Leitsystem Wie ein herstelleroffenes Leitsystem komplexe Anforderungen in der Wasserwirtschaft meistert

Autor / Redakteur: Joel Stratemann / Dr. Jörg Kempf

Die moderne Automatisierungs- und Leittechnik macht auch die Wasseraufbereitung viel präziser und effizienter. Angestoßen durch die Kompetenzplattform Aqua Automation stellen Phoenix Contact und Videc hierfür das herstelleroffene Leitsystem Waterworx zur Verfügung. Intelligente Geräte und Systeme können so einfach in das Automatisierungsnetzwerk integriert werden.

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Räumerbrücken werden per Funk in den Netzwerkring eingebunden.
Räumerbrücken werden per Funk in den Netzwerkring eingebunden.
(Bild: Phoenix Contact)

Der Zweckverband für Trinkwasserversorgung und Abwasserbeseitigung Geiseltal (ZWAG) war im Rahmen der Modernisierung der Zentralkläranlage Braunsbedra auf der Suche nach einer herstellerunabhängigen Lösung. Die Kläranlage der rund 25 Kilometer südlich von Halle (Saale) und etwa 35 Kilometer westlich von Leipzig befindlichen Stadt hat eine Aufbereitungsleistung von 23.000 EW (Einwohnerwerte). Sie verfügt über mehrere dezentrale Außenbauwerke, z.B. Abwasser-Pumpstationen.

Bei der Modernisierung haben die Verantwortlichen besonderen Wert auf die Planungssicherheit und einen geringen Engineering-Aufwand gelegt. Die Verantwortlichen entschieden sich für die Prozessbibliothek Waterworx, welche Standardtechnologien und Schnittstellen wie OPC UA nutzt. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Produkte trotz stetiger technischer Weiterentwicklung einfach und schnell in die entsprechende Lösung einbinden.

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Vorprogrammiert und standardisiert

Auch beim ZWAG wurden die gängigen Feldgeräte über vorprogrammierte und standardisierte Funktionsbausteine integriert – inklusive der passenden Objektstruktur und der grafischen Abbildung in der Scada-Ebene der Bediengeräte. Dazu wurde das alte Steuerungssystem gegen eine hochperformante Profinet-Steuerung von Phoenix Contact ausgetauscht. Die Programmierung der SPS erfolgte auf Basis von Waterworx. Die dezentral in unterschiedlichen Schaltschränken installierten Baugruppen kommunizieren dabei über ein modernes Ethernet-Netzwerk mit dem übergeordneten Profinet-Master. Ein Profinet/Profibus-Koppler bindet vorhandene Geräte – beispielsweise die Frequenzumrichter des Aqua Automation-Teilnehmers Danfoss – in das neue Netzwerk ein.

Das Vernetzungskonzept der Zentralkläranlage gründet sich auf einen redundanten Netzwerkring, der für eine hohe Verfügbarkeit sorgt. Zudem wurden mehrere Bluetooth Access Points montiert, um die Räumerbrücken und andere Gewerke ohne das aufwändige Verlegen eines weiteren Kabels in den Netzwerkring zu integrieren. Damit alle erfassten Daten visualisiert und der Prozess dauerhaft überwacht werden kann, tauscht sie das Leitsystem Atvise des Aqua Automation-Teilnehmers Videc bidirektional mit der zentralen Steuerung aus.

Als Übertragungsprotokoll zwischen Leitsystem und der SPS kommt der industrielle M2M-Standard OPC UA zum Einsatz. Alarme und Störungen werden dem zuständigen Bereitschaftspersonal von der Software AIP weitergeleitet. Außerdem speichert die Lösung sämtliche relevanten Messgrößen im Datenmanagement-System Acron, sodass sie dem Betreiber dauerhaft zur Verfügung stehen. Das Software-Tool erlaubt ferner die Erstellung wichtiger Berichte sowie das Ausführen von Prozessanalysen.

Das Beispiel eines Frequenzumrichters mit Profinet-Schnittstelle verdeutlicht die einfache Einbindung ins Leitsystem. Weiterlesen ...

Einfache Einbindung am Beispiel Frequenzumrichter

Eine genauere Betrachtung der Modernisierungskosten zeigt, dass ein Großteil der benötigten Ressourcen für die Implementierung der Feldgeräte und weiterer Produkte verwendet wird. Das Waterworx-Leitsystem zielt deshalb darauf ab, diesen Aufwand durch herstelleroffene und abgestimmte Schnittstellen in den von der Leit- bis zur Feldebene verbauten Komponenten zu senken.

Das Beispiel eines Frequenzumrichters mit Profinet-Schnittstelle von Danfoss verdeutlicht die einfache Einbindung. In Kooperation mit dem Antriebsspezialisten hat Phoenix Contact einen standardisierten Funktionsbaustein entwickelt, mit dem sich der Frequenzumrichter in die Steuerungsebene integrieren lässt. So kann die SPS alle wesentlichen Betriebsdaten, Störmeldungen und Messwerte aus dem Umrichter auslesen. Zudem ermöglicht der Baustein die Ansteuerung der Feldgeräte.

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Ist der Frequenzumrichter in das Netzwerk eingefügt, lässt er sich über den Baustein in wenigen Schritten in das Applikationsprogramm einbinden. Aufgrund einer in die Bausteine implementierten Visualisierungs-Schnittstelle besteht bereits die Grundlage für einen Datenaustausch mit dem Leitsystem über OPC UA. Im letzten Schritt muss lediglich das passende Visualisierungsobjekt aus der Waterworx Web Scada-Bibliothek für den Frequenzumrichter in der Software Atvise platziert werden.

Durch die abgestimmten Schnittstellen liest die Steuerung dann sämtliche wichtigen Parameter, Betriebsdaten und Alarme aus dem Frequenzumrichter aus und kommuniziert sie direkt an die Visualisierung. So erspart sich der Anwender das aufwändige Aufschlüsseln von Prozessdaten sowie die manuelle Verknüpfung der erforderlichen Variablen mit dem Leitsystem. Darüber hinaus kann er sich darauf verlassen, dass die Datenübertragung zwischen den einzelnen Komponenten reibungslos funktioniert, da sie offiziell getestet ist.

Die Unternehmen der Kompetenzplattform Aqua Automation arbeiten eng zusammen. Durch die ständige Abstimmung reduzieren sich die Planungskosten für den Anwender deutlich. Dazu trägt neben den angepassten und standardisierten Schnittstellen das einheitliche Auftreten der Partner auf allen Automatisierungsebenen bei. Aufgrund der herstelleroffenen Schnittstellen können auch vorhandene Komponenten und Anlagenteile einfach in die neue Lösung integriert werden. Darüber hinaus lassen sich die Umbaumaßnahmen sicher planen und kalkulieren.

Modernisierungsmaßnahmen schneller umsetzen

„Mit der Waterworx-Lösung auf Basis von Aqua Automation haben wir jetzt ein einheitliches und durchgängiges System vom Feldgerät bis in die Leitebene“, erklärt Dipl.-Ing. (FH) Marko Agthe, Bereichsleiter Abwasser im Zweckverband für Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung Geiseltal. „Auf diese Weise können wir die Kläranlage noch effizienter überwachen. Aufgrund der standardisierten Schnittstellen gestaltet sich die Einbindung neuer Komponenten in das Netzwerk zudem einfach und weitere Modernisierungsmaßnahmen sind schneller umsetzbar – und das herstellerübergreifend“, bringt Agthe die Vorteile auf den Punkt.

Fazit: Das Beispiel der Zentralkläranlage Braunsbedra belegt, dass sich komplexe Anforderungen am besten mit einem einheitlichen und durchgängigen System realisieren lassen. Nur so behält der Anwender bei der Vielzahl an Daten und Schnittstellen den Überblick.

* Der Autor ist Mitarbeiter im Industry Management Infrastructure des Geschäftsbereichs Industry Solutions, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.

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