Die Anforderungen in der Industrie ändern sich schnell. Mit einem Automatisierungssystem, das schon jetzt künftige Standards unterstützt, kann auch in Zukunft Fahrt aufgenommen werden.

Bild: iStock, mariusFM77

Automatisierungssystem für Kläranlagen Regenüberlaufbecken modernisiert

23.04.2020

Nichts ist für die Ewigkeit: Sowohl im kommunalen als auch industriellen Bereich müssen Kläranlagen regelmäßig modernisiert werden. Mit dem Automatisierungssystem eines deutschen Familienunternehmens lassen sich nicht nur aktuelle, sondern aufgrund seiner Offenheit auch zukünftige Anforderungen erfüllen.

Die technischen Anlagen des Abwasserbetriebs Warendorf umfassen neben zwei Kläranlagen verschiedene Misch- und Schmutzwasserpumpwerke, die für den Transport und die Reinigung des Abwassers von bis zu 80.000 Einwohnern zuständig sind. Abgesehen von diesen Gewerken gehören auch Sonderbauwerke wie Regenüberlaufbecken, Bodenfilteranlagen und Regenüberläufe zur Infrastruktur der städtischen Einrichtung.

Um die Effizienz der Prozesse zu steigern und gleichzeitig die benötigten Ressourcen zu senken, wurden die unterschiedlichen Anlagen in der Vergangenheit immer wieder modernisiert und mit neuesten Technologien ausgestattet. Bei den jüngsten Retrofitmaßnahmen ist am dezentralen Regenüberlaufbecken im Warendorfer Ortsteil Hoetmar eine direkte Netzankopplung umgesetzt, der lokale Notstromgenerator ausgetauscht sowie die Automatisierungsebene erneuert worden. Das Gewerk verfügt über zwei Schnecken mit einer maximalen Förderleistung von 6.500 m3 sowie einem Beckenvolumen von rund 1.000 m3. Das Regenüberlaufbecken ist einer kleinen dezentralen Kläranlage vorgelagert.

Relevante Daten stets im Blick

Im Rahmen der Modernisierung wurde eine speicherprogrammierbare Steuerung auf Basis der PLCnext Technology von Phoenix Contact in der Automatisierungsebene verbaut. Die vom AXC F 2152 unterstützten Protokolle – wie OPC UA – sowie die integrierten Security-Funktionen haben bei der Entscheidung für den Controller eine wesentliche Rolle gespielt.

Die Steuerung bildet jetzt das Kernelement des lokalen Automatisierungskonzepts für das Regenüberlaufbecken in Hoetmar. Als zentrales Bindeglied muss sie eine Vielzahl von Protokollen bedienen. So werden die Daten der Frequenzumrichter sowie von verschiedenen Messgeräten und dem neuen Generator über klassische Feldbussysteme – beispielsweise Modbus RTU und Modbus TCP – eingelesen und verarbeitet.

Zusätzliche Schnittstellen wie Profinet oder OPC UA ermöglichen die zukünftige Anbindung von Sensoren und Aktoren mit geringem Aufwand. Über den lokalen Busteilnehmer lassen sich außerdem unterschiedliche Signale aus dem Feld aufnehmen, in der Steuerung verarbeiten und ausgeben.

Der in den AXC F 2152 eingebaute OPC-UA-Server versorgt die lokale Bedienoberfläche mit Informationen, sodass den Mitarbeitern der Kläranlage alle relevanten Daten auf einen Blick zur Verfügung stehen. Die lokale Visualisierung ist auf der Grundlage des Scada-Systems Visu+ von Phoenix Contact erstellt worden. Sie zeigt nicht nur den aktuellen Stand der Anlage an, sondern erlaubt den Mitarbeitern auch ein manuelles Steuern der Aggregate.

Vorteile für den Betreiber

Die wichtigen Anlagendaten werden über das OPC-UA-Protokoll an das Leitsystem übermittelt. Aus der Leitwarte können die Kläranlagenmitarbeiter dann Aggregate und Prozesse regeln, steuern und überwachen. Sollte die Verbindung abbrechen, werden die historischen Daten nachträglich mit einem Zeitstempel versehen an die Leitwarte gesendet, damit sie nicht verloren gehen.

In der Vergangenheit wurden die Daten über das klassische Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 an das Leitsystem übertragen. Durch seine einfache Implementierung und Flexibilität eröffnet das OPC-UA-Protokoll dem Betreiber nun deutliche Vorteile. Aus diesem Grund und wegen seiner Benutzerfreundlichkeit hat sich OPC UA daher beim Abwasserbetrieb Warendorf als Standard etabliert.

Skalierbare Plattform

Die Programmierung der Applikation erfolgt auf Basis des IEC-61131-Standards. Deshalb konnten bereits verwendete Funktionen und Programmteile aus dem Bestandssystem übernommen und schnell an die besonderen Anforderungen des Regenüberlaufbeckens adaptiert werden.

Zur Programmerstellung kommt die Software PLCnext Engineer von Phoenix Contact zum Einsatz, mit der der Betreiber das gesamte System ebenfalls konfigurieren, diagnostizieren und visualisieren kann. Da die Mitarbeiter des Abwasserbetriebs lediglich ein Tool für sämtliche Aktivitäten kennen müssen, reduziert sich die Komplexität ihrer Tätigkeiten erheblich.

Die hohe Skalierbarkeit der PLCnext Technology zeigt sich darin, dass die offene Steuerungsplattform auf verschiedenen SPS-Leistungsklassen genutzt werden kann, sich aber trotzdem stets gleich verhält und bedienen lässt. Auf diese Weise verwendet der Betreiber für kleine, dezentrale Bauwerke eine Steuerung mit geringer Performance, während komplexe Prozesse mit einem leistungsstarken Controller ausgestattet werden. Sollte sich der Schwierigkeitsgrad der Prozesse zukünftig erhöhen, lässt sich die SPS in bestehenden Applikationen problemlos gegen eine leistungsfähigere Variante austauschen.

Integrierte Security

Im Zeitalter der Digitalisierung gewinnt die IT-Sicherheit immer mehr an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund hat der Abwasserbetrieb Warendorf ein anlagenweites IT-Sicherheitskonzept entwickelt und in die Praxis umgesetzt.

Beispielsweise sind die einzelnen Anlagenteile schon heute segmentiert und durch eine vorgelagerte Firewall – den Security Router FL mGuard von Phoenix Contact – geschützt. Die PLCnext Control AXC F 2152 fügt sich optimal in dieses IT-Sicherheitskonzept ein, denn sie umfasst bereits wesentliche Funktionen wie eine integrierte Firewall oder die Benutzerverwaltung.

„Die Modernisierung des Regenüberlaufbeckens und die damit einhergehende neue Automatisierungstechnik schaffen eine optimale Grundlage, um zukünftige Herausforderungen lösen zu können“, fasst Frank Linning, Leiter der Kläranlagen und Sonderbauwerke des Abwasserbetriebs Warendorf, die Retrofit-Aktivitäten zusammen. „Gerade die Aspekte der IT-Security sowie die Vorteile der OPC-UA-Kommunikation, die von der PLCnext Technology unterstützt werden, passen perfekt zu unserer Automatisierungsphilosophie.“

Individuelle Benutzerrechte

Durch die in der Steuerung verbaute Firewall werden deren Verbindungen gezielt eingeschränkt und überwacht. Entsprechende Einstellungen können die Mitarbeiter dabei komfortabel per Browser über eine Konfigurationsseite vornehmen.

Neben der Firewall beinhaltet die neue Steuerungstechnik die schon erwähnte Benutzerverwaltung, mit der sich alle Benutzerrechte individuell anpassen und verändern lassen. Auch hier erfolgt die Konfiguration direkt auf der Steuerung über das Webbased Management.

Ergänzend zur Firewall und Benutzerverwaltung stellt die in den AXC F 2152 implementierte VPN-Funktion einen weiteren Mehrwert für den Abwasserbetrieb Warendorf dar. Per Virtual Private Network kann die PLCnext Control nämlich direkt und sicher an die zentrale Infrastruktur angebunden werden.

Wie in sämtlichen industriellen Branchen ändern sich die Anforderungen und Rahmenbedingungen in wasserwirtschaftlichen Anlagen immer schneller. Damit die Prozesse weiterhin optimiert werden können, müssen stetig mehr Daten und Informationen erfasst und verarbeitet werden. Die Grundlage dafür bildet eine flexible und offene Automatisierungstechnik, die selbst zukünftige Standards unterstützt, einfach von den Mitarbeitern zu bedienen ist und ihnen bei ihrer täglichen Arbeit wirklich hilft. Die PLCnext Technology wird diesen Ansprüchen gerecht.

Bildergalerie

  • Das Regenüberlaufbecken in Hoetmar hat ein Volumen von 1.000 m3.

    Bild: Phoenix Contact

  • Als zentrales Bindeglied unterstützt die PLCnext-Steuerung AXC F 2152 eine Vielzahl von Protokollen.

    Bild: Phoenix Contact

  • Auf der lokalen Bedienoberfläche werden den Mitarbeitern alle relevanten Informationen zur Verfügung gestellt.

    Bild: Phoenix Contact

  • Im Schaltschrank des Regenüberlaufbeckens sind neben der PLCnext-Steuerung weitere Komponenten von Phoenix Contact verbaut, beispielsweise eine Security Appliance, ein Switch und Stromversorgungen.

    Bild: Phoenix Contact

  • Die einzelnen Anlagenteile werden segmentiert und durch eine vorgelagerte Firewall – den Security Router FL mGuard – geschützt.

    Bild: Phoenix Contact

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