Applikationssoftware zur Pumpensteuerung Wie eine einheitliche Pumpensteuerung den Service im Pumpwerk unterstützt

Autor / Redakteur: Kay Miller / Dr. Jörg Kempf

Bei vielen Pumpwerken in der Abwassertechnik ist eine über die Jahre gewachsene heterogene Anlagenstruktur zu verzeichnen, die insbesondere den Wartungsaufwand erhöht. Gerade im Zuge von Modernisierungen sind darum Lösungen gefragt, die das Engineering und die Wartung unterstützen.

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Bei der Auslegung von Pumpwerken in der Abwassertechnik zählt als oberstes Gebot, Pumpen mit ausreichender Leistung auszustatten. Nur so sind diese in der Lage, das Abwasser so verlässlich zu transportieren wie ein freies Gefälle.
Bei der Auslegung von Pumpwerken in der Abwassertechnik zählt als oberstes Gebot, Pumpen mit ausreichender Leistung auszustatten. Nur so sind diese in der Lage, das Abwasser so verlässlich zu transportieren wie ein freies Gefälle.
(Bild: ©thomas haltinner - stock.adobe.com)

Insbesondere bei großen Pumpwerken in der Abwassertechnik kommt es nicht selten vor, dass ein Betreiber 70 Pumpstationen betreibt, in denen Pumpen oder Motoren von drei unterschiedlichen Anbietern verbaut sind – die wiederum mit drei oder vier unterschiedlichen Steuerungssystemen geregelt werden. Im Zuge einer Modernisierung bietet sich die Gelegenheit, Hardware und Software von Pumpwerken zu vereinheitlichen, denn während der Motor sowie die mechanischen Teile im Rahmen einer Modernisierung im Bauwerk verbleiben, werden die Sensorik, Elektrotechnik und Automatisierung ersetzt. Dem entgegen steht jedoch, dass die meisten Betreiber ihre Pumpwerke schrittweise umstellen.

Hat der Betreiber die Absicht, die Modernisierung dazu zu nutzen, seine Pumpwerke auf ein System umzustellen, kann er im Rahmen seiner Ausschreibung zwar vorgeben, welche Hardware bei der Modernisierung zum Einsatz kommen sollte: Er erhält damit jedoch nicht die Gewissheit, dass die Software, die auf den Geräten installiert wird, ebenso einheitlich programmiert ist – nicht zuletzt, weil jeder Applikationsingenieur oder Programmierer seinen Softwarebaustein individuell schreibt. Für den Betreiber bleibt der Wartungsaufwand im schlimmsten Fall also ebenso hoch wie vor der Modernisierung, weil der Servicetechniker das Programm einer jeden Steuerung separat unter die Lupe nehmen muss, um im Wartungs- oder Servicefall nach vermeintlichen Fehlern zu suchen.

Um eben diese Aufwendungen zu reduzieren, hat Wago eine Applikationssoftware zur Steuerung von Pumpen entwickelt, die vorbereitete Basisfunktionen für wiederkehrende Aufgaben mit einem großen Freiheitsgrad bei der Einstellung individueller Parameter kombiniert. Projektindividuelle Varianten der Software müssen lediglich konfiguriert und nicht programmiert werden. Das verkürzt das Engineering deutlich. Hardwarebasis der Applikationssoftware ist das Wago I/O-System 750, das mit über 500 verschiedenen I/O-Modulen und der Vielzahl an Schnittstellen auch heterogene, gewachsene Anlagenstrukturen mühelos anbinden kann.

Die Pumpensteuerung ist damit universell einsetzbar und stellt auch die Anlagenvernetzung im Gesamtverbund eines Wasser- und Abwasserbetriebes zuverlässig sicher. Die Applikationssoftware ist ausgelegt für Pumpwerke mit zwei bis sechs Pumpen unterschiedlicher Leistung und trägt sie exakt den Herausforderungen Rechnung, die typischer Weise beim Betrieb von Pumpen auftreten.

Redundanzbetrieb

Um im Falle einer Störung oder bei Wartungsarbeiten die Verfügbarkeit eines Pumpwerks sicherzustellen, werden in der Pumpstation in der Regel Pumpen unterschiedlicher Art vorgehalten. Hierzu zählen Grundlastpumpen, Spitzenlastpumpen, Restentleerung und Reservepumpen. Allerdings dürfen die zusätzlichen Pumpen innerhalb eines Bauwerks nicht nur für Spitzenlasten oder den Redundanzbetrieb vorgehalten werden. Sie sollten stattdessen in einem regelmäßigen zeitlichen Intervall laufen, um Betriebsstörungen zu vermeiden. Ansonsten kommt es unweigerlich zu Beeinträchtigungen, da die Pumpen zu lange bewegungslos in der Schmutzfracht verweilen, Verbindungen festkorrodieren oder mechanische Komponenten zusetzen.

In der Applikationssoftware kann die unterschiedliche Nutzung der Pumpen entsprechend definiert werden. Wurde für eine der Pumpen eine Reservefunktion konfiguriert, sorgt die Steuerung dafür, dass diese Zuweisung nach jedem Betriebszyklus getauscht wird und damit die betreffenden Pumpen regelmäßig im Betrieb sind. Überdies überwacht die Applikation die Laufzeiten der Pumpen und startet diese nach zu langer Stillstandzeit automatisch für einen vordefinierten Zeitraum, um Korrosionsbildung zu vermeiden.

Lastspitzen vermeiden

Pumpen, die zugeschaltet werden, sollten möglichst nicht gleichzeitig in Betrieb gehen, sondern nacheinander, um die unnötige Belastung des Stromnetzes zu vermeiden. Die Steuerung trägt dem mit einer Anlaufverzögerung Rechnung. Dabei wird eine zweite Pumpe gleichen Typs erst nach Ablauf einer vordefinierten Betriebszeit der ersten Pumpe zugeschaltet. Wie lang die Zeiträume für das wirksame Lastmanagement sein müssen, ist von der individuellen Applikation vor Ort abhängig – und lässt sich deshalb in der Pumpensteuerung komfortabel parametrieren. So wird die Belastung des Stromnetzes minimiert und zudem einem Notstrombetrieb mit Aggregaten Rechnung getragen.

Flexible Niveauschaltung

Mit wechselnden Betriebsparametern ist es überdies möglich, die Pumpenanlage weitgehend vor Verschmutzungen, z.B. Fettablagerungen, zu schützen, die an den Wänden des Pumpenschachtes für Betreiber ein ernstzunehmendes Problem sind. Um den Verschmutzungsprozess zu vermeiden – zumindest jedoch hinauszuzögern – sind die Ein- und Ausschaltpunkte der Pumpen flexibel gestaltet. Sie lassen sich mithilfe des leicht zu bedienenden Engineering-Tool „e!Cockpit“ in den PFC 200- und PFC 100-Controllern des I/O-Systems passgenau einstellen.

Ist das erfolgt, liegt der eigentliche Schaltpunkt der Pumpen jeweils zufällig leicht über oder unter der vorgegebenen Wasserhöhe im Pumpensumpf. Dadurch variiert der Wasserpegel im Pumpenschacht und Fettablagerungen verteilen sich besser.

Über eine in der standardisierten Applikationssoftware für Pumpenhäuser intuitiv nutzbare, webbasierte Visualisierung, lassen sich die Pumpen sowohl von der Leitebene aus überwachen und steuern, als auch direkt vor Ort mit einem an den Controller angeschlossenen Touch-Panel. Wie die Pumpen zum Zwecke der Zuordnung bezeichnet werden sollen, ist im Projekt frei wählbar. Die in den standardisierten Sprachen der IEC 61131-3 programmierte Pumpensteuerung gibt nur den generellen Funktionsrahmen für die Ansteuerung der bis zu sechs Pumpen unterschiedlicher Bauart vor. Die Details des Steuerprogramms sind Teil der kundenindividuellen Projektierung.

Hierzu zählen auch die jeweiligen Anforderungen an die Verfügbarkeit der Anlagen. Sie zwingen mehr denn je Betreiber und Serviceunternehmen dazu, über neue Wartungsstrategien nachzudenken und daraus effektive Maßnahmen abzuleiten. Wago bietet mit seiner Softwarelösung dafür die Basis.

Wago auf der Ifat 2018 in München (14.–18. Mai): Halle C1, Stand 139/238

* Der Autor ist Global Industrie Manager Water bei der Wago Kontakttechnik GmbH, Minden.

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