Energie- und Wasserversorger liefern mehr als nur Strom, Erdgas, Wärme und Wasser. Die Guten transportieren auch Technikwissen - im Zuge der Beratung ihrer Kunden. Badenova im Südwesten Deutschlands zählt hier zu den leistungsstärksten Akteuren. Zum Verantwortungsbereich des Energiedienstleisters gehört unter anderem das Wasserwerk Meißenheim, das saniert werden musste. Als Hauptgrund nennt René Knauf, Projektleiter bei Badenova, die veraltete Technik des Steuerungssystems. Permanente Druckschwankungen aufgrund der nicht optimierten Pumpenregelung führten zu hohen Kosten und Materialverschleiß. Darüber hinaus konnte die Ersatzteilversorgung nicht länger sichergestellt werden. Deshalb sollte die in die Jahre gekommene Anlagensteuerung von Siemens ausgetauscht werden. Das auf der Windows-Version 3.11 basierende PC-System funktionierte zudem nicht mehr zuverlässig. Ferner schlossen eine fehlende oder fehlerhafte Dokumentation und Schaltpläne den sicheren Betrieb des Wasserwerks aus. Knauf erläutert: „Wenn eine ernste Störung aufgetreten wäre, hätten wir den kompletten Betrieb manuell fahren müssen.“ Vor diesem Hintergrund beauftragte der Wasserversorgungsverband Ried Badenova mit der Planung und dem Umbau der MSR- und Fernwirktechnik. Der Wasserversorgungsverband Ried beliefert etwa 5.400 Einwohner. Die aus zwei Tiefbrunnen, dem Wasserwerk, einem Behälterhaus mit Reinwasserbehälter sowie vier Wasserzählerschächten bestehende Anlage ist für eine Wasserversorgung von 45 bis 60l/s ausgelegt, was 160 bis 220m³/h entspricht. Aus den beiden Tiefbrunnen, die direkt neben dem Wasserwerk sowie 100m davon entfernt im Wald liegen, wird das Wasser gefördert und dann im Werk zur Senkung der Eisen- und Manganwerte gefiltert. Weitere 100m³ Wasser befinden sich in einem Reinwasserbehälter, von wo aus sie über vier Netzpumpen mit einem Druck von 5bar in das Netz eingespeist werden. Eine eigene Umspannstation (20/0,4 kV) versorgt die Anlagenteile mit Strom. Sollte das Netz ausfallen, steht zur Notstromversorgung ein Diesel-Notstromaggregat mit einer Leistung von 140kVA zur Verfügung. Damit ein (zukunfts-)sicherer Betrieb der Anlage garantiert ist, hat der Verband 140.000 Euro in eine neue Steuerungs- und Regelungstechnik investiert. Ziel war es, ein vollautomatisches System zur Steuerung und Überwachung der gesamten Betriebstechnik im Wasserwerk, der Gebäudesicherheit sowie der Fernwirktechnik zu installieren. Florian Möller, Geschäftsführer der EHP Technische Dienste aus Gengenbach, die die Anlage komplett erneuert und programmiert hat, erzählt: „Das Herzstück der Lösung bildet ein Inline-Controller ILC 3xx von Phoenix Contact, der verschiedene Aufgaben übernimmt. Dazu müssen lediglich die erforderlichen Funktionsbibliotheken eingespielt werden. Anschließend überträgt die Steuerung aktuelle Status- und Verbrauchsdaten über das Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 an die Verbundwarte in Freiburg.“
Schmales Netz-Druckband
Bei dem Protokoll handelt es sich um einen internationalen Standard, der die Kommunikation zwischen der Leitstelle und den Unterstationen via Standard-TCP/IP-Netzwerk ermöglicht. Die Frequenzumrichter, die zur Regelung der Netzpumpen verbaut wurden, erhalten ihre Parameter im laufenden Betrieb per Modbus TCP vom ILC 3xx und melden Status- sowie Störmeldungen an die SPS zurück. Mit der busgestützten Regelung lassen sich nun auch ein unterschiedlicher Wasserverbrauch sowie Druckschwankungen ausgleichen und der Netzdruck in einem schmalen Druckband konstant halten. So wird bei optimaler Versorgung der Unternehmen und Privathaushalte ein verschleißarmer Betrieb der Mechanik erreicht.
Zustand visualisiert - bis zum Objektschutz
Die Vor-Ort-Bedieneinheit, die sich aus einem per Touchscreen handhabbaren Industrie-PC und dem Scada-System Visu+ zusammensetzt, kommuniziert via OPC mit der Inline-Steuerung. Neben der Anlagenbedienung werden sämtliche Zustände über die Bedieneinheit visualisiert. Darunter fällt auch der Objektschutz. Beim unerlaubten Betreten des Geländes zeigt die Software beispielsweise sofort die entsprechende Stelle an, generiert einen Eintrag im Meldesystem und sendet diesen an die Verbundwarte. Zum Überwachungsbereich gehören außerdem die externen Brunnen und die Zählerschächte. Um die Bedienung so realistisch wie möglich zu gestalten, hat EHP speziell auf die vorhandene Anlage angepasste Objekte erstellt und in das Scada-System integriert. Meldebücher, historische Daten, Verbräuche sowie die Überwachung, Dokumentation und Archivierung der Daten werden ebenfalls vollautomatisch vom System übernommen. Auf diese Weise können die Mitarbeiter selbst Jahre später nachvollziehen, wann welches Ereignis eingetreten ist, sowie verschiedene Statistiken per Mausklick als Report erzeugen. Tritt eine Störung auf, meldet das Steuerungssystem dies sofort an die Verbundwarte von Badenova, sodass schnell reagiert und der Fehler umgehend behoben werden kann. Das feingranulare Inline-I/O-System in Schutzart IP20 erlaubt die kostengünstige Einbindung der im Laufe der Zeit gewachsenen Schaltertechnik und Sensorik in die Steuerungslösung. Aufgrund der großen Anzahl an Standard- und Funktionsmodulen, die einfach an den ILC 3xx angereiht werden, lassen sich die unterschiedlichen Signale direkt auflegen. Es musste also keine aufwendige Neuinstallation durchgeführt werden; die bewährte Technik bleibt erhalten. Durch die kompakte Bauform des I/O-Systems reichen die eingeschränkten Platzverhältnisse trotz der vielen zusätzlichen Funktionen aus. Als zukunftweisend erweist sich die Offenheit des Systems. So wurden bei der Auswahl der Hard- und Software sowie der Verwendung der Übertragungsprotokolle keine herstellerspezifischen Abhängigkeiten geschaffen. Erweiterungen sind jederzeit flexibel möglich. Als zentrales Kommunikationsmedium fungiert Ethernet. Da mit der Lösung von Phoenix Contact verschiedene Protokolle parallel über das gleiche Medium verschickt werden können, reduziert sich der Verkabelungsaufwand erheblich, denn es wurde lediglich Standard-Netzwerktechnik installiert. Darüber hinaus kann der Betreiber mit nur einer Steuerung sämtliche Anforderungen hinsichtlich Funktionen, Protokollen und Steuerungsaufgaben umsetzen. Die vielfältigen Möglichkeiten vereinfachen zudem die Lagerhaltung. Für den Störungsfall müssen wenige Komponenten vorgehalten werden, damit ein reibungsloser Betrieb sichergestellt ist. Einen in diesem Zusammenhang nicht zu vernachlässigenden Faktor stellen die aufeinander abgestimmten Geräte der gesamten Lösung dar. Diese umfasst neben der Steuerungstechnik auch die Stromversorgung, Verbindungstechnik und den Überspannungsschutz von Phoenix Contact.
