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Windkraft Funktionale Sicherheit für Windkraftanlagen

Redakteur: Jan Vollmuth

Der funktionalen Sicherheit kommt in der Windbranche eine zentrale Bedeutung zu - ganz gleich, ob die Windenergieanlage selbst oder die in ihrer Umgebung befindlichen Personen geschützt werden sollen. Komponenten, Systeme und Dienstleistungen von Phoenix Contact sorgen hier für einen gefahrlosen Betrieb

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Der Sicherheitslebenszyklus beschreibt einen Prozess, mit dem die Sicherheitsanforderungen an eine Windenergieanlage erfüllt werden.
Der Sicherheitslebenszyklus beschreibt einen Prozess, mit dem die Sicherheitsanforderungen an eine Windenergieanlage erfüllt werden.
(Bild: Phoenix Contact)

Seit einiger Zeit müssen Windenergieanlagen (WEA) nicht nur die europäische Maschinenrichtlinie 2006/42/EG umsetzen. Entsprechende Zertifizierungs-Richtlinien – wie die GL2010 des Germanischen Lloyd – definieren ebenfalls umfassende Ziele, die es bei der Realisierung des Sicherheitssystems der WEA zu beachten gilt. Um die Vorgaben zu erfüllen, muss das Steuerungssystem der Anlage gemäß der harmonisierten Norm EN ISO 13849-1 ausgeführt werden. Neben dem oft unvermeidbaren Einsatz von sicherer Steuerungstechnik sind auch bei der Konstruktion der WEA Safety-Prozesse anzuwenden. Phoenix Contact bietet daher individuelle Dienstleistungen rund um die funktionale Sicherheit an. Indem die Anlagenhersteller bei der Umsetzung der Safety-Prozesse unterstützt werden, gestalten sich ihre Entwicklungszyklen effizienter und die eigenen Mitarbeiter erwerben das notwendige Know-how.

Integrierendes Safety-System

In der Regel sind die für eine Windenergieanlage benötigten Sicherheitsfunktionen ähnlich aufgebaut. Dies liegt vor allem darin begründet, weil es mit Yaw- und Rotorbremse sowie dem Pitch-System lediglich eine begrenzte Anzahl sicherheitsrelevanter Aktoren in der WEA gibt. Bei einer genaueren Betrachtung werden jedoch Unterschiede sichtbar. So müssen die Sicherheitsfunktionen bei einigen Windenergieanlagen dynamisch an Betriebszustände angepasst werden, während dies bei anderen Anlagentypen aufgrund einer unterschiedlichen Konstruktion nicht erforderlich ist. Zur Realisierung solcher komplexeren Sicherheitsfunktionen bedarf es eines Safety-Systems, das die intelligente Sensorik und Aktorik über standardisierte Bussysteme und Protokolle in die Automatisierungslösung einbindet.

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Mit der leistungsstarken Steuerung RFC 470S stellt Phoenix Contact eine sichere SPS zur Verfügung, die sowohl Profinet-Schnittstellen umfasst als auch das Profisafe-Protokoll unterstützt. Der RFC 470S vereint darüber hinaus die Funktionen einer Betriebsführungs-Steuerung mit denen einer Safety-SPS. Der Controller ist somit für alle relevanten Regelungs- und Betriebsfunktionen verantwortlich und übernimmt gleichzeitig die notwendigen Sicherheits- und Überwachungsaufgaben. Neben der Ankopplung der digitalen Safety-Module des Echtzeit-I/O-Systems Axioline ermöglicht die Profisafe-Steuerung eine sichere Analogwert-Erfassung. Außerdem bietet die Verwendung eines standardisierten Safety-Protokolls den Vorteil, die intelligente Sensorik – wie Profisafe-Drehgeber – direkt über Profinet mit der sicheren Steuerung zu verbinden.

Unabhängiger Sicherheitsansatz

Sollen bereits vorhandene Windenergieanlagen nachzertifiziert werden, ist das bestehende Sicherheitssystem der WEA oftmals umzustellen oder zu erweitern. Anders als bei einer Neuentwicklung sieht sich der Hersteller hier mit der zusätzlichen Herausforderung konfrontiert, dass bewährte Systemarchitekturen vorgegeben sind, die es für das Sicherheitssystem zu nutzen gilt. Für diesen Anwendungsfall erweist sich die Safety Bridge Technology (SBT) von Phoenix Contact als optimale Lösung.

SBT ist ein einen Steuerungs- und Bussystemunabhängiger Safety-Ansatz. So können sicherheitsrelevante Signale dezentral, also an verschiedenen Punkten in der Windenergieanlage eingelesen und ausgegeben werden. Die sichere Datenkommunikation zwischen den Safety-Modulen erfolgt über das existierende Bussystem der Betriebsführungs-SPS. Die Ein- und Ausgangssignale der Safety-Bridge-Module stehen der Betriebsführung jederzeit zur Verfügung, sodass das Sicherheitssystem auch per Fernüberwachung diagnostiziert werden kann. So lassen sich die im Turm oder in der Gondel verbauten sicheren Sensoren ohne aufwändige Verkabelung erfassen, um das in der Nabe der Anlage befindliche Pitch-System sicherheitsgerichtet anzusteuern.

Individuelle Dienstleistungen

Ergänzend zum Produkt-Portfolio, das in den unterschiedlichen WEA-Typen der verschiedenen Hersteller zum Einsatz kommt, bietet Phoenix Contact vielfältige Dienstleistungen rund um die funktionale Sicherheit an: von einzelnen in der Windbranche verwendeten Komponenten und Systemen bis hin zur kompletten Windenergieanlage. Denn neben der Nutzung von Safety-Produkten werden die Anforderungen zur funktionalen Sicherheit gemäß DIN EN ISO 13849-1 ebenso durch vor- und nachgelagerte Prozessschritte erreicht, die ordnungsgemäß dokumentiert werden müssen.

Vor diesem Hintergrund führt Phoenix Contact individuelle Dienstleistungen für die Anwender der funktionalen Sicherheit im Bereich Windenergie durch. Die Umsetzung der einzelnen Aktivitäten richtet sich an den besonderen Bedürfnissen des jeweiligen Anwenders aus. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um eine Safety-Schulung der Mitarbeiter, die spezifische Beratung zu einer sicherheitsgerichteten Fragestellung oder die Moderation eines Arbeitspakets handelt. Im Rahmen einer solchen Moderation werden die erforderlichen Maßnahmen und Unterlagen gemeinsam mit dem Anwender auf Basis der Dokumentationsvorlagen von Phoenix Contact erarbeitet. In einer Windenergieanlage spielt die Risikobeurteilung eine wichtige Rolle, da sie die Grundlage für die Definition der Sicherheitsfunktionen und deren notwendige Sicherheitsintegrität bildet. Der Prozess der Risikobeurteilung kann beispielsweise vor Ort von einem Safety-Spezialisten moderiert und angeleitet werden.

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