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Pumpensteuerung

Skalierbare Pumpensteuerung macht Automatisierung von Abwasserpumpwerken leicht

| Autor/ Redakteur: Christoph Westerwelle* / Dr. Jörg Kempf

Ob Industrie oder Kommune – Kläranlagenbetreiber verfolgen unterschiedliche Ansätze, um ihre Abwasserpumpwerke zu automatisieren. Der Aufwand soll dabei in jedem Fall möglichst gering gehalten werden. Hier erfahren Sie, wie dies gelingt: eine skalierbare Pumpensteuerung macht’s möglich.

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Bis Abwässer in der Kläranlage ankommen, ist es oft ein langer Weg. Neben der Kanalisation stellen Abwasserpumpwerke einen wesentlichen Bestandteil der Entwässerung dar.
Bis Abwässer in der Kläranlage ankommen, ist es oft ein langer Weg. Neben der Kanalisation stellen Abwasserpumpwerke einen wesentlichen Bestandteil der Entwässerung dar.
(Bild: Phoenix Contact)

Abwasserpumpwerke lassen sich auf unterschiedliche Art automatisieren. Viele Betriebe nutzen z.B. Standard-Pumpensteuerungen, die lokal die Steuerung des Pumpwerks übernehmen. Zur Fernanbindung an das überlagerte Leitsystem wird eine zusätzliche Hardware verwendet, die ihre Informationen über eine Parallelverdrahtung von der Pumpensteuerung erhält. Dieser Ansatz hat den Nachteil, dass bei einer Änderung stets zwei Hardwaresysteme zu pflegen sind, was den Aufwand erhöht.

Andere Betreiber setzen hingegen klassische Automatisierungstechnik ein, die für jedes Abwasserpumpwerk einzeln programmiert werden muss. In den meisten Fällen erfolgt der Anschluss an das überlagerte Leitsystem über dieselbe Hardware. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich der Betreiber nur um eine Hardware kümmern muss und die Pumpwerke mit Standard-Automatisierungskomponenten realisiert werden können. Als ungünstig erweist sich die individuelle Programmierung, die einen höheren Zeitbedarf sowie einen deutlichen Mehraufwand bei der Inbetriebnahme der Steuerung bedingt.

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Seit über fünf Jahren arbeitet Phoenix Contact partnerschaftlich mit ISAB Klitschmar zusammen. Das sächsische Unternehmen mit Sitz in Wiedemar in der Nähe von Leipzig baut jährlich mehr als 1000 Schaltanlagen für Abwasserpumpwerke, die sowohl in Deutschland als auch international genutzt werden. Nachdem 2014 und 2015 erste Projekte erfolgreich umgesetzt worden waren, entstand aus den Erfahrungen die gemeinsame Idee, die Steuerungs- und Fernwirktechnik der Pumpensteuerung zu standardisieren. Karsten Scharte, Geschäftsführer von ISAB Klitschmar, erzählt: „Für uns war es wichtig, dass wir die Schaltanlagen schnell und termingerecht fertigen können. Das ist lediglich möglich, wenn alle Prozesse von der Planung bis zur Abnahme in hohem Maße standardisiert sind.“ Neben der Standardisierung der Herstellungsabläufe haben auch die Betreiber der Pumpwerke großes Interesse an einer für sie ebenso vorteilhaften Vereinheitlichung.

Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen der Partnerschaft drei verschiedene Pumpensteuerungen konzipiert, die je nach Anwendungsfall verwendet werden können. Einer der vielen Vorzüge der Lösung liegt in der intuitiven Inbetriebnahme der Steuerung: Der Betreiber benötigt keine speziellen Automatisierungskenntnisse. Die gesamte Anlage lässt sich Schritt für Schritt über die Benutzeroberfläche parametrieren und in Betrieb nehmen.

Die gemeinsam entwickelten Pumpensteuerungen überzeugen zudem durch ihre Skalierbarkeit, können also je nach Anforderung vom Betreiber ausgewählt werden. Als eine Lösung basiert die ISAB-FMT-PC auf dem Logikrelaissystem PLC Logic. Das erweiterbare Basislogikmodul PLC-V8C/PT-24DC/BM2 verfügt bereits über acht Eingänge und lässt sich um acht Relais der Produktfamilie PLC Interface ausbauen. Bei einer Nachrüstung kann der Anwender zwischen digitalen und analogen Ein- und Ausgangsrelais wählen. Zur Parametrierung der Pumpensteuerung wird ein Touchpanel BTP 2070W eingesetzt, das über ein serielles Kommunikationskabel an das Relaissystem angekoppelt wird und via Modbus-Protokoll Daten mit der Relaissteuerung austauscht.

Integriertes GPRS-Modem

Sollen die Abwasserpumpwerke an ein überlagertes Leitsystem angebunden werden, bieten die Partner weitere parametrierbare Steuerungslösungen an. In diesen Applikationen kommt in der Regel die WAL-SC-Pumpcontrol als Pumpensteuerung mit integriertem GPRS-Modem zur Anwendung. Das Herzstück der Lösung bildet ein Inline Controller ILC 151 GSM/GPRS mit entsprechendem Applikationsprogramm. Die Parametrierung erfolgt in diesem Fall über das an die Steuerung angeschlossene Touchpanel TP3070W. Hier kann der Anwender dann das Fernwirkprotokoll auswählen und anschließend parametrieren. Zur Datenübertragung an das Leitsystem stehen drei Fernwirkstandards zur Verfügung: IEC 60870-5-104, ODP-Server (Open Data Port) oder Flowchief GPRS-Manager. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Steuerung an nahezu jedes Leitsystem ankoppeln lässt.

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Zertifiziert sichere Geräteentwicklung gemäß IEC 62443-4-1

Phoenix Contact ist eines der ersten Unternehmen, das von TÜV SÜD nach der Normreihe für IT-Sicherheit IEC 62443 im Teil 4-1:2018 Edition 1.0 (Anwendung des Full Process Profile) zertifiziert wurde. Dies bestätigt, dass das Unternehmen für die Entwicklung von Secure-by-Design-Produkten einen sicheren Prozess zugrunde legt. Die Zertifizierung unterstreicht die Strategie von Phoenix Contact, standardisierte Security in Produkten, Industrielösungen und Beratungsdienstleistungen anzubieten, um einen zukunftssicheren Betrieb von Maschinen, Anlagen und Infrastrukturen zu ermöglichen.

Die zentralen Elemente in der IEC 62443-4-1 sind eine Bedrohungsanalyse auf Basis des Anwendungsszenarios und ein Produktentwicklungsprozess, mit dem sicher nachvollzogen werden kann, dass alle identifizierten Security-Anforderungen implementiert, verifiziert und dokumentiert werden. Zusätzlich müssen Gerätehersteller auf Security-Schwachstellen angemessen reagieren und verlässlich Security-Updates veröffentlichen. Diese Anforderung wird bei Phoenix Contact durch das Product Security Incident Response Team (PSIRT) übernommen. Alle 47 Anforderungen der Norm sind erforderlich, damit ein Produkt dem Full Process Profile und dem Secure-by-Design-Anspruch genügt.

Ergänzt wurde das Leistungsspektrum um die Pumpcontrol 4G. Die neue Lösung basiert auf der PLCnext Control AXC F 2152, die Bestandteil des offenen Ecosystems PLC Next Technology von Phoenix Contact ist. Mit der Steuerung werden die Anforderungen des Branchenstandards B3S vollständig erfüllt.

Hohe Zugriffssicherheit

So umfasst die AXC F 2152 neben den beiden Ethernet-Schnittstellen eine integrierte Benutzerverwaltung, die über das Webbased Management parametriert wird und jedem Anwender unterschiedliche Zugriffsrechte zuweist. Damit kann der Betreiber des Abwasserpumpwerks dafür sorgen, dass keine unbefugten Personen Zugang zu seinen Steuerungen erhalten. Abgesehen von der Benutzerverwaltung eröffnet die PLC Next Control die Möglichkeit, sicherheitsrelevante Einstellungen – z.B. das Definieren von Kommunikationsregeln oder das Verwalten von Zertifikaten – vorzunehmen. Die benutzerdefinierten Festlegungen sind unabhängig von der eigentlichen Applikation und lassen sich in jeder Anlage individuell parametrieren, was die Sicherheit der einzelnen Pumpstationen erhöht.

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Zur Anbindung an ein überlagertes Leitsystem kann fast jedes Ethernet-basierte Kommunikationsmedium genutzt werden. Gerne setzen die Betreiber alte Telekommunikationsleitungen auf Basis der SHDSL-Technologie oder 4G-Router, z.B. Phoenix Contact’s TC Router 3002T-4G, ein. Entscheidet sich der Anwender für den 4G-Router, lassen sich die entsprechenden Einstellungen über das Touchpanel der Steuerung durchführen. Eine weitere Parametrierungssoftware ist nicht nötig.

Verschleiß früh erkennen

Ein Highlight der Pumpcontrol 4G stellt das eingebaute Motor- und Maschinenmanagement – z.B. über den elektronischen Motormanager EMM 3-230AC/500AC-IFS – dar, um die einzelnen Pumpen zu überwachen und so Verschleiß zu erkennen, bevor es zum Ausfall kommt. Dazu kontrolliert der Motormanager die elektrischen Kenngrößen der Pumpen kontinuierlich, sodass er frühzeitig eine stetig steigende Stromaufnahme feststellt. Mit dem Gerät können die Pumpen optional auch rückwärts laufen. Diese Funktion erweist sich häufig als hilfreich, wenn eine Pumpe verstopft oder blockiert ist.

Fazit: ISAB Klitschmar und Phoenix Contact stellen somit ein durchgängiges Lösungsportfolio für die Automatisierung von Abwasserpumpwerken zur Verfügung. Die einheitliche Parametrierungsoberfläche ermöglicht dabei eine einfache und schnelle Inbetriebnahme. Unabhängig von der Größe der Kläranlage und ihrem Entsorgungsgebiet kann der jeweilige Betreiber sowohl einen Stand-alone-Ansatz ebenso wie eine Pumpensteuerung mit integriertem Fernwirkprotokoll verwenden – ganz wie es die entsprechende Applikation erfordert.

Event-Tipp der Redaktion

Das 17. Pumpen-Forum findet auch 2019 wieder im Rahmen der Förderprozessforen statt. Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie auf unserer Eventseite. Unsere Bildergalerie zur letztjährigen Veranstaltung zeigt Impressionen der Förderprozessforen 2018.

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* Der Autor ist Leiter des Industriemanagements Infrastruktur, Phoenix Contact Deutschland GmbH, Blomberg.

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