Sauberes Wasser ist für viele industrielle Anwendungen in Bergbau, Erdölraffinerien und Grundwasseraufbereitung existenziell. Für die biologische Schadstoffentfernung in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen vertreibt der Spezialanbieter Environmental Operating Solutions (EOSi) mit Sitz in Bourne (Massachusetts, USA) seit 2003 umweltfreundliche Zusatzstoffe sowie technische Lösungen und Dienstleistungen in den USA und in Kanada. So bietet das Unternehmen mit der MicroC-Linie eine ungefährliche und nachhaltige Möglichkeit, Schadstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Selen und Perchlorat aus dem Abwasser zu entfernen. Die Produkte auf Basis von Kohlenhydraten, Alkohol oder Glycerin dienen als Nährstoffe für die Mikroorganismen im Klärschlamm, die das Abwasser biologisch reinigen. Diese Produkte unterliegen strengsten Qualitätskontrollen.
Alternativen zu traditionellem Geschäftsmodell
„Die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben mit dem geringsten Kostenaufwand ist die Zielstellung all unserer Kunden“, sagt Samuel Ledwell, Geschäftsführer von EOSi. Seit etwa fünf Jahren verfolgt der Spezialanbieter daher einen neuen Ansatz, mit dem Kunden den Einsatz von MicroC-Produkten optimieren können. Hierzu gehört zunächst der Vertrieb sowie die eigene Entwicklung von Systemen zur Steuerung und Überwachung der Produktdosierung. Zusätzlich entwickeln Prozessingenieure von EOSi maßgeschneiderte Steuerungsstrategien für spezielle Prozesskonfigurationen beim Kunden und bieten Dienstleistungen für die Überwachung der Anlagenleistung an.
Bei Nitrack handelt es sich um die erste PC-basierte Steuerung, die zur Überwachung des biologischen Nährstoffabbaus in der Abwasserbehandlung eingesetzt wird. Sie erfasst eine Vielzahl an Sensordaten und nutzt diese, um verschiedene Aufbereitungsprozesse kontinuierlich zu steuern und zu überwachen. So steuert Nitrack die optimale Dosierung von MicroC anhand der gemessenen Nährstoffkonzentration im Zulauf der Klärbecken im Vergleich mit der angestrebten Nährstoffkonzentration im Ablauf der Kläranlage.
Für das Nitrack-System werden verschiedene PC-basierte Steuerungen von Beckhoff eingesetzt. Diese erleichtern die Integration in die Kundenanlagen und ermöglichen eine gute Skalierbarkeit der Rechenleistung sowie Funktionen wie den Fernzugriff. Letzteres erlaubt eine standortunabhängige Anlagenüberwachung durch die Experten von EOSi oder die Betreiber selbst. Sie bringt aber auch besondere Konnektivitätsanforderungen mit sich, welche konventionelle Leitsysteme für gewöhnlich nicht erfüllen können.
Flexibilität der Steuerung
Bei der Entwicklung des Nitrack-Systems wollte EOSi den Hardware-Aufwand für den Fernzugriff auf den Aufbereitungsprozess möglichst gering halten. Die PC-basierten Steuerungen von Beckhoff boten für diesen Zweck das beste Preis-Leistungsverhältnis und sind von Haus aus mit den nötigen Kommunikationsschnittstellen ausgerüstet. Kern der Beckhoff-Steuerung ist der kompakte und kundenspezifisch mit dem Kundenlogo ausgestattete Multitouch-Panel-PC CP2216 mit Dual-Core-Prozessor (Intel Celeron, 2,2 GHz).
Das 15,6-Zoll-Widescreen-Panel bietet einen besseren Überblick als die bisherige Bedieneinheit und ist nahtlos mit der HMI-Software integrierbar. Auf dem Panel-PC läuft auch die Software Twincat zur Steuerung von Prozessfunktionen wie zum Beispiel der Pumpgeschwindigkeiten. Die über Ethercat-Klemmen erfassten Prozessgrößen und andere Anlageninformationen werden an den Schaltschrank IPC C6920 übertragen, der sie dann zur kontinuierlichen Optimierung der Aufbereitungsprozesse an das Scada-System der Anlage weitergibt.
„Flexibilität ist der Schlüssel zum Erfolg von Nitrack“, erläutert Randy Pulsifer, Automation & Instrumentation Manager bei EOSi. Angesichts der langen Lebensdauer von Wasseraufbereitungsanlagen sei die Möglichkeit, EOSi-Systeme in alle möglichen Arten von Anlagen zu integrieren, ein essenzieller Vorteil. Mit Ethercat kann die Steuerungsplattform für Nitrack weitgehend unverändert bleiben; nur die dezentralen I/O-Komponenten müssen an die Kundenanforderungen angepasst werden. So kann die Steuerung in nahezu jedes vorhandene System integriert werden.
Für Konnektivität und Datenverfügbarkeit spielte der Twincat-TCP/IP-Server eine wichtige Rolle, da in den Anlagen der EOSi-Kunden die verschiedensten Systeme laufen. Wichtig im Bereich der öffentlichen Versorgung ist auch die Sicherheit: Das Steuerungssystem wird zwar direkt mit den vorhandenen Leitsystemen einer Anlage integriert, verbleibt aber in einem eigenen, vor nicht autorisierten Zugriffen geschützten Netzwerk. Mit dem alten System konnte EOSi nur einen Teil des Aufbereitungsprozesses steuern. Mit dem ersten Nitrack-System in einer kommunalen Kläranlage werden hingegen vier Teilprozesse sowie das HMI gesteuert – ohne die CPU des Industrie-PCs auch nur annähernd auszulasten. Bei Bedarf können sogar ohne weiteres noch mehr Elemente gesteuert werden.
