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Themen 27. April 2018

Applikationssoftware erleichtert Engineering, Service und Wartung

Pumpensteuerung mittels standardisierter Software - Bei der Auslegung von Pumpwerken in der Abwassertechnik zählt als oberstes Gebot, Pumpen mit ausreichender Leistung auszustatten. Nur so sind diese in der Lage, das Abwasser so verlässlich zu transportieren, wie ein freies Gefälle.

An dieser Kernaufgabe hat sich bei allem gebotenen technischen Fortschritt über Jahrzehnte nichts geändert. Die Funktion bleibt, die Ausführung indes verändert sich. Und das führt über die Jahre zu einer äußerst heterogenen Anlagenstruktur, die insbesondere den Service erschwert. Gerade im Zuge von Modernisierungen sind darum Lösungen gefragt, die das Engineering und die Wartung unterstützen. Diesen Ansprüchen folgend, hat WAGO eine bis ins Detail durchdachte Applikationssoftware für die Pumpensteuerung entwickelt.

Pumpwerke gehören in Deutschland neben Straßen und Eisenbahnbrücken zu den wohl ältesten Infrastruktureinrichtungen. Über 100 Jahre haben einige Pumpwerke ihren Dienst verrichtet, sind teilweise in kulturelle Zentren oder zu Museen umfunktioniert worden. An Pumpenwerken lassen sich die Möglichkeiten des technischen Fortschrittes sehr gut ablesen: Wo vor einem Jahrhundert Gasmotoren als Antrieb dienten, werden die Pumpen heute von elektrischem Strom und einem Gros an Automatisierungstechnik betrieben. Die Entwicklung von neuartigen Laufradtypen und Sensoren haben zu einer deutlich höheren Leistungsfähigkeit und Effizienz sowie verbesserter Überwachungsmöglichkeit geführt. Allerdings ist die Modernisierung und Automatisierung von Pumpwerken über Jahrzehnte organisch gewachsen und eben dies führt zu einer extrem heterogenen Automatisierungsstruktur, die wir heute in Pumpwerken vorfinden. Insbesondere bei großen Pumpwerken in der Abwassertechnik kommt es nicht selten vor, dass ein Betreiber 70 Pumpstationen betreibt, in denen Pumpen oder Motoren von drei unterschiedlichen Anbietern verbaut sind, die wiederum mit drei oder vier unterschiedlichsten Steuerungssystem geregelt werden.

Modernisierung als Chance

Im Zuge der Modernisierung böte sich nun die Gelegenheit, Hardware und Software von Pumpwerken zu vereinheitlichen, denn während der Motor sowie die mechanischen Pumpen im Rahmen einer Modernisierung im Pumpwerk verbleiben, werden die Sensorik, Elektrotechnik und Automatisierung ersetzt. Dem entgegen steht jedoch, dass die meisten Betreiber ihre Pumpwerke schrittweise umstellen und nicht auf einmal. Oftmals bündelt der Anlagenbetreiber bis zu 20 Pumpen in einem Los, das zur Modernisierung ausgeschrieben wird. Hat der Betreiber die Absicht, die Modernisierung dazu zu nutzen, seine Pumpwerke auf ein System umzustellen, kann er im Rahmen seiner Ausschreibung zwar vorgeben, welche Hardware bei der Modernisierung zum Einsatz kommen sollte, er erhält damit jedoch nicht die Gewissheit, dass die Software, die auf den Geräten installiert wird, ebenso einheitlich programmiert ist – nicht zuletzt, weil jeder Applikationsingenieur oder Programmierer seinen Softwarebaustein individuell schreibt. Für den Betreiber bleibt der Wartungsaufwand im schlimmsten Fall also ebenso hoch wie vor der Modernisierung, weil der Servicetechniker das Programm einer jeden Steuerung separat unter die Lupe nehmen muss, um im Wartungs- oder Servicefall nach vermeintlichen Fehlern zu suchen.

Einheitliche Steuerung dank durchdachter Applikationssoftware

Um eben diese Aufwendungen zu reduzieren, hat WAGO eine Applikationssoftware zur Steuerung von Pumpen entwickelt, die vorbereitete Basisfunktionen für wiederkehrende Aufgaben mit einem großen Freiheitsgrad bei der Einstellung individueller Parameter kombiniert. Projektindividuelle Varianten der Software müssen lediglich konfiguriert und nicht programmiert werden. Das verkürzt das Engineering deutlich. Hardwarebasis der Applikationssoftware ist das WAGO-I/O-SYSTEM 750, das mit über 500 verschiedenen I/O-Modulen und der Vielzahl an Schnittstellen auch heterogene, gewachsene Anlagenstrukturen mühelos anbinden kann. Die Pumpensteuerung ist damit universell einsetzbar und stellt auch die Anlagenvernetzung im Gesamtverbund eines Wasser- und Abwasserbetriebes zuverlässig sicher. Die Applikationssoftware ist ausgelegt für Pumpwerke mit zwei bis sechs Pumpen unterschiedlicher Leistung. Aufgrund der Erfahrungen, die WAGO in einer Vielzahl von Abwasserprojekten gesammelt hat, trägt sie exakt den Herausforderungen Rechnung, die typischerweise beim Betrieb von Pumpen auftreten: beispielsweise Lastmanagement, Korrosionsschutz oder Sicherung eines Redundanzbetriebs.

Redundanzbetrieb

Um im Falle einer Störung oder bei Wartungsarbeiten die Verfügbarkeit eines Pumpwerks weiter sicherzustellen, werden in der Pumpstation in der Regel Pumpen unterschiedlicher Art vorgehalten. Hierzu zählen Grundlastpumpen, Spitzenlastpumpen, Restentleerung und Reservepumpen. Allerdings dürfen die zusätzlichen Pumpen innerhalb eines Pumpwerks nicht lediglich für Spitzenlasten oder den Redundanzbetrieb vorgehalten werden, um nur dann in den Betrieb geschickt zu werden, wenn diese Ereignisse tatsächlich auftreten. Dann nämlich kommt es unweigerlich zu Betriebsstörungen, weil die Pumpwerke zu lange bewegungslos in der Schmutzfracht verweilen, Verbindungen festkorrodieren oder mechanische Komponenten zusetzen.

In der Applikationssoftware von WAGO kann die unterschiedliche Nutzung der Pumpen entsprechend definiert werden. Wurde für eine der Pumpen eine Reservefunktion konfiguriert, sorgt die Steuerung von WAGO dafür, dass diese Zuweisung nach jedem Betriebszyklus getauscht wird und damit die betreffenden Pumpen regelmäßig im Betrieb sind. Überdies überwacht die Applikation die Laufzeiten der Pumpen und startet diese nach zu langer Stillstandzeit automatisch für einen vordefinierten Zeitraum, um so Korrosionsbildung zu vermeiden.

Vermeidung von Lastspitzen

Pumpen, die zugeschaltet werden, sollten möglichst nicht gleichzeitig in den Betrieb gehen, sondern nacheinander, um die unnötige Belastung des Stromnetzes zu vermeiden. Die Steuerung von WAGO trägt dem mit einer Anlaufverzögerung Rechnung. Dabei wird eine zweite Pumpe gleichen Typs erst nach Ablauf einer vordefinierten Betriebszeit der ersten Pumpe hinzugeschaltet. Wie lang die Zeiträume für das wirksame Lastmanagement sein müssen, ist von der individuellen Applikation vor Ort abhängig – und lässt sich deshalb in der Pumpensteuerung komfortabel parametrieren. Auf diese Weise wird die Belastung des Stromnetzes minimiert und ebenfalls einem Notstrombetrieb mit Aggregaten Rechnung getragen.

Flexible Niveauschaltung

Mit wechselnden Betriebsparametern ist es überdies möglich, die Pumpenanlage weitgehend vor Verschmutzungen, wie beispielsweise Fettablagerungen zu schützen, die an den Wänden des Pumpenschachtes für Betreiber ein ernstzunehmendes Problem sind. Fette werden von Haushalten oder gastronomischen Betrieben an die Kanalisation abgegeben und treiben im Pumpenschacht an der Wasseroberfläche. Weil der Wasserpegel im Pumpenschacht durch die Pumpen auf dem immer gleichen Niveau gehalten wird, hat das auf dem Wasser schwimmende Fett beste Bedingungen, sich im Pumpenschacht abzusetzen. Dieser Prozess wird weiter begünstigt, wenn das Fett bereits eine lipophile Phase vorfindet. Die Schicht wächst nach innen an, droht den Pumpensumpf zu verstopfen und ist nur mechanisch zu entfernen. Um diesen Prozess zu vermeiden – zumindest jedoch hinauszuzögern – sind die Ein- und Ausschaltpunkte der Pumpen flexibel gestaltet. Sie lassen sich mit Hilfe des leicht zu bedienenden Engineering-Tools CODESYS in den Controllern PFC200 und PFC100 des WAGO-I/O-SYSTEMs 750 passgenau einstellen. Ist das erfolgt, liegt der eigentliche Schaltpunkt der Pumpen jeweils zufällig leicht über oder unter der vorgegebenen Wasserhöhe im Pumpensumpf. Dadurch variiert der Wasserpegel im Pumpenschacht und Fettablagerungen verteilen sich besser.

Alles im Blick

Mit Blick auf die komfortable Bedienung gehört zur Ausstattung der neuen standardisierten WAGO-Applikationssoftware für Pumpenhäuser eine intuitiv nutzbare, webbasierte Visualisierung. Darüber lassen sich die Pumpen sowohl von der Leitebene aus überwachen und steuern als auch direkt vor Ort mit einem an den Controller angeschlossenen Touch-Panel. Wie die Pumpen zum Zwecke der Zuordnung bezeichnet werden sollen, ist im Projekt frei wählbar. Die in den standardisierten Sprachen der IEC 61131-3 programmierte Pumpensteuerung gibt lediglich den generellen Funktionsrahmen für die Ansteuerung der bis zu sechs unterschiedlichen Pumpen unterschiedlicher Bauart vor. Die Details des Steuerprogramms sind Teil der kundenindividuellen Projektierung.

Hierzu zählen ebenfalls die jeweiligen Anforderungen an die Verfügbarkeit der Anlagen. Sie zwingen mehr denn je Betreiber und Serviceunternehmen dazu, über neue Wartungsstrategien nachzudenken und daraus effektive Maßnahmen einzuleiten. Herkömmliche Wartungsansätze wie die reaktive oder auch präventive Wartung verändern sich in Zeiten von Industrie 4.0 in Richtung Predicitve Maintenance. Eine verlässliche Aussage darüber, was kommen wird: WAGO bietet mit seiner Softwarelösung dafür die Basis. Kerndaten wie Strangströme, Durchflusswerte, Druck, Temperatur und cos phi sowie das Last-und Alarmmanagement sind die Grundlage, um eine vorausschauende Wartung betreiben zu können. Gleichzeitig reduziert die standardisierte Softwarelösung für den Betreiber die Investitionen in unterschiedliche Software und wiederkehrende Updates sowie die Schulung der Service-Mitarbeiter.

Autor: Kay Miller, Global Industrie Manager Water bei WAGO