Referenz 26. April 2018

Wasserwirtschaft: Messwerte intelligent vernetzen

NIVUS und WAGO schaffen mit einer standardisierten Lösung den einfachen Netzverbund

Richtig messen – darum geht es immer wieder, wenn Prozesse zu optimieren sind. Das klingt zunächst einfach, ist es aber meist nicht. Richtig messen heißt: die für die Prozessanalyse wirklich relevanten Daten zu ermitteln, diese mit passenden mathematischen Modellen auszuwerten und in einen zielführenden Kontext zu bringen. Gelingt das, lassen sich schlussendlich Maßnahmen ableiten, die das Potential haben, nachhaltig die Effizienz eines Prozesses zu steigern. Im Abwasserbereich werden vornehmlich Daten im Kanalnetz oder auf Kläranlagen ermittelt. Die NIVUS GmbH aus Eppingen gehört mit ihren Messsensoren auf diesem Gebiet zu den weltweiten Marktführern. Gemeinsam mit WAGO hat das Unternehmen jetzt eine Lösung entwickelt, die auch Daten räumlich weit entlegener Stationen vergleichsweise einfach in das Netzwerk einbindet.

Kläranlagen sind empfindliche Systeme, die gleichbleibende Lebensbedingungen für Mikroorganismen erfordern. In diesem Zusammenhang ist ein harmonisierter Abwasserzulauf eine wesentliche Grundvoraussetzung – insbesondere mit Blick auf Frachtvolumen, -konzentration und -zusammensetzung. Dieser lässt sich realisieren, indem die Durchflussmessung des Abwassers im Kanalnetz mit einer wasserbaulichen Anlage, wie beispielsweise einer Drosseleinrichtung, kombiniert wird.

Werden innerhalb eines Kanalnetzes die einzelnen Messstationen der wasserbaulichen Anlagen miteinander vernetzt, stehen die Daten, die hier erhoben werden, in Echtzeit in der Leitzentrale der Kläranlage zur Verfügung. Mit dem SOLL-IST-Abgleich der Prozessdaten der Kläranlage kann nun mittels mathematischer Berechnung der optimale Zulauf des Abwassers ermittelt und die Anlage im bestmöglichen Betrieb gefahren werden. Bei der Berechnung der dazu erforderlichen Maßnahmen wird auch der zeitliche Versatz berücksichtigt, der zwischen der Einstellungsänderung und der Auswirkung dieser Änderungen entsteht. Die Steuerung der Verfahrensprozesse erfolgt also lange bevor die Fracht die Kläranlage oder deren einzelne Bereiche überhaupt erreicht. Gleichzeitig lässt sich durch die gezielte Steuerung von Drosseleinrichtungen und anderen wasserbaulichen Anlagen ein wichtiger Beitrag zum Oberflächenwasser-Management realisieren. NIVUS spricht in diesem Kontext von einem integrierten Prozessleitsystem und bildet damit die Basis zur Entwicklung in Richtung Wasser 4.0.

Ihre Vorteile mit WAGO:

kontinuierliche Anlagenüberwachung mit dem Controller PFC200
frühzeitige Identifikation von Störquellen
gezielte Aufnahme und Auswertung von Prozesswerten mit dem WAGO-I/O-SYSTEM 750/753

Optimal gesteuerte Prozesse

Auch Pufferspeicher, beispielsweise unterirdische Regenrückhaltebecken im Kanalnetz eines Entsorgungsgebiets, müssen effizient reguliert werden. Sie füllen sich bei Starkregenereignissen vollständig und geben bei nachlassendem Regen die Menge an frachtarmen Regenwasser ab, die für die biologischen Prozesse optimal ist. Dazu können – auf Basis des intelligenten Anlagenverbunds – die Ablaufklappen des Speichers bedarfsgerecht eingestellt werden. Der Nutzen: harmonische Reinigungsabläufe, die mit hoher Energieeffizienz zu guten Auslasswerten führen.

Standardisierte Lösung komplexe Anwendung

Bei einem Gros der vielfältigen Anwendungen, die in der Wasser- und Abwassertechnik vorkommen, handelt es sich um wiederkehrende Applikationen. Darum haben NIVUS und WAGO dafür eine standardisierte Technik entwickelt. Das WAGO-I/O-SYSTEM Serie 750 übernimmt dabei mit dem PFC200 die zentrale Aufgabe des wartungsfreien IoT-Gateways in den Unterstationen. Als NivuLink-Control sorgt es für die Verbindung zwischen Sensorik, Aktorik und Leitstand. NIVUS vereinigt so die Automatisierung zentraler verfahrenstechnischer Prozessanlagen mit der Überwachung dezentral verteilter Prozessbereiche. Die Vorteile, die daraus resultieren, liegen auf der Hand: „Es gibt eine zentrale Bedienerführung bis in die unterste Ebene. Die Überwachung und Steuerung der verteilten Stationen erfolgt zentral. Die zentrale Visualisierung von Anlagenteilen ermöglicht eine schnelle Übersicht sowie eine effiziente Überwachung und Steuerung der verteilten Systeme“, erklärt Martin Müller, Marketingleiter von NIVUS. Controller zu verarbeiten und dann als gebündeltes Datenpaket per TCP/IP an die Leitwarte zu schicken.

Dezentrale Stationen einfach einbinden

Die im Anlagenverbund dezentral verbauten Controller steuern nicht nur den Prozess, sondern überwachen gleichzeitig die Anlage. So kann über den PFC200 nicht nur eine Pumpstation von der Leitwarte aus eingebunden und gesteuert werden, sondern auch eine kontinuierliche Anlagenüberwachung erfolgen. Auf diese Weise können beispielsweise Abnutzungserscheinungen und Verstopfungen frühzeitig identifiziert und behoben werden. Das WAGO-I/O-SYSTEM Serie 750 stellt mit über 500 Funktionsmodulen die Hardwareplattform zur Anbindung unterschiedlichster Sensorik, Messtechnik und auch Antriebe zur Verfügung. Dadurch können die Prozesswerte in den Unterstationen gezielt aufgenommen und ausgewertet werden.

Martin Müller bezeichnet den PFC200 aus gutem Grund „als Fernwirkkopf, der die Sensorik gesammelt mit der Leittechnik verbindet – und Sensorik wie Leittechnik kommen idealerweise auch von uns“. Durch diese Systemlösung bleibt jederzeit der Überblick im Kläranlagenverbund erhalten. Der Personalaufwand für die Überwachung und Wartung der Anlage sinkt, während die Betriebssicherheit gleichzeitig steigt.

„Durch die in den Unterstationen gemessenen Prozesswerte lassen sich gezielte Rückschlüsse auf den Zustand des Anlagenverbunds ziehen. Die Systemlösung mit NICOS und dem PFC200 oder NivuLink-Control stellt für den Betreiber einen wichtigen Schritt in Richtung Predictive Maintenance dar“, betont Kay Miller, Global Industrie Manager Water bei WAGO. Die generelle Offenheit des I/O-Systems 750 macht hierbei den Weg frei, höchst unterschiedliche Analysewerte, Signalformen oder Datenformate mit den passenden I/O-Modulen einzusammeln, im Controller zu verarbeiten und dann als gebündeltes Datenpaket per TCP/IP an die Leitwarte zu schicken.

Bei der Anbindung keine Grenzen

Die vielen Schnittstellen innerhalb des WAGO-I/O-SYSTEMs 750 ermöglichen überdies die Kommunikation mit benachbarten Maschinen und Anlagenteilen. Für die Steuerung von Aktoren stehen sowohl Analog- und Digitalausgänge als auch Bustechnologien zur Verfügung. Der Messwertspeicher im Gerät ist durch SD-Karten einfach erweiterbar. Die Verbindung zu übergeordneten Systemen kann sowohl klassisch über vorhandene Leitungen erfolgen als auch mobil mit der 3G-Variante des PFC200. „NIVUS hat durch die Weiterentwicklung des PFC200 zum NivuLink-Control eine Lösung geschaffen, die unabhängig von der Verfügbarkeit lokaler Netzwerke oder bestimmter SIM-Karten eingesetzt werden kann. Dadurch bietet sie die Wahl zwischen serverbasierten und cloudbasierten Anwendungen“, erklärt Kay Miller. Der auf dem PFC200 basierende NivuLink-Control zeichnet sich durch ein minimales Datenvolumen aus; er reduziert dadurch die Kosten für die Datenübertragung. Alarm- und Triggerfunktionen beschleunigen die Abläufe in vordefinierten Szenarien. In Sachen Übertragungssicherheit kommen integrierte Sicherheitsdienste wie OVPN, IPsec oder TLS zum Einsatz. Damit entspricht der NivuLink-Control auch den Anforderungen an die Cyber-Security bei KRITIS-Anwendungen.

Fazit

Bisher lösen Leitsystemhersteller das Problem der Flächenverteilung nach Erfahrung von NIVUS sehr häufig mit heterorgenen Systemebenen. „Diese erfüllen die Herausforderungen für komplexe verfahrenstechnische Teilanlagen nicht – zumindest nicht in einem Schritt“, erklärt Martin Müller. Sie setzten auf einfache „Remote Terminal Units“ (RTU) mit geringem Automatisierungsgrad für Außenstationen und führten separat projektierte Teilsysteme durch einen zweiten Schritt im überlagerten Netzleitsystem zusammen, so Müller weiter. „Mit dem NivuLink-Controll steht eine einzige intelligente Lösung für die komplette Vernetzung sensorbasierter Messsysteme zur Verfügung – aus einer Hand, in einem Schritt “, so Müller.

Autoren:
Martin Müller, Leitung Marketing bei NIVUS
Kay Miller, Global Industry Manager Water bei WAGO

Über NIVUS

Die NIVUS-Gruppe ist ein führender Entwickler, Produzent und Lieferant von Messtechnik und Prozessleitsystemen für die Wasserwirtschaft. Das Unternehmen entwickelt seit 50 Jahren Füllstand- und Durchflussmesstechnik und entwickelt kontinuierlich anwendungsorientierte Messsysteme. Die Lösungen zeichnen sich durch einen praxisorientierten Beratungsansatz aus. Das Unternehmen hat seinen Sitz in Eppingen und ist mit neun internationalen Niederlassungen und über 40 Distributoren weltweit tätig.

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