+++ ETZ News-Ticker +++

Video-Tipp der Redaktion

Auswertung und Analyse von historischen Daten

» Zum Video der Applikation

Die meistgenannten Begriffe

News-Service

Bleiben Sie stets auf dem Laufenden:

	Twitter
	XING
	Facebook
	Google+

Der in Viersen ansässige Niersverband betreibt in seinem Verbandsgebiet, das dem oberirdischen Einzugsbereich der Niers und des Nierskanals entspricht, 23 Kläranlagen. Hinzu kommen Regenrückhaltebecken und Pumpwerke, die das gesammelte Abwasser zu den Kläranlagen transportieren. Die Signale zwischen den einzelnen Stationen werden über ein Funksystem Trusted Wireless via Profibus-DP ausgetauscht.

Das größte Klärwerk des Niersverbands in Mönchengladbach-Neuwerk reinigt die im Stadtgebiet sowie in den umliegenden Städten und Gemeinden anfallenden Abwässer der privaten Haushalte und Gewerbebetriebe (Bild 1). Zum Jahreswechsel 2008/2009 wurde die Betriebsstätte Rahser Bruch vom Niersverband übernommen. Hierbei handelt es sich um eine etwa 30 Jahre alte Außenstation mit hoher Förderleistung und einer Vielzahl technischer Einrichtungen, die eine zentrale Bedeutung für die Entwässerung des anliegenden Stadtteils Viersen hat. Die Betriebsstätte besteht aus zwei Pumpwerken, einem Regenüberlaufbecken mit einem Volumen von 8 000 m ³ und einem Regenrückhaltebecken mit 56 700 m ³ Fassungsvermögen. Bei Regenereignissen fließt das Mischwasser über Rohrleitungen zur Betriebsstätte Rahser Bruch, wo es zwecks Zwischenspeicherung und mechanischer Vorreinigung mit Mischwasserpumpen in das Regenüberlaufbecken gepumpt wird. Nach Abklingen des Regens leiten die Mitarbeiter des Niersverbands das Mischwasser sukzessive in den Zulauf des Klärwerks Mönchengladbach-Neuwerk ein.

Da die Anlage im Rahser Bruch nicht mehr den aktuellen Stand der Technik erfüllt, müssen die elektrotechnischen Einrichtungen erneuert werden. Dabei sind aktuelle Anforderungen der Betriebssicherheitsverordnung sowie des Explosionsschutzes zu berücksichtigen. „Damit wir die elektrischen Schaltanlagen bei kontinuierlichem Betrieb der Anlage umbauen können, war eine schnell installierbare sowie kostensparende Lösung zur Erfassung der wesentlichen Anlagenparameter erforderlich“, erläutert Ralf Heimers, verantwortlich für die Instandhaltung der Prozessleit-, Automatisierungs- und Messtechnik im Abwasserbereich-Süd des Niersverbands.

Reduzierung der Installationskosten
Im Rahser Bruch gibt es vier Punkte, die elektrisch miteinander verbunden werden mussten (Bild 2). Hierzu gehören die Unterverteilungen im Betriebsgebäude der Pumpstation, im Schneckenhebewerk, im Mischwasserpumpwerk und am Regenüberlaufbecken. Der Abstand der Verteilungen zum Betriebsgebäude beträgt etwa 40 m. Im Betriebsgebäude ist eine Steuerung installiert, die alle analogen und digitalen Signale der Anlage erfasst. Die Betriebsstätte Rahser Bruch wird an das über fünf Kilometer entfernte Klärwerk Mönchengladbach-Neuwerk über eine GSM/GPRS-Fernverbindung im Betriebsgebäude angebunden.
„Wir hatten ein akutes Problem in den elektrischen Anlagenteilen und haben nach einer zuverlässigen Alternative zur kabelgebundenen Datenübertragung gesucht. Beim Besuch der SPS/IPC/Drives 2009 in Nürnberg wurden wir auf die E/A-Funklösung von Phoenix Contact mit direkter Integration in das Profibus-DP-System aufmerksam“, setzt R. Heimers fort. Der Einsatz des drahtlosen Signal-Übertragungssystems RAD-Line Serial IO macht das Verlegen von Signalleitungen überflüssig. Aufwendige Erdarbeiten können somit entfallen. Die im Betriebsgebäude der Pumpstation befindliche Steuerung tauscht nun über das Funksystem via Profibus-DP Daten mit den drei entfernten Stationen der Betriebsstätte aus.

Zuverlässige Erfassung entfernter Signale
Der Pumpstation Rahser Bruch wird während einer Trockenwetterphase Abwasser zugeführt, das direkt über Schneckenpumpen an das Klärwerk Mönchengladbach-Neuwerk weitergeleitet wird. Bei Regenwetter beträgt das anfallende Mischwasser ein Vielfaches des Trockenwetterzulaufs, sodass die Schneckenpumpen die Wassermengen nicht vollständig fördern können. Daher wird das überschüssige Mischwasser zusätzlich über Mischwasserpumpen zur Zwischenspeicherung in ein Regenüberlaufbecken gepumpt. Im Mischwasserpumpwerk befinden sich drei per Dieselaggregat betriebene Mischwasserpumpen. Die wartungsintensiven Geräte haben eine Förderleistung von 18 000 m ³ pro Stunde, wobei ihre Antriebswellen mit einer Drehzahl von 390 Umdrehungen pro Minute rotieren. Magnetschalter an den Antriebswellen überwachen die Funktion der Pumpen. Über die Erfassung der digitalen Impulse werden die Umdrehungen der Wellen und somit der Betrieb überwacht. Zusätzlich wird der Betriebszustand einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) sowie der Sicherungen in der Unterverteilung per Funk an das Betriebsgebäude übermittelt.

Die Mischwasserpumpen fördern das Abwasser in das 8 000 m ³ große Regenüberlaufbecken, das der Zwischenspeicherung großer Regenmengen sowie der mechanischen Vorreinigung des Mischwassers dient. Um den Füllstand des Beckens zu überwachen, ist auf einer beweglichen Räumerbrücke ein Radarsensor montiert. Sein (4…20)-mA-Signal wird per Funk an die Steuerung im Betriebsgebäude übertragen (Bild 3). Ist das Regenüberlaufbecken vollständig gefüllt, erfolgt ein Überlauf an ein benachbartes Regenrückhaltebecken. Nimmt die Regenmenge ab, muss das im Regenüberlaufbecken gespeicherte Mischwasser dem Klärwerk in Mönchengladbach-Neuwerk zugeführt werden. Damit es eigenständig fließen kann, wird das Mischwasser im Schneckenhebewerk mit vier Schneckenpumpen auf ein höher liegendes Niveau gefördert. Das Antreiben der schneckenförmigen Elemente übernehmen Motoren, während Magnetschalter an der Antriebswelle der Schnecke den Betrieb überwachen. Ein Radarsensor, der im Zulaufbecken direkt vor den Schneckenpumpen installiert ist, liefert ein (4…20)-mA-Signal zur Pegelstandsmessung. Auch hier wird der Zustand der USV und der Sicherungen in der Unterverteilung aufgenommen und alle Signale werden per Funk an das Betriebsgebäude gesendet.

Direkte Integration in das Profibus-DP-System
Die S7-Steuerung im Betriebsgebäude erfasst also sämtliche in der Betriebsstätte anfallenden Signale. An die SPS wird ein Gateway via Profibus-DP-Leitung angekoppelt (Bild 4). Profibus-Gateway und Master-Funkmodul aus dem RAD-Line-Serial-IO-Funksystem sind über eine RS-232-Schnittstelle miteinander vernetzt. Das Master-Funkmodul baut die Verbindung zu den drei entfernten Repeater/Slave-Funkgeräten auf, wobei das System auf maximal zehn Funkmodule erweitert werden kann. Dank der Trusted-Wireless-Technologie lassen sich bei freier Sicht Distanzen von typisch zwei Kilometern zwischen zwei Geräten überbrücken. Jedes Repeater/Slave-Funkmodul kann Signale über anreihbare E/A-Erweiterungsgeräte aufnehmen und gleichzeitig Daten an weitere Funkteilnehmer übertragen. Die Repeater-Funktionalität ermöglicht die Überwindung größerer Entfernungen sowie das Umgehen von Hindernissen.

Einfache Inbetriebnahme von Funkmodulen und Gateway
Die Funklösung RAD-Line Serial IO arbeitet im lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband. Die Wireless-Module werden mit einer kostenfrei erhältlichen Software konfiguriert. Ein Assistent führt den Anwender dabei durch die notwendigen Schritte. Auch das Gateway lässt sich mit geringem Aufwand über seine GSD-Gerätebeschreibungsdatei als Slave-Teilnehmer in das Profibus-DP-Netzwerk der Steuerung integrieren. Dabei können vordefinierte Funkstationen im Feld, die um anreihbare analoge oder digitale Ein- und Ausgabemodule ergänzt worden sind, einfach in das Feldbussystem eingebunden werden. Die Profibus-Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 12 Mbit/s wird automatisch – also ohne Konfiguration – eingestellt. Die Auswahl der Profibus-Adresse des Gateways erfolgt über DIP-Schalter.
„Die Konfiguration und Inbetriebnahme der Funkmodule sowie des Profibus-Gateways war einfach“, erklärt Christof Döring, Mitarbeiter der Instandhaltung im Abwasserbereich-Süd. „Die Funklösung ist für uns auch zukünftig eine echte Alternative zur kabelgebundenen Lösung in anderen Anlagenteilen des Klärwerks“, bemerkt R. Heimers abschließend (Bild 5).

Zuverlässige Funksysteme für Prozess- und Infrastruktur-Anlagen
Die robuste und zuverlässige Funktechnologie Trusted Wireless von Phoenix Contact bietet sich in Prozess- und Infrastruktur-Anlagen an, um geringe Datenmengen zyklisch über große Entfernungen zu übertragen. Digitale Schaltsignale und analoge Sensorsignale werden dabei von den RAD-Line-IO-Modulen aufgenommen und weitergeleitet. Die Produktlinie ist als uni- und bidirektionales System erhältlich, wobei eine unidirektionale Outdoor-Variante im IP65-Gehäuse zur Verfügung steht. Neben der Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung sorgen Repeater für die Überbrückung von Hindernissen oder längeren Strecken.
Die Produktfamilie RAD-Line Serial erlaubt die Übertragung serieller Daten über die RS-232-, RS-422- oder RS-485-Schnittstelle sowie von analogen und digitalen Signalen in einem vermaschten Netzwerk. Im Funknetz, das aus einem Master und bis zu 254 Slaves besteht, kann jedes Slave-Modul auch als Repeater arbeiten. Die einfach handhabbaren Systemkomponenten sind gemäß den Richtlinien 94/9/EG (ATEX) sowie IECEx zertifiziert, sodass sie national und international in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 2) verwenden werden können.

Der Beitrag als pdf