Anwendung von Moxa Industrial Ethernet-Produkten im Energieüberwachungssystem der Runyang-Brücke (Anwendungsbereich: Energieüberwachung) MOXA Technology Co., Ltd. (Taiwan) I. Einleitung Die Runyang-Yangtse-Autobahnbrücke ist ein renommiertes Brückenbauprojekt in China. Sie ist ca. 35 Kilometer lang und als vollständig geschlossene, höhenfreie Schnellstraße konzipiert. Sie befindet sich am Knotenpunkt des Autobahnnetzes „Vier horizontale, vier vertikale und vier verbindende“ der Provinz Jiangsu und repräsentiert eine Gesamtinvestition von sechs Milliarden RMB. Sie ist ein modernes, extrem großes Brückenbauprojekt in der Geschichte des chinesischen Brückenbaus und zeichnet sich durch beispiellose Dimensionen, höchste Baustandards, höchste Investitionssumme, komplexeste Systemstruktur und höchsten technologischen Anspruch aus. Sie trägt derzeit den Titel „Erste in China, drittgrößte weltweit“ für ihre Schrägseilbrücke. II. Systemübersicht Die Runyang-Yangtse-Autobahnbrücke verfügt über eine vollständige elektromechanische Ausstattung, die im Wesentlichen aus drei elektromechanischen Hauptsystemen besteht: Kommunikation, Überwachung und Mauterhebung; einem Stromversorgungssystem; einem System zur Überwachung der strukturellen Sicherheit; Ein umfassendes Stromversorgungssystem, eine Straßenbeleuchtung, eine Landschaftsbeleuchtung, ein Entfeuchtungssystem und Einrichtungen zur Verkehrssicherheit sind Teil der Brücke. Der Aufbau eines solch großen und komplexen Systems und die Gewährleistung seines normalen, sicheren und stabilen Betriebs erfordern rund 13.000 Messpunkte entlang der gesamten Brücke. Die schiere Anzahl der Geräte, ihre weite Verteilung und die enorme Datenmenge stellten den Betrieb und die Instandhaltung der Brücke vor große Herausforderungen. Um die Betriebsabläufe zu vereinfachen, Personal einzusparen und die Automatisierung zu verbessern, wurde das integrierte Stromversorgungssystem der Runyang-Yangtze-Fluss-Autobahnbrücke auf Basis einer Glasfaser-Ringnetzwerk-Videoübertragungstechnologie implementiert. Dadurch wird ein vollautomatisierter Betrieb der Umspannwerke ermöglicht. Dies automatisiert nicht nur die Betriebsabläufe, sondern senkt auch die Betriebskosten. Das gesamte integrierte Stromversorgungssystem überwacht und steuert über zwei Hauptsysteme – die zentrale Steuerung der elektromechanischen Anlagen und die Videoüberwachung – elf 10-kV- und sechs 6-kV-Umspannwerke. Es versorgt die Straßenbeleuchtung, die nächtliche Brückenbeleuchtung und die Mautstationen, die die verschiedenen Straßen- und Brückenabschnitte verbinden, mit Strom. Echtzeitdaten aller Geräte werden an die Kommunikationsmanagementeinheit übermittelt und anschließend über ein Glasfaserringnetzwerk an eine Fernüberwachungszentrale zur Echtzeitüberwachung und -steuerung übertragen. Die Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit der Datenübertragung sind für den Betrieb des gesamten Systems von entscheidender Bedeutung. Das Backbone-Kommunikationsnetzwerk muss ein Singlemode-Glasfaser-Ethernet mit redundanter Ringnetzwerk-Selbstheilungsfunktion nutzen, ergänzt durch lokale Multimode-Punkt-zu-Punkt-Glasfaserkommunikationssysteme. Dadurch wird sichergestellt, dass das System im Falle eines Leitungsausfalls oder einer Unterbrechung automatisch eine Backup-Leitung aktiviert und die Datenkommunikation unterbrechungsfrei fortsetzt, was die Systemzuverlässigkeit erheblich erhöht. Glasfaser-Ethernet mit dem TCP/IP-Protokoll ist ein offenes Netzwerk, das derzeit im Bereich der Informationstechnologie eine führende Rolle einnimmt. Zu seinen Vorteilen zählen die Unterstützung einer Vielzahl von Geräten, einheitliche Standards und niedrige Kosten, wodurch Anwender Investitionen sparen. Es ermöglicht zudem die Systemerweiterung und bietet Schnittstellen für andere Systeme, wodurch die Integration weiterer Systeme in das integrierte elektromechanische Steuerungssystem, wie beispielsweise die Aufzugsüberwachung, vereinfacht wird. Gleichzeitig ermöglicht es die Integration des integrierten elektromechanischen Steuerungssystems in ein größeres Überwachungssystem, beispielsweise durch die Anbindung des integrierten elektromechanischen Steuerungssystems an die Überwachungszentrale über ein Gateway. Dadurch wird das integrierte elektromechanische Steuerungssystem zu einem Subsystem des gesamten Brückenüberwachungssystems. In der Ringnetzwerkarchitektur wird Fernüberwachungssoftware eingesetzt, um die Stabilität des Systembetriebs zu gewährleisten. III. Anwendungsarchitektur: Aufgrund der Gegebenheiten der Brücke beträgt die Entfernung zwischen zwei Überwachungspunkten im System mehrere Kilometer. Daher sind die 17 Moxa EDS-508-SS-SC (8-Port Singlemode intelligente redundante industrielle Ethernet-Switches mit ST-Typ-Glasfaserschnittstellen), die im Systemringnetzwerk verwendet werden, in einer Patch-Konfiguration verbunden (siehe Abbildung unten), um sicherzustellen, dass die Entfernung zwischen den beiden Überwachungspunkten für die Ringbildung unter 15 Kilometern bleibt. Nachdem jeder Switch an eines der beiden Ringnetzwerke angeschlossen ist, kann der Host-Computer im Überwachungszentrum über das Glasfaser-Ringnetzwerk eine Verbindung zur Kommunikationsmanagementeinheit jedes Überwachungspunkts herstellen und die an die Kommunikationsmanagementeinheit angeschlossenen Geräte in Echtzeit überwachen und verwalten. Um die Aktualität und Zuverlässigkeit der Überwachungsdatenübertragung zu gewährleisten, ist jeder EDS-508-SS-SC mit automatischen Alarmen für Glasfaserleitungsunterbrechungen und Stromausfälle ausgestattet. Gleichzeitig wird die OPC-Server-Software auf der Kontrollbasisstation (Überwachungszentrum des Hauptumspannwerks Daqiao) im Ringnetzwerk installiert, um SNMP-Managementinformationen in das bestehende OPC-basierte SCADA-System zu integrieren und so ein Ethernet-Netzwerkmanagement mit Visualisierungs- und Steuerungsanwendungen zu realisieren. In Kombination mit dem OPC-Client werden akustische und visuelle Alarme für Ringnetzwerkunterbrechungen oder Stromausfälle erfolgreich implementiert. IV. Funktionsprinzip des industriellen redundanten Ethernet-Netzwerks: Das industrielle redundante Ethernet-Netzwerk von Moxa ist eine Eigenentwicklung, die auf dem IEEE-Standard 802.1w RSTP-Protokoll basiert. Bei einer Netzwerkunterbrechung kann das System die Datenübertragung sofort erkennen und wiederherstellen, wodurch Datenverluste vermieden werden. Dies ist der größte Vorteil redundanter Netzwerke. Moxa hat die Wiederherstellungsgeschwindigkeit – insbesondere im Hinblick auf die rauen Bedingungen in industriellen Umgebungen – deutlich verbessert und sogar RSTP übertroffen. Da die Stromversorgungsanlagen vor Ort in Echtzeit überwacht werden müssen, sind Übertragungsgeschwindigkeit, Stabilität, Redundanz und die Fähigkeit zur schnellen Fehlerortung entscheidende Leistungsanforderungen. Daher wurde für dieses System der industrielle Ethernet-Switch Moxa EDS-508-SS-SC ausgewählt. Er verfügt über zwei 100-Mbit/s-Glasfaseranschlüsse und sechs elektrische Anschlüsse mit einer Übertragungsreichweite von bis zu 15 km, ausreichend für Anwendungen zur Fernübertragung und Geräteserialisierung. V. Fazit: Die Runyang-Yangtze-Fluss-Autobahnbrücke wurde erfolgreich fertiggestellt und am 30. April 2005 für den Verkehr freigegeben. Das integrierte Stromversorgungsüberwachungssystem der Brücke funktioniert seither einwandfrei. Die überlegene Leistungsfähigkeit und hohe Zuverlässigkeit des industriellen Ethernet-Produkts EDS-508-SS-SC von Moxa wurden im Energieüberwachungssystem Runyang Bridge umfassend getestet. Es erfüllt die Anforderungen des Standorts vollumfänglich und gewährleistet eine stabile, fehlerfreie, unterbrechungsfreie Echtzeitüberwachung der Informationen der Energieanlagen. Es kommuniziert nicht nur mit den Systemgeräten, sondern übermittelt auch wichtige Informationen an die Verantwortlichen und bietet so erhebliche Vorteile für den Aufbau eines IP-basierten Systems.