海姆巴赫水利发电站－这座具有青春艺术风格的建筑如今已是古迹保护对象。水从106米高的乌尔夫特蓄水奔流而下，巨大的能量带动该发电厂的两个法氏水轮机进行作业。每个水轮机都配备有一个同步发电机，每个发电机的功率可达8个兆瓦。
千瓦级海姆巴赫－威尔发电站所采用法氏水轮机中的I/O模块通过黄色的总线线缆连接至现场总线适配器。
在这个传统能源向绿色能源跨越转变的时代，在不久的将来需要实现的是将所有制造电能的可用潜力都充分发挥出来。在可再生能源和传统能源的混合方面，川流式水电站和蓄能发电站具有一项重要功能，就是能源的转换和储蓄二者兼具。RWE电力公司目前想要为其在艾弗尔山的水电站实施更新。为此，RWE委托位于纽伦堡沃尔德的F.EE公司来实施这项工作。F.EE公司主要经营自动化业务，它们为该水电站的系统更新选择了WAGO的控制技术和防护等级为IP67的模块化自动化系统。
RWE电力公司位居欧洲5大领先电力及燃气供应商之列，其能源供应业务范围涵盖所有价值创造等级。例如负责对燃油、燃气、褐煤等能源进行输送、运送；建立并经营传统型和可再生能源型发电厂；从事原材料的交易、运输以及电能和燃气的销售贸易。RWE公司共有员工70000多人，他们为近一千六百万用户提供电能及近八百万用户提供天然气。RWE Innogy责任有限公司是RWE的一家子公司，主要经营可再生能源发电厂。他们规划建立并经营使用可再生能源发电的系统。他们的目标是在欧洲顺利推广可再生能源。此外，RWE Innogy公司还建立了陆地和海上的风力发电系统并且增大了在水力及生物发电方面的投资，仅在德国(如摩泽尔、鲁尔区、萨尔区等)就经营着45个水电站及蓄能电站，总容量近541兆瓦。RWE Innogy每年的发电量达14亿千瓦时，可满足约400，000户家庭的年用电需求。这些电站由RWE电力集团为RWE Innogy进行经营及维护。
当前，RWE Power公司正在对其位于艾弗尔的水力发电厂实施系统更新，主要针对部分机械组件(如液压部件)及电站的控制技术等。艾弗尔水力发电厂由海姆巴赫发电站和海姆巴赫－威尔发电站组成。这两个发电站的水均通过压力管道来自乌尔夫拦水坝内。该拦水坝于1905年建成，位于德国北威州西南部。坝高约58米，坝内的乌尔夫特水库总面积约2.16平方公里。乌尔夫特拦水坝除了起到发电的作用之外还对鲁尔河的水位进行调节。在此之前，适逢冬季来临的时候鲁尔河时常会发大规模的洪水。海姆巴赫发电站同蓄水坝有着同样悠久的历史，如今它们已被作为青春风格艺术建筑古迹保护起来了。发电站之前是通过八个旧的法氏水轮机来进行发电的。这八个老水轮机已经工作了70年，需要被更换了。现在取代它们的是两台各自带有同步发电机的新型法氏水轮机，它们的功率都是8个兆瓦。
海姆巴赫发电站与乌尔夫特拦水坝之间的水流是通过一条2.7公里长的压力管道进行输送的，途中要经过Kermeter山脊，然后是一段200米长的高压管道。这段高压管道位于山坡上，落差达106米。乌尔夫特水库的水流通过它注入两个大型法氏水轮机。在位于海姆巴赫发电站下方的位置还有另一个蓄水池，海姆巴赫发电站会不时达到顶级负载状态，在这个时候，该蓄水池就会为其补给所需的水量。海姆巴赫－威尔发电站位于海姆巴赫发电站下方8米处，它采用的是带有锥齿轮传动装置的转桨式水轮机，也是通过来自于蓄水池中的水来驱动的。并且这个水轮机带动着一个功率为750千瓦的异步发电机来发电。这两个发电站都通过F.EE公司进行了本地控制系统的更新。其中包括自动化系统、本地操作及监测站(B&B)以及与中央站点(位于摩泽尔河畔的Fankel)的标准化连接。该站负责监控RWE公司所有位于萨尔、爱弗尔和摩泽尔水域的发电站。负责两个发电站的调节和控制系统更新工作的F.EE公司位于纽伦堡沃尔德，是一家专业且具有丰富经验的自动化方案供应商。
系统采用IP67防护等级，无需开关柜
SPEEDWAY模块可安装在传感器与执行器附近
无开关柜的解决方案丝毫不受恶劣环境条件的影响
PROFIBUS现场总线适配器和6个SPEEDWAY模块正常工作在潮湿环境下且无需配备开关柜。该系统位于水轮室中，用来对水轮机的辅助设备进行控制和监测。
他们为三个站点配备了WAGO产品中IP67防护等级的SPEEDWAY系列PROFIBUS现场总线适配器。该适配器通过I/O模块采集这三个站点中传感器与执行器的数字量及模拟量信号并把它们传输给上层控制系统。而在现场侧可将控制命令传递给相应的控制系统。F.EE公司为海姆巴赫发电厂安装水轮机的地下室里的诸多设备都配备了现场总线适配器，例如法氏水轮机的同步发电机、球型阀、液压系统和其它辅助设备等等。模块化结构的系统使每个现场总线适配器或控制器与I/O模块的间距可达50米。每个单独的SPEEDWAY站点可扩展的总长度达500米。F.EE公司就是充分利用WAGO SPEEDWAY产品的这一优秀特性，将模块安装在了传感器与执行器附近，这大大缩短了系统敷设的线缆长度。“防护等级为IP67的WAGO SPEEDWAY系统在潮湿恶劣的环境中工作性能仍十分出色。比如说水被加压后注入高压管道的入口位于水库的底部，这里的温度仅为4℃左右。”F.EE项目经理Michael Hellmuth说道，由于内外温差巨大，尤其是在夏季更为明显，从而经常导致凝露的出现，“所以在那里就相当于置身溶洞中”Michael Hellmuth还补充道。普通防护等级为IP20的控制系统若想工作在这样潮湿的环境中就须额外配备防护外壳，这不仅会占用很多空间而且还会加大开支。“WAGO SPEEDWAY是具有IP67防护等级的远程IO产品，它支持多种主流的现场总线协议，可以简单方便的通过一条总线连接到中央控制系统中。”Michael Hellmuth还总结道。此外，SPEEDWAY I/O模块可支持标准线缆的预先接线，从而减少了布线时出现的错误并能简化后期的维护工作。
水轮机是在水力作用下转动从而带动发电机制造电能的，而涡轮装置的开口管路用来控制使转轮转动的水流量。液压系统发挥着调整叶片从而调节发电机功率的作用。海姆巴赫－威尔发电站所使用的卡普兰水轮机主要应用于水位落差很小但水量很大的的川流式水电站。除了对涡轮装置进行控制之外还可使用液压设备对转轮叶片角度进行调节。新的控制系统(PLC)则会根据涡轮的开口大小(a0)来调节转轮叶片的角度(Phi)，从而改善了水轮机的工作效率。
背景
F.EE为全球用户提供自动化、系统编程、能源制造和IT方面的相关产品及解决方案。其业务范围主要划分为4个领域：电子工程技术、自动化机器人制造技术、信息及系统、还有太阳能技术及能源技术。F.EE公司在水力发电领域有250多个成功的项目经验，其中的水电站规模从30千瓦级到两位数的兆瓦级。采用可靠的控制技术及调节技术可以确保整个系统的高效性。
撰文：Ulrich Menzel, WAGO
图：Ulrich Menzel, WAGO