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08.05.1987 - 

Faktor Sicherheit in der Energiewirtschaft - Was können Computer dazu beitragen?

Elektromark bevorzugt Anbieter-Mix

Nicht erst seit Tschernobyl - dem eklatanten Beispiel für die Notwendigkeit, menschliches Versagen in sehr kritischen technischen Bereichen stets einzukalkulieren, - spielt der Faktor Mensch und Sicherheit in der Energiewirtschaft eine immer wichtiger werdende Rolle. Wie Informations- und Leittechnik - von der speicherprogrammierbaren Steuerung über Fernwirkgeräte bis hin zu ausfallsicheren, zentralen Prozeßführungssystemen mit elektronischer Wartentechnik - hier Unterstützung bieten kann, beschreibt dieser Beitrag von Angelika G. Loewenheim* am Beispiel des Energieversorgungsunternehmens

Elektromark.

Realtime-Daten- und -Befehlsverarbeitung auf der einen Seite, qualifiziertes, erfahrenes Betriebspersonal auf der anderen Seite sowie deren sinnvolles Zusammenspiel ermöglichen es heute, gefährliche Situationen schnell zu erkennen und für eine sofortige Einleitung der richtigen Gegenmaßnahmen zu sorgen. Dabei reagieren Computer oft schneller und zuverlässiger als Menschen, die womöglich erst über mehrere Telefonate instruiert und an die richtigen Stellen geleitet werden müßten - wie das früher der Fall war.

Energie für die Industrie

Elektromark in Hagen nimmt unter den kommunalen Energieversorgungsunternehmen insofern eine Sonderstellung ein, als nur 12 Prozent Tarifkunden sind. Als Partner der Industrie und regionales Versorgungsunternehmen beliefert Elektromark vor allem Sondervertragskunden und deren Niederlassungen in der Region (also zum Beispiel Werke von Feldmühle und Hoesch, außerdem Kfz-Zulieferer und die örtliche Stahl- und Kunststoff- und elektrotechnische Industrie) und schließlich Weiterverteiler wie die Stadtwerke Hagen mit Strom und in geringem Maße auch mit Fernwärme.

1985 wurden 2,3 Milliarden Kilowattstunden Strom an Sondervertragskunden, eine Milliarde Kilowattstunden an Verteilerunternehmen und 532 Millionen Kilowattstunden an Tarifkunden abgesetzt. An Fernwärme wurden 228 Millionen Kilowattstunden bereitgestellt. Elektromark will ab Ende der achtziger Jahre den gesamten Strom selbst erzeugen. Zu diesem Zweck bestehen Beteiligungen an Kraftwerken und - wie im Ruhrgebiet Pflicht - ein Vertrag mit der kohlefördernden Industrie bis 1995, deren Brennstoffe in den eigenen Anlagen möglichst weitreichend einzusetzen.

Im Gegensatz zu in den siebziger Jahren (BMFT) und auch noch in jüngster Zeit (Esso) erstellten Energiebedarfsprognosen sind die tatsächlichen Verbrauchszuwächse nur noch sehr gering, denn auf breiter Front - in der Industrie wie in den privaten Haushalten - setzt man immer mehr auf Energieeinsparung.

Dem mehr oder weniger gleichbleibenden Energieverbrauch (Zuwachsraten bei 1 Prozent) stehen allerdings zunehmende Anforderungen nach sicherer, kontinuierlicher Belieferung gegenüber. Die modernen vollautomatisierten und daher hochempfindlichen Fertigungsmaschinen und -methoden können nicht einmal mehr Stromschwankungen, geschweige denn Ausfälle ertragen, die sich allerdings nie ganz vermeiden (höhere Gewalt), aber doch kontinuierlich reduzieren lassen. 1970 waren im Jahresdurchschnitt die Ausfallzeiten noch um das 7,5fache höher als im Jahre 1985. An dieser Entwicklung hat das dezentrale, DV-gestützte Informations-Management-System erheblichen Anteil.

Wie die kommerzielle Datenverarbeitung, so haben auch die Prozeßrechner- und Fernwirktechnik sich in den letzten zwei Jahrzehnten erheblich verändert. Bis Ende der sechziger Jahre arbeitete man in den Energieversorgungsunternehmen (EVU) noch rein manuell mit erheblichem Personal in den Umspannwerken, das im Störungsfall zum Telefon griff. Zu dieser Zeit gingen die ersten EVUs dazu über, Fernwirknetze mit einem zentralen Prozeßrechner zu installieren, der in der Lage war, die Meßsignale aus den Umspannwerken zu erfassen und zu verarbeiten. Damit war ein erster wichtiger Schritt in Richtung Rationalisierung, Kostendämpfung und vor allem auch Sicherheit getan.

Elektromark war im Jahre 1970 bundesweit der zweite Anwender solcher Informationssysteme der 1. Generation. Das damals gewählte System hat immerhin bis Mitte 1986 reibungslos seinen Dienst getan. Die Systeme der 2. Generation, die jetzt auf dem Markt sind, zeichnen sich vor allem durch verteilte Intelligenz aus. Die Fernwirkelemente arbeiten mikroprozessorgesteuert, Teile der zentralen Computerleistung können damit ausgelagert werden. Das betrifft die Verdichtung und die teilweise Verarbeitung der Informationen bereits vor Ort.

Obwohl man in Hagen mit dem alten Rechnersystem Siemens 306 und der Fernwirktechnik aus diesem Hause gute Erfahrungen gemacht hat, sollte ab 1980 zum Zwecke der "Modernisierung von innen heraus" auch die Entscheidung für die Lieferanten der neuen Technik noch einmal völlig neu und unabhängig getroffen werden - ein sicher auch bei den EVUs seltener Fall. Die Ausschreibung ging an insgesamt fünf Firmen.

Aller guten Partner sind drei

Die Entscheidung für Digital Equipment als Lieferant der zentralen Prozeßrechner fiel aufgrund der starken Marktpräsenz im technischen Bereich und der damit verbundenen Service-Sicherheit, die ja wiederum eng mit der Erfüllung der Verpflichtung gegenüber den Kunden einhergeht. Ferner wurden AEG als Lieferant für die gesamte Fernwirktechnik und GEI als Softwarehaus für die Erstellung der Programme auf den DEC-Rechnern ausgewählt.

Die Verträge wurden im Mai 1982 unterzeichnet mit dem Ziel, das gesamte neue Informations- und Leitsystem innerhalb von 44 Monaten zu realisieren. Daraus wurden dann 50. Die Gesamtinvestition betrug rund 20 Millionen Mark. Seit Sommer 1986 ist das neue System in vollem Betrieb rund um die Uhr. Es soll auch wieder zirka 15 Jahre halten, was nicht nur im Mengengerüst zu berücksichtigen war. Die Software ist ausgelegt auf 30 Umspannwerke (zur Zeit 23), 300 Schaltstationen für mittlere Spannung, 25 000 Prozeßmeldungen, 14 000 Befehle und 2000 Meßwerte.

Doppelt hält besser

Aus Gründen der Versorgungssicherheit wurden Doppelrechnersysteme im "Hot-Standby"-Betrieb realisiert. Sie verfügen über redundante Peripherie und halten die Daten auf jeweils gleichem Stand. Die Fernwirkzentrale (zwei Fernwirkköpfe mit Prozeßrechnern ATM 80-30 bestückt) korrespondiert mit den mikroprozessorgesteuerten Fernwirkeinheiten (Untersystemen) in den Umspannwerken. Die Meldungen und Befehle gehen in Form von Wechselstrom-Telegrammen über Zweidrahtleitungen mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 600 Bit pro Sekunde in beiden Richtungen. Dazu ist für jeden externen Schalter ein entsprechendes Relais in der Zentrale vorhanden. Die möglichen Schaltvorgänge sind in EPROM-Chips hinterlegt, die nur angestoßen werden und dann vollautomatisch das Gewünschte tun. Das heißt, vor Ort in den Umspannwerken und Schaltstationen ist kein Überwachungspersonal mehr erforderlich. Da die Software bei allen Fernwirkgeräten identisch ist und auf maximalen Funktionsumfang hin ausgelegt wurde, ist ein Ausbau des Netzes jederzeit möglich.

Das jetzige Fernwirksystem besteht aus 23 Fernwirklinien, das heißt eine Linie pro Umspannwerk. Jeweils bis zu zehn Schaltstationen mit 10 Kilovolt (KV) sind wiederum mit einem Umspannwerk verbunden. Die Fernwirkköpfe kommunizieren über HDLC-Prozeduren mit dem Doppelrechnersystem VAX-750 in folgender Konfiguration: je 6 MB Hauptspeicher, 2 mal 120 MB Platten, Magnetband, Bedien-Konsole und Systemdrucker. Dazu wurde ein spezielles Nahtstellensystem geschaffen.

Sämtliche Meldungen werden vor Ort in Echtzeit erfaßt, im Hinblick auf Schwellwerte und Prioritäten für die Übertragung vorverarbeitet und die Ergebnisse in die Puffer der Fernwirkzentrale übertragen. Bei der weiteren Verarbeitung in den AEG-Rechnern werden Melde- und Meßwert-Telegramme unterschieden und erstgenannte mit höherer Priorität verarbeitet. Bei den letztgenannten wird ein Vergleich zum alten Wert vorgenommen, um unnötigen Verarbeitungsaufwand zu vermeiden.

Die gesamte von der GEI für die VAX-Rechner auf Basis des Standard-Betriebssystems VMS erstellte Anwendungs-Software ist in Fortran geschrieben, weil sich diese Sprache nach Meinung der an diesem Projekt Beteiligten am besten für zeitkritische technische Programme eignet. Alle Programme greifen auf eine gemeinsame Datenbasis zu. Sie umfassen die Komplexe Meldungsverarbeitung (beispielsweise Betriebs-, Warn- und Gefahrmeldungen, Verwaltungs-, Befehlsrück- und Sondermeldungen) mit unterschiedlichen Verarbeitungsformen, außerdem die Meßwertverarbeitung (Bearbeitung der Fernwirk-Telegramme, Grenzwertkontrolle und Verletzungsmeldungen sowie Störstatusverwaltung), die Befehlsverarbeitung (Sollwertvorgaben, Stellbefehle, Anweisungen an Kraftwerke, Gesamtnetz-Abfragen und Schaltprogramme) und schließlich die Archivierung der Meldungen und Meßwerte.

Die intelligenten Bildausgabe-Subsysteme (Farbgrafik-Bildschirmgeräte VT-36) und Bedienpulte auf der Basis von zwei Systemen PDP-11/70 mit dem Betriebssystem RSX 11-S - ebenso in Form einer ausfallsicheren Doppelrechner-Konfiguration - sind mit den VAX-Rechnern über gleichfalls redundant ausgelegte Ethernet-Verbindungen gekoppelt.

Die insgesamt vier Warteplätze sind aufgeteilt nach Schaltplatz (mit Ersatzplatz - SL1 und SL2), Lastverteilungsplatz (LV) und Programmier-/Testplatz (DAT). Letztgenannter ist mit einem Prozeßsimulator verbunden, um neue Umspannwerke besser planen zu können. Die Anzeige und die Verwaltung der grafischen Daten obliegt der Grafik-Software "Provue". Sie enthält spezielle Hilfsmittel für eine benutzerfreundliche Handhabung und Programmierung der Melde- und Schaltbilder.

Als qualifizierte Elektroingenieure war es für die Elektromark-Mitarbeiter kein Problem, diese Bilder selbst nach eigenen Wünschen zu erstellen, wie beispielsweise auch EPROMs selbst zu programmieren und Leiterplatten zu bestücken.

Außerdem gibt es noch einen rechnerunabhängigen Platz zur Überwachung von jeweils nur einem (neuen) Umspannwerk: Er wurde in der Realisierungsphase des Projekts kurzfristig installiert und dient heute hauptsächlich der Entschlüsselung von und der Fehlersuche in Fernwirk-Telegrammen.

Jeder der ergonomisch gestalteten Bedienplätze verfügt über drei Farbgrafik-Bildschirme. Am Schaltplatz werden das Schaltbild mit Belastungen und Zuständen, ein Meldeprotokoll und der Netzbezirk, der dem Schaltbild unterlagert ist ( 10-KV-Verteilerebene), angezeigt. Am Lastverteilerplatz werden Meßwerte und Belastungskurven angezeigt und die von Elektromark betriebenen Kraftwerke in ihrer Leistung gesteuert. Die angeschlossenen Drucker/Plotter dienen der Erstellung tagesaktueller Statistiken für den Vorstand. Die neue Wartetechnik konnte in die vorhandenen Räume integriert werden, so daß größere bauliche Maßnahmen nicht erforderlich waren. Auf Meldetafeln, wie sie heute noch in vielen computergesteuerten Warten zusätzlich beibehalten werden, weil das Personal daran gewöhnt ist, hat Elektromark ganz konsequent verzichtet.

Die aufwendige Technik soll nicht, wie früher von vielen EVUs geplant, den gesamten Betrieb automatisieren, sondern lediglich die dezentralen Stellen. An zentraler Stelle sind vor allem gut fundierte Entscheidungshilfen gefragt. Da Elektromark als Bediener Elektrotechniker einsetzt, die zusätzlich zu den Informationen aus den Rechnern das gesamte System voll durchblicken und Meldungen richtig bewerten können, ist im Störfall die richtige Entscheidung kein Problem. Und das Computersystem sorgt dann wiederum für die reibungslose Durchführung dieser Entscheidungen.

Der Beurteilung der Sicherheit im gesamten Energieversorgungssystem und deren Entwicklungstendenzen dient ein umfangreiches Protokollwesen. Meßwert-, Netzbelastungs- und Netzbild-Protokolle sowie weitere tagesaktuelle Statistiken geben den Betreibern wichtige Hinweise, um Trends rechtzeitig richtig deuten zu können.

Das ständig steigende Informationsvolumen macht eine manuelle Auswertung in zunehmendem Maße unmöglich. Schnelle Entscheidungshilfen, wie sie nur Computer in diesem Umfang und mit dieser Gründlichkeit liefern können, sind in der Energiewirtschaft mehr denn je gefragt. Sofortiges Erkennen gefährlicher Situationen, die richtige Einschätzung und die schnelle Einleitung von Gegenmaßnahmen - das bedeutet speziell für die Großkunden Sicherheit, die nicht jeder bieten kann. Und es könnte weit darüber hinaus auch einmal eine Überlebens-Notwendigkeit sein.