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Klären mit moderner Netzwerktechnik

: Rockwell


In Villach reinigt eine der größten kommunalen Kläranlagen Österreichs, mit einer Schmutzfracht von 200.000 Einwohnerwerten, die Abwässer des Großraumes Villach. Das Wiener Unternehmen IAS hat die Anlage mit Steuerungs-, Netzwerk- und Visualisierungstechnik von Rockwell Automation rundum modernisiert.

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Eine der größten kommunalen Kläranlagen Österreichs reinigt die Abwässer des Großraumes Villach.

Eine der größten kommunalen Kläranlagen Österreichs reinigt die Abwässer...

Es ist viel Unrat und Abfall im Spiel, mit dem die IAS GmbH und Albert Steinwender ihr Geld verdienen. Doch daran ist durchaus nichts Unehrenhaftes – im Gegenteil, der Unternehmer und Vollbluttechniker trägt doch seit mehr als 30 Jahren dazu bei, dass Umwelt und Gewässer sauber bleiben.

Sein Unternehmen IAS (Internationale Automationssysteme) hat sich als kompetenter Partner in Sachen Umwelttechnik weltweit einen hervorragenden Ruf erarbeitet. Spezialität der Wiener sind Planung und Engineering elektrotechnischer Einrichtungen für Kläranlagen, Trinkwasseraufbereitungsanlagen und Deponien. „Unser Angebot reicht von der Auswahl mess- und regeltechnischer Komponenten bis hin zu kompletten Automatisierungssystemen“, sagt Steinwender. „Auch die Software wird komplett bei uns im Haus geschrieben. Nur so können wir garantieren, dass die Anlage später genau das tut, was sie soll.“

Mit Rockwell Automation verbindet Steinwender seit vielen Jahren eine enge Partnerschaft. Deren Vorzüge kamen auch bei dem großen Projekt zur Geltung, das IAS für die Stadt Villach umgesetzt hat. Der Auftrag umfasste die komplette automationstechnische Modernisierung der städtischen Kläranlage sowie der An- und Einbindung von 35 umliegenden Pumpstationen.

Neben dem Austausch zahlreicher Komponenten und Steuerungen wurde auch ein neues, übergreifendes Leitsystem implementiert und ein dreischichtiges Netzwerk aufgebaut. Eine besondere Herausforderung war es, dass die Erneuerung
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Alle Schaltschränke für die Pumpstationen sind mit Allen-Bradley-Hardware-Komponenten sowie Steuerungs- und Visualisierungslösungen von Rockwell Automation ausgestattet.

Alle Schaltschränke für die Pumpstationen sind mit Allen-Bradley-Hardware-Komponenten...

der Anlage im laufenden Betrieb erfolgen musste. Die einfache und effiziente Programmierbarkeit der Allen-Bradley-Komponenten erwies sich hierbei als ein beschleunigender Faktor. Dank der Software-Durchgängigkeit konnte das umfangreiche Projekt in nur 18 Monaten abgeschlossen werden. Die Skalierbarkeit der Rockwell-Produkte erlaubt es zudem, künftige Erweiterungen oder Änderungen an der Kläranlage problemlos durchzuführen.

Hochkomplexes Verfahren

„Viele Leute meinen, in einer Kläranlage fließt vorne schmutziges Wasser rein und hinten sauberes Wasser raus“, schmunzelt Steinwender. Grob vereinfacht ist das zwar richtig – doch der Profi sieht die anspruchsvollen Technologien, die hinter den Kulissen für einen reibungslosen Ablauf sorgen. „Eine Kläranlage muss auf unterschiedliche Situationen reagieren und trotzdem immer gleich bleibende Wasserqualität liefern können.“

So gibt es Tagesspitzen mit großen Abwassermengen, saisonale Schwankungen und typische Belastungshochs an Feiertagen. Auch Regenwasser passiert die Anlage. Chemischer und biologischer Verschmutzungsgrad des angelieferten Wassers wird permanent durch Onlinemessungen und Probenehmer kontrolliert, die Prozessparameter dementsprechend vollautomatisch eingestellt – 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr. Ausfälle darf es nicht geben, denn strenge wasserrechtliche Vorgaben lassen keine Abstriche zu. „Nur wenige Industrieprozesse erfordern so viel Online-Kontrolle wie die Abwasserreinigung“, weiß Steinwender.

Das hochkomplexe Verfahren
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In der Kläranlage Villach wurde ein einheitlicher Standard in allen Pump- und Hebestationen geschaffen. Dabei reduzieren Softstarter die Belastung der Pumpen beim Hochfahren.

In der Kläranlage Villach wurde ein einheitlicher Standard in allen Pump- und...

umfasst mehrere, mechanische Vorreinigungen durch Rechen und Absetzbecken. In der nachfolgenden Belebungsstufe werden Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen durch Bakterien und andere Mikroorganismen abgebaut bzw. gebunden. Der dabei entstehende Klärschlamm kann – so auch in Villach – zur Erzeugung von Klärgas genutzt werden. Das lässt sich anschließend in Blockheizkraftwerken in Strom und Wärme umwandeln.

Aufgrund der Komplexität von Kläranlagen ist eine komplette Modernisierung kaum weniger aufwändig als die Erstinstallation. Gründliche Planung und Termintreue sind deshalb unverzichtbar.

Minimale Belastung für Pumpen

Im Villacher Projekt brachte IAS in einem ersten Schritt mehr als 30 Pump- und Hebestationen, die Abwässer vom Umland zur Kläranlage pumpen, auf einen einheitlichen Automatisierungsstandard. Jede Station wurde mit einem Allen-Bradley® PanelView™ Plus 400-Display ausgestattet, das Betriebszustände leicht lesbar – sowohl in vollgrafischen Verfahrensbildern wie auch in Klartext – anzeigt.

Diese Informationen sind parallel gleichzeitig in der Leitstelle einsehbar. Die drahtlose Kommunikation dorthin erfolgt über Funk- und GSM-Modems. Bei jenen Stationen, die über Funk angebunden sind, wird in einem Zeitraster von ca. 20 Sekunden der aktuelle Betriebszustand abgefragt. Stationen mit GSM-Anbindung werden zweimal täglich von der Leitstelle abgefragt, melden Störungen
unverzüglich in der Leitzentrale und übertragen die relevanten Daten. Zusätzlich werden im 15-Minuten-Takt Stromverbrauch-Betriebsdaten (Energieverbrauch, Pumpenlaufzeiten, errechnete gepumpte Abwassermenge, etc.) zur späteren Auswertung gesendet.

Alle Pumpen erhielten eine Motorstromüberwachung, die verhindert, dass die Aggregate in Über- oder Unterlast laufen. Sobald eine Pumpe ihr definiertes Kennfeld verlässt, erhält die Leitstelle einen im Klartext definierten Alarmtext (SMS an den diensthabenden Klärwärter und am PLS). Zudem tauschten die IAS-Techniker die alten Stern-Dreieck-Anläufer der Pumpaggregate gegen Allen-Bradley-Softstarter aus. Das reduziert jetzt die Belastung der Pumpen beim Hochfahren auf ein Minimum, was deren Lebensdauer erhöht und damit langfristig die Betriebskosten senkt. Als Steuerung kommt in jeder Pumpstation eine MicroLogix™ 1400 zum Einsatz. Auch alle Schütze und Bedienelemente für den manuellen Betrieb wurden durch Allen-Bradley-Komponenten ersetzt. Dieses Design hat den Kunden sichtlich überzeugt: „Jede zusätzliche Pumpstation, die in Zukunft neu dazukommt, muss nach diesem Standard gebaut werden“, sagt Steinwender stolz.

Umfassendes Netzwerk-Konzept

Als nächstes nahm sich das IAS-Team die Leittechnik vor. Die alten PLC5-Steuerungen durften zwar im System als I/O Ebene verbleiben, fungieren jetzt aber nur mehr als Schnittstellen zu den neuen Allen-Bradley ControlLogix®-Geräten. Diese erledigen die eigentlichen Steuer- und Regelabläufe. „Das Schöne an den ControlLogix ist, dass man dafür seine eigenen Makros (Funktionsblöcke) schreiben kann“, sagt Steinwender. „Wenn neue Komponenten ins System dazu kommen, kann ich diese Makros einfach wieder verwenden – wie Legobausteine.“ Dadurch verkürzt sich der Aufwand für das Engineering, wie auch für das Testen.

Die Prozessvisualisierung erfolgt über die Visualisierungssoftware FactoryTalk View®SE von Rockwell Automation. Auf der Kläranlage
sind 12 Bedienstationen installiert, von denen fünf mit Industrie-PC und Touchpanel ausgerüstet sind. Die restlichen Anbindungen zum PLS werden über die Büro-PCs, die von der hausinternen IT-Abteilung zur Verfügung gestellt werden, realisiert. Das erleichtert das Handling in dem immerhin sechs Hektar großen Areal. Zwei weitere, mobile Stationen erlauben es den Angestellten, die im Bereitschaftsdienst sind, die Kläranlage von Zuhause aus zu überwachen und im Falle eines Störfalles einzugreifen.

Das neu geschaffene Netzwerk umfasst drei Ebenen: Auf der Steuerungsebene sind alle ControlLogix-Steuerungen über einen Glasfaserring miteinander verbunden. Der Ring endet bei zwei baugleichen Servern, was für Redundanz sorgt, falls ein Server ausfallen sollte. Die zweite Ebene besteht aus den einzelnen Bedien- und Beobachtungsstationen. Eine dritte Ebene leitet Betriebsbilanzdaten und diverse Auswertungen an den SQL-Datenserver der Stadt Villach. Von diesem können Trend- und Protokolldaten jederzeit über eine dafür entwickelte Software an die PC-Arbeitsplätze der Kläranlage abgerufen werden. Zusätzlich gibt es einige Anlagenteile – etwa für Qualitätsmessungen oder die unabhängige Stromversorgung – die über eine ProfiBus DB-Karte mit dem System verbunden sind. Die Haustechnik hängt außerdem via Point-I/O™s bzw. via EtherNet am System. „Es gibt fast keine Kommunikationsart, die wir bei dem Projekt nicht umgesetzt haben“, stellt Steinwender fest.

Fernwartung als effizienter Service

Eine große Herausforderung des Projektes war der hohe Zeitdruck. Parallel zur Modernisierung der Kläranlage realisierte die Stadt Villach nämlich eine Nahwärmeversorgung, die mit vertraglich vereinbartem Stichtag betriebsbereit sein musste. Ein wesentlicher Teil der dafür benötigten Wärme kommt aus einem Blockheizkraftwerk, das mit Klärgas betrieben wird, welches wiederum in den Faultürmen aus dem anfallenden Klärschlamm der Kläranlage erzeugt
wird. Dennoch konnte das neue System 18 Monate nach Projektstart erfolgreich in Betrieb genommen werden.

Wie bei fast jedem Projekt nutzt IAS auch in Villach die in den ControlLogix-Steuerungen standardmäßig integrierte Möglichkeit zur Ferndiagnose. Über ein virtuelles, privates Netz (Virtual Private Network – VPN) haben die Wiener Techniker, von jedem Ort der Welt aus, Zugriff auf das Leitsystem in Villach. Dieser Zugang ist durch eine Firewall der hauseigenen IT-Abteilung gesichert. In Verbindung mit einer Modemkarte kann sogar bis auf einzelne Steuerungen zugegriffen werden. Im Fall einer Störung kann das lokale Bedienpersonal somit effizient bei der Fehlersuche unterstützt werden.

Im Zuge der Modernisierung in Villach hat IAS erstmals die Schaltschränke für die Pumpstationen selber gebaut. „Früher haben wir das an Drittfirmen vergeben, aber ich war zu oft nicht mit der Qualität der Ausführung zufrieden. Deshalb machen wir das jetzt selber bei uns im Haus“, sagt Steinwender. Mit der Eigenfertigung ist der Bedarf des Unternehmens an Allen-Bradley-Hardware Komponenten zusätzlich angestiegen. „Unsere gute Beziehung zu Rockwell Automation hat sich damit weiter vertieft.“
Eine der größten kommunalen Kläranlagen Österreichs reinigt die Abwässer des Großraumes Villach.
Alle Schaltschränke für die Pumpstationen sind mit Allen-Bradley-Hardware-Komponenten sowie Steuerungs- und Visualisierungslösungen von Rockwell Automation ausgestattet.
In der Kläranlage Villach wurde ein einheitlicher Standard in allen Pump- und Hebestationen geschaffen. Dabei reduzieren Softstarter die Belastung der Pumpen beim Hochfahren.



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Energie & Umwelttechnik, Steuerung & Regelung

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