22") in der lokalen Leitwarte. Über Kommunikationsprozessoren CP443-1, Switches und Medienkonverter aus dem Scalance-Spektrum per Glasfaser-Lichtwellenleiter an die Zentralsteuerung angebunden sind auch die Hauptleitwarten im CUC und in der Heiligen Moschee. Die S7-400H fungiert dabei als OPC-Server und stellt den überlagerten Systemen laufende Betriebsdaten zur Verfügung. Für ihr bislang größtes Einzelprojekt hat HPS in rund zehn Monaten insgesamt 80 Schaltschrankfelder mit einer Länge von fast 100m projektiert, in eigener Regie gefertigt und die gesamte Systemfunktionalität zu 100% simuliert und optimiert. Die Schränke sind zum Teil auch auf dem Dach des CUC installiert worden. Wenn alle anderen Gewerke bereitstehen, kann das Netzersatzversorgungssystem noch in 2013 den Betrieb aufnehmen und die Versorgungssicherheit auf ein bislang unerreicht hohes Niveau bringen. Wie bei vorausgegangenen Projekten wird das Wartungs- und Instandhaltungspersonal auch hier die Offenheit und Flexibilität der Steuerungen von Siemens zu schätzen wissen. Denn anders als bei den Kompakt- oder Sondersteuerungen ('Blackboxes') anderer Hersteller, können sie die Simatic-Programme auch ohne einen externen Spezialisten anpassen bzw. Updates einspielen, was im Notfall Stillstandszeiten reduziert und die Verfügbarkeit hoch hält.

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Support in allen Lebenslagen

Als Siemens Automation Partner ist HPS immer auf dem aktuellen Stand der Siemens-Technik, wird frühzeitig über die neuesten Entwicklungen informiert und geschult. "Mit einem global agierenden und präsenten Partner wie Siemens an der Seite können wir auch komplexere Anlagen schnell und in höchster Qualität entwickeln und realisieren", so der Geschäftsführer von HPS, Bernd Mähnss. "Die Zusammenarbeit funktioniert sowohl hier in Deutschland als auch im Ausland bestens. Falls es einmal nötig sein sollte, könnten auch unsere Kunden überall auf der Welt schnell auf Ersatzteile und Support von Siemens zugreifen. Das gibt uns den Rückhalt und die Sicherheit, die wir als mittelständisches Unternehmen brauchen und schätzen."

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