Die Stadtwerke Lemgo überwachen ihr Trinkwassernetz mit einzelnen Unterstationen, die über ein Fernwirknetz an das Leitsystem angebunden sind. Funkmodule von Phoenix Contact sorgen für die Integration weit entfernter Hochbehälter in das System. 

Mit rund 42.000 Einwohnern ist Lemgo die drittgrößte Stadt des Kreises Lippe, der zum Regierungsbezirk Detmold gehört. 1190 an einem Kreuzungspunkt wichtiger Handelswege gegründet, besitzt der im Nordosten Nordrhein-Westfalens gelegene Ort seit 1245 die Stadtrechte. Größte Erwerbszweige sind heute die Metallverarbeitung, die Fabrikation von Dentalinstrumenten, der Maschinenbau sowie der Dienstleistungsbereich. Obwohl Lemgo nicht groß ist, haben sich seine Stadtwerke immer wieder als Vorreiter und Impulsgeber in der Energieversorgung profiliert. Mit ihren klassischen Versorgungssparten setzen sie neue Maßstäbe. Dies liegt u.a. am langjährigen Fernwärme-Know-how. So überzeugt die Energieerzeugung durch eine sehr gute Klimabilanz, denn mit Sonne, Wind, Wasser und Biomasse wird in Lemgo auf ökologisch erzeugte Energie gesetzt. Die Stadtwerke Lemgo versorgen die gewerblichen und privaten Kunden schon seit mehr als einem Jahrhundert. Heute umfasst das Produkt-Portfolio u.a. Strom, Erdgas, Fernwärme und Trinkwasser. 15 Brunnen liefern mehr als 2,5 Millionen Kubikmeter hochwertiges Trinkwasser pro Jahr. Aufgrund der topologischen Lage Lemgos verfügen die Brunnen über tiefe Entnahmepunkte, so dass das geförderte Wasser nicht weiter aufbereitet werden muss.

Umfangreiche Leit- und Fernwirktechnik

Um die zuverlässige Trinkwasserversorgung der angeschlossenen Unternehmen und Haushalte sicherzustellen, nutzen die Stadtwerke Lemgo eine umfangreiche Leit- und Fernwirktechnik. Strom-, Gas-, Fernwärme- und Wasser-Unterstationen, die auch außerhalb der Stadtgrenze verteilt sind, werden über die zentrale Leittechnik elektrisch angesteuert. Das in der Zentrale installierte Leitsystem ist mit einer S7-Steuerung verbunden, die via Profibus-Leitung mit den Profibus-Buskopplern von Phoenix Contact kommuniziert (Abb. 1). An jeden Buskoppler sind RS485-Kommunikationsklemmen angereiht. Mit Hilfe der Klemmen wird eine sternförmige Zweidraht-Verbindung zu verschiedenen über die Stadt verstreuten Unterstationen aufgebaut. In den Unterstationen befinden sich Inline Controller ILC 200 IB von Phoenix Contact, die für den Datenaustausch mit den Profibus-Buskopplern in der Leitzentrale verantwortlich zeichnen. Die meisten Unterstationen sind in ein Fernmelde-Leitungsnetzwerk integriert. Eine Ausnahme bildet die Unterstation in der Birkenkampstraße. Da hier keine fest verlegte Leitung vorhanden ist, suchten die Verantwortlichen nach einer alternativen Lösung.

Zuverlässig Entfernungen ­überbrücken

2007 wurde die Unterstation Birkenkampstraße per Funkverbindung an die Leitzentrale angekoppelt. Von der Leitzentrale der Stadtwerke Lemgo führt eine Fernmeldeleitung zur Lageschen Straße. Hier haben die Mitarbeiter ein Funkmodul mit serieller RS485-Schnittstelle in einen kleinen Kunststoffverteiler eingebaut, der am Schornstein eines ansässigen Möbelgeschäfts montiert ist. An das Funkmodul ist eine 8-dBi-Panel-Richtantenne via Antennenkabel angeschlossen. Über die Richtantenne lassen sich die Funkwellen gezielt in Richtung des Empfängers an der Birkenkampstraße leiten und verstärken. In der dortigen Unterverteilung befindet sich eine Steuerung ILC 200 IB, die via serielle Schnittstelle mit einem Funkmodul kommuniziert (Abb. 2). Die Wireless-Komponente wird dann per Überspannungsschutz-Adapter mit einer 10 m langen Antennenleitung an eine 8-dBi-Panel-Richtantenne angekoppelt. Diese ist an der obersten Kante eines etwa 6 m hohen Masts angebracht und in Richtung der Lageschen Straße ausgerichtet.
2007 waren keine Leitungen zur Birkenkampstraße verlegt und ein solches Projekt nicht in Planung. „Wir haben seinerzeit nach einer robusten Funklösung geforscht, die die Distanz von 2,4 km zwischen Birkenkamp- und Lageschen Straße zuverlässig überbrücken kann (Abb. 3). Darüber hinaus sollten keine laufenden Kosten anfallen", erläutert Jens Borkowski, Fachbereichsleiter für die Leittechnik bei den Stadtwerken Lemgo. Seine Wahl fiel auf das bidirektionale RAD-Line Serial-Funksystem von Phoenix Contact, das im 2,4-GHz-Frequenzband mit der proprietären Funktechnologie Trusted Wireless arbeitet. Über die Funkstrecke werden die beiden Hochbehälter Wiembecker Berg und Biester Berg, die der Trinkwasserversorgung dienen, befüllt.

Parallelbetrieb mehrerer Funksysteme

Der Einsatz der RAD-Line Serial-Funkmodule erlaubt auch bei verschiedenen Funksignalwegen einen störungsfreien Betrieb. Dazu leitet das Funksystem Signale auf über 80 zur Verfügung stehenden Kanälen weiter, die in einer Bandbreite von 1 MHz auf der Grundlage eines Frequenzsprung-Verfahrens pseudozufällig durchsprungen werden. Auf diese Weise wird ein hohes Maß an Störsicherheit und Robustheit erreicht. Dabei verhält sich die Trusted-Wireless-Funktechnik freundlich zu anderen im 2,4-GHz-Frequenzband funkenden Systemen. Dies resultiert zum einen aus der Verwendung schmalbandiger Sendefrequenzen, so dass andere Frequenzspringer wie Bluetooth problemlos parallel betrieben werden können. Auf der anderen Seite lassen sich Sendefrequenzen oder Frequenzbereiche von der Nutzung ausschließen, was den gleichzeitigen örtlichen und zeitlichen Einsatz von WLAN-Systemen ermöglicht. Die Verwendung des 2,4-GHz-Frequenzbands trägt zu einer hohen elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) bei. Das Störspektrum im industriellen Umfeld, das beispielsweise von Antrieben oder Frequenzumrichtern erzeugt wird, reicht nicht bis zu dieser Frequenz, weshalb von den Geräten keine Störeinflüsse ausgehen können.

Einfache Inbetriebnahme

Die RAD-Line Serial-Funkmodule müssen bei der Inbetriebnahme einmalig mit einer kostenfrei erhältlichen Software konfiguriert werden. Dabei führt ein Assistent den Anwender durch die Konfiguration. Der Anwender muss lediglich die Netzwerk- sowie die Schnittstellenparameter des genutzten RS485-Interfaces eingeben. Anschließend kann er die Qualität der Funkverbindung mit einem Spannungsmessgerät an der integrierten RSSI-Messbuchse (Received Signal Strength Indicator) ermitteln. Zur kontinuierlichen Überwachung der Funkverbindung lässt sich dieser Spannungsausgang zudem mit der Steuerung verbinden. Anso nsten wird die Zuverlässigkeit der drahtlosen Übertragung vor Ort über die am Funkmodul angebrachten Power- und Status-LEDs kontrolliert. Alternativ kann die Funkverbindung auch mit Hilfe der in der Konfigurations-Software enthaltenen Diagnosefunktionen geprüft werden. In diesem Fall zeigt die Software den Netzwerk-Strukturbaum der Funkmodule sowie die Signalstärken, Spannungsversorgungen der Teilnehmer und die Fehlerdatenrate in Grafiken oder Tabellenform an.

Fazit

Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem RAD-Line Serial-System erachtet Jens Borkowski die drahtlose Kommunikation als echte Alternative zu kabelgebundenen Lösungen. „So haben wir Zeit und Geld bei der Installation gespart. Außerdem zeigen unsere Erfahrungen der letzten Jahre, dass die Signale mit Trusted Wireless stets zuverlässig ausgetauscht werden", so Borkowski. (gro)