Aus der Ferne wirken: Trinkwasser sicher und effizient gewinnen

Aus der Ferne wirken: Trinkwasser sicher und effizient gewinnen

Per Fernzugriff auf Anlagen und Systeme kann in der Wasserwirtschaft viel Zeit und Geld bei der Wartung und Instandhaltung gespart werden. Durch die einfachere Überwachung und Diagnose lassen sich außerdem die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit verbessern. Der Zweckverband Wasserversorgung Schwarzbrunnen setzt in seinem Wasserwerk Erzgrube und den weit verstreuten Außenstationen auf Fernwirktechnik von ABB und kann so die Anlagen unter anderem einfacher und bequemer überwachen. Aufgrund des integrierten Fernwirkprotokolls bietet die SPS AC500 von ABB besonders gute Voraussetzungen für das Fernwirken.

Beim Zweckverband Wasserversorgung Schwarzbrunnen sorgt eine ABB-Automatisierungslösung auf Basis der SPS AC500 für mehr Sicherheit und Effizienz bei der Gewinnung von konstant erstklassigem Trinkwasser. Der Zweckverband Wasserversorgung Schwarzbrunnen mit Sitz in Pfalzgrafenweiler im Schwarzwald versorgt seine sieben Mitgliedgemeinden mit Trinkwasser bester Qualität. Jährlich werden rund 600 000 m³ Rohwasser aus Tiefbrunnen im Wasserwerk Erzgrube aufbereitet, in die verschiedenen Hochbehälter verteilt und von dort in das Versorgungsnetz abgegeben. Die Automatisierungs- und Fernwirktechnik des Wasserwerks Erzgrube hat lange Jahre auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung der Serie Procontic T200 von ABB basiert. Nachdem diese SPS-Familie abgekündigt war, entschieden sich die Betreiber im Rahmen einer Baumaßnahme, die Steuerung durch das Automatisierungssystem AC500 zu ersetzen, das auch von ABB stammt.

AC500 auch für Außenstationen

Als Steuerungs- und Fernwirktechnik wurden in den Außenstationen zu dieser Zeit noch SPSen vom Typ AC31 von ABB eingesetzt. Die weit verstreuten Außenstationen (Tiefbrunnen, Hochbehälter, Wasserturm etc.) wurden noch fernwirktechnisch mittels Wähltechnik überwacht. Da die AC31 ebenfalls schon vor längerer Zeit abgekündigt wurde, musste auch hier die Technik erneuert werden. Der Zweckverband entschied sich wieder für die AC500 und beauftragte ABB mit der Modernisierung.
Die Betriebsmittel der Hochbehälter können in drei Betriebsarten gefahren werden:

  • Fern Automatik
    Die Steuerung des Einspeiseschiebers erfolgt füllstands- und zeitabhängig. In Abhängigkeit von der Tageszeit wird zwischen Tag- und Nachtbetrieb umgeschaltet.
  • Fern Hand
    Der Einspeiseschieber kann vom Prozessleitsystem über das Bedienbild geöffnet, geschlossen und zwischen den Endlagen angehalten werden.
  • Ort/Schaltschrank
    Der Einspeiseschieber kann am Schaltschrank des Hochbehälters manuell geöffnet, geschlossen und zwischen den Endlagen angehalten werden. Diese Betriebsart hat Vorrang vor den anderen Betriebsarten.

Für jede dieser Betriebsarten werden Pegelwerte zum Öffnen und Schließen des Einspeiseschiebers vorgegeben. Unabhängig von der Tageszeit wird der Hochbehälter bei Unterschreiten des Notpegels gefüllt, bis der Notpegel nicht mehr aktiv ist.

Steuerungen der Produktfamilie AC500 sind in der Wasserbranche weitverbreitet, wo sie als zentrales Steuerungselement oder als Slave verwendet werden. Für den Einsatz in der Wasserversorgung bietet ABB die SPS mit einer speziellen Bausteine-Bibliothek an. Die Wasserbibliothek verfügt über viele relevante Pumpenregelungs- und Datenerfassungsfunktionen. Die Softwarebausteine für Pumpenfunktionen, eine lückenlose Datenprotokollierung und Fernwirktechnik tragen dazu bei, die Projekt- und Betriebskosten zu optimieren.

Bis Mitte 2015 hat ABB insgesamt 19 Systeme auf AC500-CPUs vom Typ PM573-ETH mit kombinierten DI/DO- und AI/AO-Modulen in den Außenstationen umgebaut und mit der ebenfalls neuen AC500-Fernwirkzentrale im Wasserwerk Erzgrube verbunden. Die Anbindung der AC500-Unterstationen an die Fernwirkzentrale geschieht heute über GPRS, UMTS, EDGE bzw. LTE mittels Fernwirkprotokoll gemäß IEC 60870-5-104 als gesicherte VPN-Verbindung mit Firewall.

Als Teil der Gesamtanlage steuern die SPSen der Außenstationen die dortigen Pumpen und übertragen sämtliche Signale zum Wasserwerk. Die Hauptsteuerung im Wasserwerk steuert die umfangreiche Aufbereitungstechnik. Als weitere Neuerung auf der Anlage wurden ein Fernalarmierungssystem und der Fernzugriff integriert. Der Kunde kann dadurch im Bereitschaftsdienst via Laptop auf die gesamte Anlage schauen und muss nicht bei jedem Alarm direkt zur betroffenen Außenstelle fahren.

Fernwirktechnik gemäß IEC 60870-5-104

Die AC500-Steuerung bietet schon seit Längerem das Fernwirkprotokoll auf Basis des Standards IEC 60870-5-104. Dank der Datalogging-Funktion innerhalb der Wasserbibliothek für AC500 können Daten mit einem Zeitstempel versehen und chronologisch gemeldet werden. Die Betreiber können dadurch u. a. nach einer Unterbrechung der Verbindung Daten leichter nachverfolgen. Eigene Programmierung ist für diese Aufgabe nicht erforderlich.

Der Umbau der Automatisierungstechnik der Außenstationen erfolgte im laufenden Betrieb. ABB hat dazu die neue SPS parallel zur bestehenden im Schaltschrank eingebaut und jeweils morgens umgestellt. Dazu wurde die bestehende SPS außer Betrieb genommen, sämtliche E/A-Signale an die neue Steuerung angeschlossen und diese in Betrieb genommen. Bei möglichen Problemen bei der Umstellung hätte man einfach wieder auf das alte System zurückschwenken können.

Für das Einbinden der neuen Fernwirktechnik waren Anpassungsarbeiten im Prozessleitsystem erforderlich. Der Datenaustausch vom Leitsystem und dem Archivierungsrechner zur umgerüsteten Automatisierungstechnik geschieht über Ethernet TCP/IP. Zusätzlich zu den Montagearbeiten für den Austausch der Fernwirkkomponenten in den Schaltanlagen der Außenstationen hat ABB auch die Füllstandsmesstechnik ausgetauscht und den Objektschutz der Hochbehälter erneuert, ergänzt und erweitert und für die Überwachung mit dem Leitsystem verbunden.

ABB lieferte dem Zweckverband Wasserversorgung Schwarzbrunnen auch PGIM Aqua, ein Anlagen-Informationsmanagement-System, das die Steuerungsabläufe in einer wassertechnischen Anlage vereinfacht. PGIM Aqua kann an beliebige SPSen und Leitsysteme angebunden werden. Das System ermöglicht Protokolle und Berichte nach DWA und DVGW, ein umfangreiches Meldungsmanagement sowie eine Rohdatenhaltung von zehn Jahren und mehr. Über Excel-Add-ins lassen sich Berichte in einem beliebigen Format erstellen. Über Standardschnittstellen wie OPC und SQL sind Datenbanken für den Lese- und Schreibzugriff verfügbar. Der Betreiber ist mit dieser Lösung sehr zufrieden.

Des Weiteren wurden die bestehenden Bedienpanel gegen moderne Bedienpanel vom Typ CP620 ausgetauscht. Die Geräte der Bedienpanel-Serie CP600 sind sehr flexibel und können sowohl für die Vor-Ort-Bedienung an Maschinen, in Gebäuden und Anlagen als auch für vernetzte Strukturen eingesetzt werden. Sie können – seriell oder über Ethernet – mit der SPS AC500 kommunizieren. Durch die hochwertigen Fließbilder bieten sie eine gute Visualisierung für eine einfache Interaktion zwischen Mensch und Maschine.

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