Wasserschaden: Leckagen kosten Nerven und Geld. Funkbasierte Technologie kann sie mit Hilfe von Verbrauchsprofilen schneller ausfindig machen.

Bild: Sturti/iStockphoto

Smart Water & Resources Wasserlecks drahtlos aufspüren

20.05.2015

Ob zu Hause oder im Versorgungsnetz: Wo es unkontrolliert tropft, gibt es Ärger. Helsinki geht gegen Wasserleckagen nun mit drahtloser Steuerungstechnologie vor. Dafür muss die Stadt investieren, doch die neue Technologie soll den Wasserverlust halbieren.

Die Metropolregion Helsinki, genauer die regionale Umweltbehörde HSY, investierte mit Wireless-Lösungen in die drahtlose Steuerung seines Wasserversorgungsnetzwerks und seiner Wasseraufbereitungsanlagen. Ziel war es, die Kapazität fast zu verdoppeln, und den Umfang der Wasserleckagen deutlich zu reduzieren. Gleichzeitig kann das Personal effizienter arbeiten, weil unnötige Anfahrtswege entfallen.

Mit den Maßnahmen soll der Umfang der Wasserleckagen in den nächsten Jahren schrittweise von derzeit fast 20 Prozent auf unter zehn Prozent gesenkt werden. Dazu soll das Netzwerk jeder Gemeinde in Echtzeit überwacht werden. Durch die Erfassung und den Vergleich der täglichen und nächtlichen Nutzungshistorie können die Ingenieure von HSY Leckagen schneller feststellen und lokalisieren. Auf Basis dieser Informationen lässt sich die Dringlichkeit des Problems einstufen, und Reparaturen lassen sich entsprechend einplanen. Das System warnt zusätzlich sofort bei plötzlichen, schnellen Druckverlusten, die üblicherweise auf eine Form von Bruch oder Riss im Pipeline-System hindeuten.

Netzwerkenergie aus Alkohol

Um die Nutzung und die Piplines zu überwachen kommen Durchfluss- und Druckmesser zum Einsatz. Die Daten werden primär über GPRS-Mobilfunknetzwerke übertragen, was die Installation und den Datentransfer sehr erschwinglich macht. Die Datenkommunikation erfordert keine Verkabelung. Jedoch stellt die Versorgung der Sensoren mit Energie eine Herausforderung dar. Im Allgemeinen wird die Elektrizität irgendwo aus der Nähe der Geräte geliefert, aber ab und an ist der Messpunkt weit vom Stromnetz entfernt.

Die Umweltbehörde setzt auf Solar- und Brennstoffzellen­lösungen, die mit Backup-Batterien ausgestattet sind. Mit einem etwa 30 Liter großen Me­tha­nol-­Container erreicht die Brennstoffzelle eine konstante Nutzungszeit von etwa elf Monaten. Bei Bedarf für eine Wiederaufladung oder bei sinkender Batteriespannung sendet sie eine Alarmnachricht. Im Schaltschrank lassen sich weitere Alarme hinzufügen: So sendet ein Mikro-Switch bei Gerätefehlfunktionen oder Vandalismus eine Alarmnachricht, etwa bei über längere Zeit geöffneter Schaltschranktür. Sofern die Stromversorgung einfach zu gewährleisten ist, kostet die Installation der Echtzeit-Wire­less-Datenkommunikation für einen auszulesenden Messpunkt etwa 1000 Euro. Brennstoffzelle und Batterie erhöhen den Preis auf etwa 6000 Euro. Diese Kosten stellen allerdings nur ein Bruchteil jener Kosten dar, die für Konstruktion und Installation einer elektrischen Verbindung entstehen.

Über die nächsten fünf Jahre will Helsinki mehr als 300 drahtlose Echtzeitmesspunkte installieren. Die Daten von den Pipeline-Messungen überträgt dabei Moxas ioLogik w5300. Die drahtlose Remote Terminal Unit kombiniert ein GPRS-Modem, einen I/O-Controller und einen Datenlogger in einem Gerät und ersetzt so komplett die Überwachung dezentraler Telemetrie-Systeme über GPRS. Dazu gehört zudem die OPC-Server-Technologie. Sie ist kompatibel mit jeder handelsüblichen Scada-Software und führt über I/O per Funk erfasste Messdaten zusammen, etwa Wasserdruck und -qualität.

Eine weitere Software, die in der Leitstelle eingesetzt wird, liest diese Daten aus der OPC-Schnittstelle aus und bereitet sie visuell auf. Das begrenzt die Investitionskosten, denn es sind nur Geräte erforderlich, keine zusätzlichen Software-Lizenzen.

Die drahtlose Verwaltung des Pipeline-Netzwerks ist einfach und für große wie kleine Pipelines geeignet. Dieselbe Methode kann für die Abwasseraufbereitung und die lokalen Wärmenetze eingesetzt werden. Sogar Wassertürme lassen sich anbinden.

Das Personal kann die verschiedenen Bereiche des Wasserwerks in der Leitstelle oder von unterwegs mithilfe von Tablet-PCs oder Smartphones überwachen. So wird der Reisebedarf auf vielfältige Weise reduziert, ebenso der Bedarf an Kommunikation. Beispielsweise lässt sich die Position eines Aktuators sofort überprüfen und gleichzeitig feststellen, ob sie mit den Angaben in der Leitstelle übereinstimmt. Um die Tablets in den Wasserwerken vollumfänglich nutzen zu können, wurde in Vanhakaupunki, das 38 Basisstationen umfasst, ein flächendeckendes WLAN-Netzwerk installiert. Um den Bedarf an Basisstationen und deren optimale Lage festlegen zu können, erforderte dieses Netzwerk die Messung der drahtlosen Signalabdeckung.

Nun, da das System in Betrieb ist, wird es kopiert und ebenfalls für das Wasserwerk in Pitkäkoski eingesetzt. Einer der Vorteile des Wireless-Netzwerks ist, dass keine Sprachkommunikation mit der Leitstelle mehr erforderlich ist. Dadurch kann ein Mitarbeiter die Arbeit verrichten, für die zuvor zwei erforderlich waren. Zudem profitieren die Wartungs­arbeiten, da die Gerätehistorie und Bedienungsanleitungen direkt vor Ort im Feld gelesen werden können. So lassen sich Fehlersuche und -behebung schneller umsetzen als auf Basis alter Reparaturberichte.

Gleichzeitig werden Wartungsarbeiten an den Geräten im System gespeichert und geraten auf dem Rückweg zur Leitstelle nicht in Vergessenheit. Die Service- und Reparaturvorgänge werden automatisch gespeichert, was Zeit spart und die Qualität der eingegebenen Daten erhöht. Insgesamt verbessern sich so die Qualität der Datenbank und der Gerätehistorie, wodurch langfristig eine vorausschauende Wartung möglich wird. Das System ist außerdem mit einer Wartungs-Management-Software verbunden, sodass im gleichen Zusammenhang auch eine Liste der durchzuführenden Wartungsarbeiten erscheint.

Mehr Kapazität im Wassernetz

Die Kapazität der Wasseraufbereitungsanlage von Vanhakaupunki entspricht ungefähr 5000 m3 pro Stunde, die von Pitkäkoski 7000 m3/h. Ziel ist es, die Kapazität beider Werke mit den bestehenden Anlagen und der gleichen Anzahl an Mitarbeitern auf ein Niveau von 9000 m3/h anzuheben. Dafür müssen keine neuen Leitstellen gebaut werden. Die automatische Konfiguration vereinfacht die Konstruktion, Ausführung und Wartung des WLAN-Netzwerks.

Mit Moxas Netzwerkmanagement-Software MXView lassen sich alle Geräte im Netzwerk suchen; anschließend erhalten sie ihre eigene IP-Adresse. Um den Empfänger festzulegen muss also niemand vor Ort am Gerät sein. Mit derselben Software wird die Wartung des Netzwerks vereinfacht. Denn im Fall von Störungen ist sofort ersichtlich, ob es sich bei dem Fehler um eine Kabelverbindung, die Stromzufuhr oder ein ähnliches technisches Detail handelt.

Bildergalerie

  • Kompakt: Die drahtlosen Remote Terminal Unit vereint GPRS-Modem, I/O-Controller und Datenlogger in einem Gerät.

    Bild: Moxa

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