Migration der Gebäudeleittechnikbei Heidelberger Druckmaschinen

Schlankere Organisationsformen, die Professionalisierung des Gebäudebetriebs sowie die „Entdeckung“ des Gebäudemanagements als strategisches Werkzeug zur Verbesserung der Verfügbarkeit von Produktionsanlagen, zur Erhöhung der Fertigungsqualität und zur Energieeinsparung führen in vielen Industrieunternehmen zu einer Neuausrichtung der Gebäudeleittechnik. Während manche Betriebe aus Gründen einer optimalen Durchgängigkeit und einer klaren Verantwortlichkeit die Ein-Fabri­kat-Politik favorisieren, tendieren andere Anwender zu offenen Leitsystemen mit mehreren Automations-Fabri­ka­ten, ggf. auch mit einer Verknüpfung zum Gefahrenmeldesystem.

Bei der Heidelberger Druckmaschinen AG (HDM) machte man sich bereits im Jahr 2001 Gedanken, wie die vorhandenen Gebäudeleitsysteme bzw. Automationsstationen in den beiden Werken Heidelberg und Wiesloch-Walldorf in ein ganzheitliches, zukunftssicheres Konzept überführt werden können. Äußerer Anlass für die Überlegungen war der Handlungsbedarf, der sich durch das nach 15 Jahren Betriebsdauer erreichte Lebensende der Automationsstationen der Typen EKL-P, EKL-N und EKL-X ergab.

Das vom Ingenieurbüro Kern und Schneider, Bodenheim-Mainz, zusammen mit den HDM-Mitarbeitern entwickelte Migrationskonzept „ZIG – Zukünftige Integrale Gebäudeautomation“ für die beiden Standorte Heidelberg (Hauptverwaltung) und Wiesloch-Walldorf stützt sich auf folgende Nutzeranforderungen:

Aufbau eines eigenständigen Netzwerkes in Ethernet-Technologie für die bestehenden und künftigen Gebäudeautomationssysteme,

Datenübertragung über fabrikatunabhängige BACnet-Technologie auf der Automations- und Managementebene,

Verknüpfung der Gebäudeautomationssysteme mit einem Störmeldesystem in OPC-Techno­lo­gie; Implementierung über BACnet-Protokoll,

Nahtlose Übernahme der bestehenden komplexen Leittechnik-Funktionen aus der „bestehenden GLT-Welt“, wie Prozessreaktionsprogramme, Lastspitzenprogramme, Zeitschaltprogramme sowie MSR-Technik in die „Desigo-Welt“.

In den Entscheidungsprozess über die Fortentwicklung der alten Gebäudeleittechnik (GLT) zu einem langfristig ausbaufähigen offenen Gebäudeautomationssystem (GA) wurden auch folgende Eckpunkte aufgenommen:

Option auf mindestens zwei Fabrikate auf der Management- und Automationsebene, um die Abhängigkeit von nur einem Hersteller zu reduzieren (Anmerkung: In der Vergangenheit kam es bei HDM im Bereich der Gebäudesysteme zu Abkündigungen von Systemen ohne Option auf Migration, das bedeutete Totalverlust der Investition; den Verantwortlichen bei HDM war es deshalb wichtig, jederzeit auf ein zweites Fabrikat ausweichen zu können; die Entscheidung für ein „natives“ BACnet-System soll diese Option offen halten),

Schrittweise Umstellung/Migration der vorhandenen GLT-/DDC-Anlagen bei laufendem Betrieb,

Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit,

Notbedienebene mit lokalem Vorrang,

Verbesserung der Bedienbarkeit,

Straffung der Systemarchitektur.

Eine weitere Grundsatzentscheidung war, die Gebäudeautomationssysteme an den beiden Standorten Heidelberg und Wiesloch-Walldorf als eigenständige Systeme fortzuführen, sie aber mittels OPC-Schnittstelle an ein Störmeldesystem in der rund um die Uhr besetzten Not-einsatzzentrale anzubinden.

Frühe Entscheidung für BACnet

Obwohl zu Beginn des ZIG-Projektes noch nicht sicher war, ob sich BACnet – seit 2003 weltweit normierter Standard – auf breiter Basis durchsetzt und die MSR-/GA-Industrie es nicht nur bei Gateway-Lösungen belässt, entschied sich HDM auf Anraten des Ingenieurbüros für BACnet. Ausschlaggebend war unter anderem, dass Siemens als Marktführer im Bereich innovativer Gebäudeautomationssysteme mit Desigo als einer der ersten Hersteller im Jahr 2004 ein natives BACnet-Gebäude­auto­mations­system vorstellte.

Nach den überaus positiven Erfahrungen mit den bereits Anfang der 80er Jahre installierten Visonik-Systemen – sowohl am Standort Heidelberg wie auch im Werk Wiesloch-Walldorf – war es nahe liegend, das auf Rückwärtskompatibilität optimierte Desigo System als Basis für die integrierte Lösung mit BACnet als Übertragungsprotokoll in die engere Wahl zu ziehen. Mit dem damit möglichen sanften Umstieg konnten die Investitionsausgaben gezielt geplant und die Umsetzung im laufenden Betrieb quasi verlust- und unterbrechungsfrei realisiert werden. Damit ist eine langfristige Lebenszyklusplanung gewährleistet.

Stufenweise Migration

Um die Investitionen in den Aufbau neuer Gebäudeautomationssysteme an den beiden HDM-Standorten abzufedern, entschied sich der Druckmaschinenhersteller für eine Aufteilung des Projektes in mehrere Stufen. Größte Herausforderung beim Aufbau der „neuen GA-Welt“ war das Netzwerk in Ethernet-Technologie, zumal man sich aus Sicherheitsgründen für Lichtwellenleiter (LWL) entschied. Die bedeutend höhere Sicherheit von LWL-Systemen vor Fremdeinflüssen sowie der höhere Bedienkomfort (hohe Übertragungsraten) muss jedoch durch einen vergleichsweise hohen Konfektionierungsaufwand „erkauft“ werden. Innerhalb des gemeinsamen werksübergreifenden IT-Netzwerkes stehen für die technische Gebäudeausrüstung bzw. Gebäudeautomation eigene Fasern für die Industrieautomation, Büro­kommunikation sowie Gebäudeautomation zur Verfügung. Verwaltet und gepflegt wird das TGA-Datennetzwerk (Switches, IP-Adressen, WLAN, usw.) in Heidelberg von der IT-Abteilung, in Wiesloch-Walldorf von eigenem Personal.

Die Aufteilung des Migrationsprojektes „ZIG“ auf mehrere Stufen hatte für HDM den Vorteil, die Kosten für den Aufbau der integralen Gebäudeautomation über mehrere Jahre verteilen zu können. HDM-interne Vergaberichtlinien fordern zudem, dass jede Migrations­stufe separat ausgeschrieben werden muss, einmal, um den Wettbewerb zu wahren, aber auch, um aktuelle Entwicklungen rund um BACnet sowie dessen Umsetzung in Geräte- und Systemtechnik zu berücksichtigen.

Migration des Gebäudeleitsystems bei HDM, Werk Wiesloch-Walldorf

In der „alten GLT-Welt“ im HDM-Werk Wiesloch-Walldorf waren zu Beginn des Migrationsprojektes „ZIG“ praktisch alle Gerätegenerationen des Visonik-Systems vertreten. Im Jahr 2003 befanden sich folgende Systemkomponenten im Einsatz:  

zwei Visonik PDP 11/93 Server,

ein Visonik PLD4 Server,

vier Farbsichtgeräte FSG,

220 Unterstationen (EKL-N, EKL-P, EKL-X, PRV1, PRV2),

ein Visonik Insight Bedienplatz,

ein Rechner für die Datenaufzeichnung des Energiemanagementprogramms ADP/CC.

Die drei Server waren im Systemverbund vernetzt und mit 220 Unterstationen und über 13 000 Informationspunkten verbunden. In mehren Migrationsstufen wurden die Leitzentralen und die Automationsstationen schrittweise erneuert.

Stufe 1: 2003 bis 2004, Leitzentrale Desigo und 17 PX-Automationsstationen,

Stufe 2: 2005 bis 2006, Installation von 45 PX-Automationsstationen,

Stufe 3: 2006 bis 2007, Installation von 26 PX-Automationsstationen,

Stufe 4: 2008, Installation von elf PX-Automationsstationen.

Als neue Leitzentrale wurde ein Desigo Server mit vier Bedienplätzen eingerichtet. Die Serverhardware ist redundant in einem „Cold Stand by-System“ aufgebaut.

Der Visonik Server PLD4 wurde erneuert und ist ebenso redundant als „Cold Stand by-System“ mit den PRV Unterstationen verbunden. Zusätzlich wurden in der 2. Migrationsstufe 18 Unterstationen eines Fremdfabrikates über BACnet in das System integriert.

Durch Optimierung der Belegung und Verdrahtung konnte die Anzahl der Unterstationen erheblich reduziert werden. Zum Teil wurden mehrere alte Automationsstationen vom Typ EKL zu einer PX-Automationsstation zusammengefasst.

Eine wesentliche Erleichterung bei der Migration war das von Siemens Building Technologies entwickelte Werkzeug „Workbench 321“, das die Neuzuordnung der Adressen bzw. der Verdrahtung/Belegung automatisch durchführt.

Inzwischen sind im Werk Wiesloch-Walldorf 99 PX-Automationsstationen installiert worden.

Das Vorgehen im Werk Heidelberg

Bis 2004 waren folgende Systemkomponenten im Einsatz:

zwei Visonik PLD Server,

82 Unterstationen (EKL-X, PRV1, PRV2),

zwei Visonik Insight Bedienplätze,

ein Rechner für die Datenaufzeichnung des Energiemanagementprogramms ADP/CC,

603 Einzelraumregler Monogyr.

Auch im Werk Heidelberg wurde schrittweise in Jahresetappen migriert:

Stufe 1: 2005, Leitzentrale Desigo und 25 PX-Automationsstationen,

Stufe 2: 2006, Installation von 25 PX-Automationsstationen,

Stufe 3: 2007, Installation von 7 PX-Automationsstationen.,

In der Migrationsstufe 2 wurde außerdem eine Unterstation eines Fremdfabrikates erfolgreich über BACnet in das System integriert.

Inzwischen sind im Werk Heidelberg 62 PX-Unterstationen installiert.

Datensammeln über OPC-Station

Alle Daten aus den noch vorhandenen Visonik-Systemen, den neuen Desigo Leitzentralen sowie anderen gebäudetechnischen Gewerken werden von BACnet über den Industriestandard OPC an ein Störmeldesystem weitergeleitet. Die OPC-Schnittstelle ist aufgrund ihrer leicht zu implementierenden Funktionalität in Industriekreisen weit verbreitet. HDM legte großen Wert auf diese Schnitt­stelle, weil damit Subsysteme verschiedener Hersteller leicht in ein Netzwerk integriert werden können. Die OPC-Station fungiert bei HDM als Datensammler aller Informationen aus den verschiedenen Gebäudesystemen und ist in der Noteinsatzzentrale angesiedelt. Das eigentliche Gebäudemanagement erfolgt über das Bedien- und Visualisierungssystem Desigo Insight. 

Alle Daten griffbereit

Mit der neuen „Desigo-Welt“ vereinfacht sich die Betriebsführung der gebäudetechnischen Anlagen in der Industrieliegenschaft ganz wesentlich. Dazu trägt insbesondere die einfache Bedienung, das beliebige Anlegen von Trendkurven in Desigo und über die ADP-Software (Advanced Data Processing) sowie die Vorprogrammierung von arbeitsfreien Tagen bei. Wichtig für den Betreiber ist die einfache Überprüfung von Regelfunktionen, z. B. die Heiz-Kühlsequenz einer Klimaanlage.

Weitere Neuerungen sind Optimierungsprogramme zur Regelung der freien Kühlung in den Produktionshallen sowie Optimum-Start-Stop-Programme zur Einschalt- und Restwärmeoptimierung von Heizungs- und RLT-Anlagen. Auch die Option, alle Anlagen an arbeitsfreien Tagen mit nur einem Mausklick „geordnet“ auf „AUS“ und Schutzbetrieb zu schalten, ist eine Entlastung des Betreiberpersonals. Es zeichnet sich bereits ab, dass durch die Migration nach Desigo auf der Basis von BACnet das Energiesparen in großen industriellen Liegenschaften erheblich einfacher ist.

Fazit

Die frühzeitige Auseinandersetzung mit dem inzwischen international genormten und zügig weiterentwickelten BACnet-Protokoll (ISO 16 484-5) hat sich für HDM als richtig erwiesen. Mit entscheidend war, dass für die weitgehend auf dem Desigo-System basierende Gebäudeautomation die Firma Siemens als einer der ersten Hersteller schon während des ZIG-Projektes ein natives BACnet-Gebäudeautoma­tionssystem anbieten konnte.

Für die Migrationslösung von Visonik nach Desigo spricht außerdem die fast verlustfreie Rückwärtskompatibilität zur bestehenden „Visonik-Welt“ sowie die minimale Ausfallzeit beim Wechsel der Systeme. Dies ermöglicht eine schrittweise Migration ohne negative Rück­kopplungseffekte auf den Betrieb und die Produktion. Bei der Aufschaltung von Drittsystemen über BACnet muss man jedoch einkalkulieren, dass der Aufwand hierfür größer ist als der mit Desigo-Automation.