Wissen

Höchste Sicherheit bei Start und Landung

Redundante Steuerung der Befeuerungsanlagen am Frankfurter Flughafen

Auf einen Blick

Um das gefahrlose Starten und Landen der Flugzeuge sicherzustellen, ist eine lückenlose Steuerung und Überwachung der Befeuerungsanlagen unabdingbar. Deshalb beauftragte die Fraport AG die Cegelec Deutschland GmbH mit der Umsetzung eines redundanten Steuerungskonzepts für die entsprechende Applikation auf dem Frankfurter Flughafen.

Aus der Luft betrachtet erscheint der Frankfurter Flughafen insbesondere bei Nacht wie eine riesige beleuchtete Stadt. Die am besten erkennbaren Leuchtpunkte gehören zu den Befeuerungsanlagen der vier Start- und Landebahnen. Doch kaum ein Passagier oder Besucher macht sich Gedanken darüber, wie komplex die Steuerung der Beleuchtung ist, die kontinuierlich zur Verfügung stehen muss. Deswegen betraute die Fraport AG Cegelec mit der Erarbeitung eines Konzepts, bei dem die Flugfeldbeleuchtung von einem redundanten Leitsystem gesteuert wird (Abb. 1).

Abb. 1: Aufbau des Redundanzkonzepts

Kommunikation via Profibus, Ethernet und Fernwirk-Protokoll

Zur Befeuerung der Start- und Landebahnen des Vorfelds kommen Befeuerungskomponenten von Siemens, Induperm und Lucebit zum Einsatz. Daher setzte die Fraport AG die Verwendung des Feldbussystems Profibus DP für die Datenübertragung voraus. Bei der Ankopplung der Profibus-Teilnehmer an die Controller entschied sich Cegelec zur Nutzung von Profinet-IO-Proxys vom Typ »FL NP PND-4TX PB« von Phoenix Contact. Der Proxy stellt für die Lucebit-Komponenten einen Klasse-1-Master im Profibus-DP-System dar. Gleichzeitig fungiert er bei der überlagerten Steuerung als Profinet-IO-Device. Die Besonderheit der Lucebit-Geräte liegt darin, dass jeder Teilnehmer zwei Profibus-Devices repräsentiert. Auf diese Weise lassen sie sich über zwei unterschiedliche Profibus-Master an zwei Profinet-Controller anbinden. Jeder Controller verfügt somit über ein eigenes unterlagertes Netzwerk, in dem die gleichen Endgeräte eingesetzt werden.

Die nächste Stufe des Redundanzkonzepts besteht aus den beiden Profinet-Controllern. Cegelec wählte hier Hochleistungs-Steuerungen vom Typ »RFC 470 PN 3TX« von Phoenix Contact. Die Steuerungen tauschen die aktuellen Zustände der unterlagerten Befeuerungskomponenten permanent über eine TCP/IP-Verbindung miteinander aus und werden auf Basis der Fernwirklösung Resy+ an das Leitsystem angekoppelt. Resy+ umfasst verschiedene Funktionsbaustein-Bibliotheken, die das Implementieren zusätzlicher Funktionen und Protokolle auf einem Controller ermöglichen. In diesem Projekt verwendet Cegelec die »Resy-104-Bibliothek«, die das Fernwirk-Protokoll gemäß IEC 60870-5-104 umsetzt (Abb. 2). So lässt sich das Redundanzkonzept auf allen Ebenen realisieren.

Abb. 2: Blick in einen Schaltschrank

Reduzierung des Datenaufkommens durch Begrenzung der Master-Funktion

Das Ziel des beschriebenen Redundanzkonzepts liegt darin, eine hohe Ausfallsicherheit zu erreichen. Sollte die Verbindung eines Reglers zum Controller unterbrochen werden, kann dieser über den zweiten Proxy und damit den zweiten Controller mit dem Leitsystem kommunizieren. Das erfordert eine kontinuierliche Verbindungsüberwachung der Teilnehmer seitens der beiden »RFC 470 PN 3TX«, die durch einen Teil der I/O-Daten durchgeführt wird. Um eine zuverlässige Kontrolle der Verbindung des Leitsystems mit den Profibus-Devices sicherzustellen, tauschen die Devices permanent Daten mit den überlagerten Profinet-Controllern aus. Ändern nun die Daten eines Teilnehmers ihren Wert auf null, stellt das System einen Verbindungsfehler fest. Die Zustände jedes Teilnehmers eines Netzwerks werden von jedem Controller an den anderen Controller übertragen. Eines der Geräte arbeitet dabei als Master, das andere als Slave. Erkennt der Master, dass ein Verbindungsfehler aufgetreten ist, der nicht am Slave liegt, geht die Prozessführung auf den anderen Controller über (Abb. 3).

Zur Verringerung des Datenaufkommens und Verhinderung von Störmeldungen begrenzt das Redundanzkonzept die Master-Funktion auf einen der beiden Profinet-Controller. Auf diese Weise kann lediglich der Master-Controller die I/O-Daten der unterlagerten Profinet-Devices an das Leitsystem kommunizieren. Sollte es zu Fehlern oder Ausfällen im System kommen, werden die empfangenen Daten zum Führen einer Störstatistik genutzt. Neben der Reduzierung des Datenaufkommens ist das System in der Lage, in einen Simultanmodus zu wechseln, der sowohl bei der Inbetriebnahme als auch während des laufenden Betriebs erhebliche Vorteile mit sich bringt.

Abb. 3: Visualisierung des Systems

Steuerung einer großen Lampenzahl

Die Befeuerungskomponenten unterteilen sich in vier Hauptgruppen, die wiederum in verschiedene Segmente aufgegliedert sind. Dabei handelt es sich um Lucebit-Regler mit und ohne Lampensteuerung, Lucebit-Blitzsysteme und eine Netzersatzanlage. Die erste Gruppe spaltet sich in bis zu 108 Befeuerungsregler auf, die maximal 254 Lampen steuern können (Abb. 4). Diese Zahlen belegen, welch großer Aufwand betrieben werden muss, um eine korrekte Befeuerung zu installieren.

Abb. 4: Schaltschränke mit Lucebit-Reglern

Weitere Informationen:

Autor: Dipl.-Ing. Eike Wedekind, Mitarbeiter im Global Industry Management, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont, www.phoenixcontact.de
Cegelec Deutschland GmbH, Frankfurt a. M., www.cegelec.de


Teilen & Feedback