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Industrie 4.0 in der Wasserwirtschaft Ins Netz Gegangen: Auf einen Chat mit Talsperre und Wasserwerk

| Autor / Redakteur: Andreas Zerlett* / Dominik Stephan

Über ein umfassendes Leitungsnetz versorgen die kommunalen Unternehmen in Deutschland jeden Bürger mit durchschnittlich 121 Liter Trinkwasser pro Tag. Smarte Technologien sorgen für immer effizientere Abläufe in der Wasserversorgung und Wasseraufbereitung. Auch die Entsorgung von Abwasser lässt sich durch automatisierte Leitstellen und eine intelligente Netzsteuerung verbessern.

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Wasser wird smart: Durch die vernetzte Struktur der Wasserversorgung ist die Bereitstellung des kühlen Nass hervorragend für die Digitalisierung geeignet.
Wasser wird smart: Durch die vernetzte Struktur der Wasserversorgung ist die Bereitstellung des kühlen Nass hervorragend für die Digitalisierung geeignet.
(Bild: ©bongkarn; macrovector - stock.adobe.com [M] Frank)

Immer mehr Menschen zieht es in die großen Städte. Die Schadstoffbelastung steigt, Ressourcen wie Platz, Wasser und Energie werden knapper – das erfordert entsprechende Lösungen und neue Technologien, auch in scheinbar traditionell analogen Sektoren wie der Abwasserentsorgung. Besonders erfolgsversprechend gilt Fachleuten das Konzept der Smart Cities: Hier werden durch eine intelligente Vernetzung bestehender Infrastrukturen, wie etwa Anlagen oder Maschinen, Daten gewonnen, auf deren Basis sich beispielsweise der Verbrauch der verfügbaren Ressourcen reduzieren lässt. Die so vernetzten Komponenten können mit speziellen Automatisierungslösungen zentral gesteuert werden. Dadurch lassen sich Verbesserungspotenziale aufzeigen, Prozesse verbessern und Störungen frühzeitig erkennen.

Auch in der Wasserwirtschaft kommen smarte Technologien zum Einsatz, um die flächendeckende Versorgung mit Trinkwasser und einen nachhaltigen Verbrauch sicherzustellen. So erfassen etwa Sensoren den Wasserverbrauch, Wasserdruck sowie die Systemleistung und machen herkömmliche Wasserzähler überflüssig.

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Industrie 4.0 wird zur Kristallkugel im Wasserwerk

Durch die Einbindung in ein intelligentes Netzwerk (Smart Grid) lassen sich langfristig Aussagen und Prognosen über den Wasserverbrauch machen. Weitere Sensoren erfassen mögliche Schäden an Rohrleitungen, damit diese frühzeitig behoben werden können. Auch Pumpen, Absperranlagen, Rührwerke oder Wasseraufbereitungssysteme lassen sich Software-gestützt überwachen, steuern und vorausschauend warten.

Das vereinfacht und optimiert die Instandhaltung des häufig weit verzweigten Verteilnetzes aus kilometerlangen Pipelines, verteilten Kläranlagen und Pumpstationen. Auf Basis prädiktiver Analyse- und ML-Techniken (Machine Learning) soll der Wasserversorger zudem un­erwartete Verbrauchsspitzen zuverlässig vorhersagen und gegen- steuern können, um Engpässe zu vermeiden. Smarte Technologien tragen auf diese Weise zur kontinuierlichen Wasserversorgung bei und helfen gleichzeitig, Zeit und Kosten einzusparen.

Smartes Wasser für Millionen

Ein Beispiel ist die Wasserförderung und -aufbereitung am Bodensee, durch die in Baden-Württemberg jeden Tag etwa vier Millionen Menschen mit frischem Wasser beliefert werden können. Dafür wird das Seewasser aus 60 Meter Tiefe entnommen und mit Pumpen zur Aufbereitungsanlage gefördert. Dort wird es mit Mikrosieb-, Ozon- und Filteranlagen zu einem hochwertigen Trinkwasser aufbereitet und in Rohrleitungen bis in den Norden des Bundeslandes befördert.

Um die Wasserversorgung in quantitativer wie qualitativer Hinsicht zu gewährleisten, kommt auch Automatisierungssoftwarelösungen wie Zenon von Copa-­Data zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine so genannte „SCADA“-Lösung (Supervisory Control And Data Acquisition) zur Steuerung und Datenerfassung in Produktions- und Infrastrukturanlagen.

So hilft die Digitalisierung, Pegelstände im Blick zu halten

Zenon kann flexibel eingesetzt werden, ist leicht zu bedienen und ermöglicht eine gezielte Steuerung der unterschiedlichen Komponenten sowie Aktualisierungen ohne Anlagenstopp, erklärt der Hersteller. Mit einer derartigen Software lassen sich etwa Pegelstände, Pumpwerke oder Schieber, die die Wassermenge in den Hochbehältern begrenzen, visualisieren und kontrollieren.

In Trend-Diagrammen können Schwankungen der Wasserverteilung innerhalb eines gesamten Netzwerks übersichtlich angezeigt werden und so Rückschlüsse auf den laufenden Betrieb ziehen. Unter Umständen weisen Alerts auf die Notwendigkeit eines Eingreifens hin.

Darüber hinaus liefert die Automatisierungssoftware auch gleich eine detaillierte Analyse des Trinkwassers mit: Ob Chlorgehalt, pH-Wert, Leitfähigkeit oder Trübung des Wassers – die entsprechenden Werte werden in regelmäßigen Abständen aufgezeichnet und übersichtlich im Trend-Diagramm dargestellt.

Reibungslose Instandhaltung dank Vorausschauender Wartung

Intelligente Lösungen sollen zudem eine reibungslose Wartung und Instandhaltung möglich machen. Dank einer standardisierten Benutzeroberfläche lassen sich Anlagen mobil überwachen, sodass Techniker auch bei der Arbeit an einem weit abgelegen Teil der Anlage immer die gesamte Anlage im Blick haben können. Störungen lassen sich sofort via E-Mail, SMS oder Text-to-Speech-Anruf melden. Dabei untestützt die Softwareplattform den Betreiber mit intelligenten Handlungsempfehlungen, wie etwa ein Leck schnell zu lokalisieren und zu beheben ist.

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Die Predictive-Analytics-Funktion der Software ermöglicht eine vorausschauende Wartung. Damit lassen sich ausfallgefährdete Anlagenteile rechtzeitig identifizieren. Plötzlich eintretende Ausfälle im Versorgungsnetz können so verhindert werden. Das gilt nicht nur im Wasserwerk sondern auch bei der Energiegewinnung: Turbinen erzeugen aus der kinetischen Energie des Wassers gleichzeitig Strom. Die rückgewonnene Energie kann über Mittelspannungsanlagen ins Netz eingespeist werden.

Auch bei solch zukunftsweisenden Verfahren überwacht und visualisiert Zenon wichtige Kenngrößen wie Generatorströme, Spannung, Leistung und Netzfrequenz. Die offene und flexible Softwareplattform lässt sich zudem problemlos an bestehende Gegebenheiten anpassen und in vorhandene Infrastrukturen integrieren.

Vernetzte Talsperren und chattende Hochbehälter

In der Abwasserentsorgung leisten smarte Technologien ebenfalls hilfreiche Dienste. Hier geht es vor allem darum, Workflow-gestützte Organisationsprozesse weiterzuentwickeln und Automatisierungssysteme von Talsperren und Klärwerken intelligent zu vernetzen. Durch eine Verknüpfung der Steuerung der Stauräume im Kanalnetz mit der Steuerung der Kläranlage etwa lässt sich die Reinigungsleistung steigern und so die Belastung des Gewässers senken. Auch beim Überwachen der Kanalisation, der Steuerung der Wasserableitung sowie bei der Wartung und Instandhaltung von Sammel-, Pump-, Absperr- und Reinigungsanlagen kommen immer häufiger modulare Automatisierungsplattformen wie Zenon zum Einsatz.

Laut EU sind sauberes Wasser und eine sanitäre Grundversorgung ein Menschenrecht. Ob auf dem Land oder in der Stadt: Mit smarten Technologien lässt sich ein effizientes Wassermanagement und -monitoring und damit eine nachhaltige Trinkwasserversorgung sicherstellen.

* * Der Autor ist Sales Excellence Energy & Infrastructure bei Copa-Data, Ottobrunn.

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