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FDT/DTM-Technologie im Abwasserbetrieb

01 In der Warendorfer Leitzentrale werden sämtliche Diagnosedaten für eine zustandsbasierte Instandhaltung visualisiert

02 Intelligente Feldgeräte lassen sich über die einheitliche Benutzerschnittstelle der FDT-Rahmenapplikation einfach einbinden

03 Die Feldgeräte werden über eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle angebunden

Bei der Modernisierung des Abwasserbetriebs Warendorf stand die Steigerung der Effizienz im Mittelpunkt. So waren hier im Laufe der Zeit die Prozesse immer komplexer geworden. Durch den Einsatz intelligenter Feldgeräte und der FDT-Technologie können nun alle Informationen für eine zustandsbasierte Instandhaltung im laufenden Betrieb abgerufen und zentral zur Verfügung gestellt werden. Eine überlagerte Steuerung von Phoenix Contact stellt dabei die Kommunikationsdrehscheibe dar.

Schon 6.500 v. Chr. begannen die Menschen mit der Trennung von flüssigen und festen Abfällen sowie deren Entsorgung. Das Verfahren wurde im Laufe der Zeit optimiert. So haben Ingenieure in den letzten Jahren neue Technologien entwickelt, um die Entsorgung effizienter zu gestalten. Denn hohe Effizienz ist ein wesentliches Kriterium in unterschiedlichen Industrieanlagen zum Schutz der Umwelt sowie zur Senkung der Betriebskosten und Steigerung der Produktivität. Vor diesem Hintergrund beschlossen die Verantwortlichen des Abwasserbetriebs Warendorf, ihre Anlagen im Hinblick auf eine umfassende Diagnose und einen wirtschaftlichen Betrieb zu modernisieren. Die abwassertechnischen Einrichtungen bestehen aus zahlreichen Anlagen und verschiedenen Bauwerken. Neben dem Hauptklärwerk, das für rund 80.000 Personen ausgelegt ist, gibt es noch eine kleine Kläranlage für etwa 7.000 Einwohner. Des Weiteren sind elf Pumpwerke und circa 25 Sonderbauwerke untereinander vernetzt. Das Kanal- und Rohrnetz umfasst insgesamt mehr als 250 km. Da die Prozesse über die Jahre immer komplexer geworden sind, erforderte dies den Einsatz intelligenter und zuverlässiger Feldgeräte. Nur so können die Mitarbeiter alle relevanten Informationen für eine zustandsbasierte Instandhaltung im laufenden Betrieb abrufen. Ein weiterer wichtiger Baustein ist die FDT-Technologie, über die die Daten an zentraler Stelle zur Verarbeitung und/oder Visualisierung zur Verfügung gestellt werden.

Vorausschauende Planung und Durchführung notwendiger Wartungsarbeiten
Die FDT-Schnittstelle dient dem standardisierten Datenaustausch zwischen den Feldgeräten und dem Leitsystem. Auf diese Weise kann der Anlagenbetreiber sämtliche Betriebsdaten und Diagnosemeldungen an einem zentralen Ort abrufen sowie die intelligenten Feldgeräte während der Laufzeit parametrieren und diagnostizieren. Die Parametrierung ermöglicht ein schnelles Reagieren auf Prozessveränderungen und bietet somit eine hohe Flexibilität und Effektivität in allen Bereichen der Anlage. Das Anzeigen wesentlicher Betriebsdaten, wie Motorströme, Schaltspiele oder Betriebsstunden, trägt darüber hinaus zur einfachen Planung und Durchführung einer zustandsbasierten Instandhaltung und damit zur Vermeidung von Stillstandszeiten bei. Die einfach handhabbare FDT-Technologie sorgt also dafür, dass die Komplexität der wasserwirtschaftlichen Anlagen überschaubar bleibt und diese gut zu bedienen sind (Bild 1). In der Warendorfer Leitzentrale werden sämtliche Diagnosedaten der elektronischen Motormanagement-Module abgerufen und in der FDT-Rahmenapplikation visuell dargestellt. Neben den Diagnosedaten und Alarmmeldungen können sich die Mitarbeiter aktuelle Betriebsdaten, wie Motorströme, Drehmomente oder Temperaturen, als Kennlinie in den jeweiligen DTM visualisieren lassen und sie sofort auswerten. Das erlaubt die kontinuierliche Überwachung des Antriebs auf Fehlfunktionen. Alternde Lager oder überschrittene Drehmomente werden rechtzeitig erkannt, bevor es zu einem Ausfall kommt. Auf der Grundlage der erfassten Daten kann der Betreiber demnach die Wartungsmaßnahmen zu einem zeitlich optimalen Termin einplanen.

Komplette Unabhängigkeit vom verwendeten Bussystem
Durch Nutzung einer FDT-Rahmenapplikation verschafft sich der Betreiber einen Überblick über alle in der Anlage verbauten intelligenten Feldgeräte. Unter einer FDT-Rahmenapplikation ist eine Software zu verstehen, die unterschiedliche Geräte- und Kommunikationstreiber umfasst. Die Treiber sind vergleichbar mit den bekannten Druckertreibern. Neben den standardisierten Kommunikationstreibern zeichnet sich die FDT-Technologie durch eine einheitliche Benutzerschnittstelle aus. Über die Gerätetreiber (Device-DTM) können die Mitarbeiter die Betriebsdaten, Alarme und wichtige Messwerte der intelligenten Feldgeräte jederzeit sowie von verschiedenen Standorten abrufen. Dabei spielt das unterlagerte Bussystem aufgrund der standardisierten Kommunikationsschnittstelle keine Rolle mehr. Insbesondere bei örtlich weit verteilten Anlagenteilen lassen sich somit Informationen an einem sicheren Ort anzeigen. Zudem werden Kosten eingespart, weil das Servicepersonal nur dann zu weiter entfernten Anlagenteilen fahren muss, wenn es tatsächlich erforderlich ist (Bild 2). In den Anlagen des Abwasserbetriebs Warendorf sind die intelligenten Feldgeräte über drei unterschiedliche Bussysteme mit der Leitzentrale verbunden. Die überlagerte Steuerung von Phoenix Contact kommuniziert über das Echtzeit-Ethernet-Protokoll Profinet mit den unterlagerten Buskopplern. An den Lokalbus der abgesetzten Buskoppler ist ein Kommunikationsmodul via Interbus angekoppelt, das die Datenübertragung in die Feldebene ermöglicht. Die Kommunikation mit den intelligenten Feldgeräten wird über einen internen Systembus realisiert. Verschiedene Kommunikationstreiber (Comm- und Gateway-DTM) für die gängigen Bussysteme sorgen dafür, dass der Datenaustausch zwischen Geräte-Bedienoberfläche (Geräte-DTM) und dem jeweiligen Gerät selbst nahtlos betrieben werden kann (Bild 3).

Einfache Einbindung und Anpassung der Feldgeräte
Sollte dennoch plötzlich eine Störung in der Anlage auftreten, lässt sich der Fehler schnell über die FDT-Rahmenapplikation lokalisieren und der Betreiber kann gezielt reagieren. Alarme werden ebenfalls visuell dargestellt, sodass der Fehler im Prozess zeitnah aufgedeckt wird. „Durch die Verwendung der FDT-Technologie sind meine Mitarbeiter in der Lage, die gesamte Anlage mit allen verteilten Unterstationen von der Leitwarte in Warendorf aus komfortabel zu bedienen und relevante Daten für die Instandhaltung aufzunehmen“, stellt Betriebsleiter Tim Jungmann fest. „Das Konzept zeigt sich damit als optimale Unterstützung unseres Ansatzes, die Anlagen energie- und kostentechnisch so effizient wie möglich zu steuern“. Da auch die Komplexität der Feldgeräte stetig steigt, erweist sich die einfache und schnelle Einbindung neuer Hardware in die bestehende Applikation als besondere Herausforderung für das Personal. Gerade bei der Erweiterung von Aggregaten kommt der intuitiven Handhabung der Komponenten eine große Bedeutung zu. Mit ihrer Flexibilität bietet die FDT-Technologie hier eine gute Hilfestellung. Soll ein intelligentes Feldgerät in ein vorhandenes Netzwerk integriert werden, muss der Anwender lediglich ein Geräte-DTM in die Rahmenapplikation einbinden. Dies geschieht in der Regel über eine geführte Installation auf dem Office-PC. Im nächsten Schritt erlauben die FDT-Rahmenapplikation und der Geräte-DTM die Parametrierung des Feldgeräts aus der Ferne oder direkt vor Ort und somit dessen Anpassung an die zukünftigen Aufgaben. Sämtliche einzustellenden Parameter sind übersichtlich auf einen Blick dargestellt.

Fazit
Heute wird es in allen industriellen Anwendungen immer wichtiger, dass Störungen frühzeitig erkannt und präventiv behoben werden. Ferner müssen sich trotzdem aufgetretene Fehler sofort lokalisieren und diagnostizieren sowie Prozesse schnell an plötzliche Änderungen adaptieren lassen. Denn nur so können die Effizienz der Applikation erhöht sowie der Wartungsaufwand und folglich die Material- und Personalkosten gesenkt werden. Die FDT-Technologie zeigt sich diesen Herausforderungen aufgrund ihrer Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit gewachsen. Auch das Einbinden neuer Feldgeräte oder das Erweitern bestehender Anlagenteile gestaltet sich einfach, zumal die Daten in einer Oberfläche zusammengefasst werden. (ih)

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Autor:
Joel Stratemann ist Mitarbeiter im Industry Management Infrastructure des Geschäftsbereichs Industry Solutions bei der Phoenix Contact
Electronics GmbH in Bad Pyrmont. jstratemann@phoenixcontact.com