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12 | 2012

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Technik &Management

Technik &Management Leittechnik DrahtloseAnbindung von Nachklärbecken an die Leitzentrale Die Stadtentwässerung Stuttgart (SES) ist für die Ableitung und Reinigung des im Stuttgarter Einzugsgebiet entstehenden Abwassers zuständig. ImRahmen der Modernisierung des Klärwerks Möhringen wurden drei Nachklärbecken mit Bluetooth-Konvertern von Phoenix Contact ausgestattet. Die Funkmodule sorgen für die drahtlose Feldbus-Kommunikation zwischen den Nachklärbecken und dem Betriebsgebäude. So lassen sich nicht zuletzt auch die Betriebskosten senken. Benjamin Fiene Die Stadtentwässerung Stuttgart verantwortet ein unterirdisches Kanalsystem mit mehr als 120 Regenbecken und 34 Abwasser-Pumpwerken. ZumEinzugsgebietder SES gehören das Stadtgebiet vonStuttgartsowie neun benachbarte Städte und der Stuttgarter Flughafen. Das derzeit etwa 1700 Kilometer lange Kanalnetz mündet invier Klärwerke inden Stadtteilen Mühlhausen, Plieningen, Ditzingen und Möhringen, wobei das Hauptklärwerk in Mühlhausen die größte Abwassermenge zu bewältigen hat. Insgesamt müssen rund 100 Millionen Kubikmeter Abwasser pro Jahr abgeleitet und gereinigt werden,das sichaus den Haushalten der etwa 700000 Einwohner, Gewerbe- und Industriebetrieben sowie dem anfallenden Regenwasser zusammensetzt. Reinigung von 7,4 Millionen Kubikmeter Mischwasser pro Jahr DasKlärwerk Möhringen wurde1954 in Betrieb genommen. Nach einigen Um- und Neubauten arbeitet esheute als moderne mechanisch-biologische Abwasser-Reinigungsanlage. Unter anderemhandelt es sichinMöhringen um daserste Klärwerk,das zurEnergieerzeugung eine mit Klärgas betriebeneBrennstoffzelle eingesetzt hat. Auf dem vier HektargroßenBetriebsgeländewirddas Abwasser der Stuttgarter Stadtteile Möhringen und Vaihingen sowie ein Teil des Abwassers der benachbarten Stadt Leinfelden-Echterdingen gereinigt und anschließend in den Fluss Körscheingeleitet. DieAusbaugröße der Möhringer Reinigungsanlage beträgt 160000 Einwohnerwerte. In Summe wirdeine Jahresmischwassermenge von 7,4MillionenKubikmeter geklärt. In dererstenReinigungsstufebefreien Rechen undSandfang das Abwasservon groben Feststoffenwie Ölen,Fettenund mineralischen Bestandteilen, um die nachfolgenden Maschineneinrichtungen zu schützen. Dabei stellt die Rechen- und Sandfanganlage das Herzstückder mechanischenReinigung dar. Danach schließen sich die chemische Behandlung mit Eisen- und Aluminiumchlorid sowie die biologische Reinigung durch Mikroorganismen an. Aufgrund des Stoffwechsels der Mikroorganismen werden Belebtschlammflocken gebildet, die sich am Boden des Nachklärbeckens absetzen sowie dortdurch einenRundräumerzur Beckenmitte transportiert und über das Rücklaufpumpwerk wieder zurück in die Belebungsbeckengefördert werden. Kostenersparnis durch dezentrale Messung mehrerer Parameter Die Verantwortlichen der Stadt Stuttgart investieren stetig in die Kläranlage 38 UmweltMagazin Dezember 2012

Bilder und Grafiken (3): Phoenix Contact Installationsübersicht der Nachklärbecken Der Bluetooth-Master ist über den LWL-Konverter der Produktfamilie PSI-MOS mit dem Profibus-Master in der Zentrale verbunden. Möhringen, sodass diese immer auf dem aktuellen Stand der Technik ist sowie die Anforderungen und Richtlinien der Abwasserverordnung erfüllt. Für die Automatisierung des Klärwerks ist die Stuttgarter Niederlassung der Heldele GmbH aus Salach verantwortlich. So sollte unter anderemder Schlammspiegel inden drei Nachklärbecken gemessen werden. In diesem Zusammenhang haben sich Sascha Schurer, Abteilungsleiter Verfahrenstechnik bei Heldele Stuttgart, und sein Team für denEinsatz von dezentral installierten Profibus- Steuerungen ausgesprochen. In jedem Nachklärbecken ermittelt eine Prozesssonde den Schlammpegel berührungslos über die Laufzeit eines Ultraschallsignals, das an die SPS übergeben und via Profibus zurLeitwarte im Betriebsgebäude übertragen wird. Steigt der Schlammpegel über denmaximal zulässigen Wert,erhaltendie Dosierpumpen den Befehl zurErhöhung der Flockungsmittel-Dosierung. Diese dient der Abwasserreinigung oder Schlammentwässerung. An anderen Beckendes Klärwerkswerden die Messdaten amBeckenrand aufgenommen und per Bussystem andie Leitwarte übermittelt. Da es sichumeine umlaufende Brücke handelt, macht die Erfassung des Schlammpegels am Außenrand des Nachklärbeckens keinen Sinn. Deshalb wurde die Prozesssonde auf derRäumerbrückeangebracht. „Wir mussten uns entscheiden, ob wir die Messdaten über traditionelle Übertragungsmedien wie Schleifkontakte weiterleiten oder nach Alternativen suchen“, so Schurer. Die drei eigenständigen Räumer kommunizierenBetriebsdatenund Störmeldungen. Außerdem könnensie per Fernzugriffgesteuert werden. Auf diese Weise lassen sich die Räumer schonender und vor allem wirtschaftlicher betreiben. Durch die dezentrale Messung mehrerer Parameter spart die Kläranlage Möhringen die Kosten für sensorspezifische Transmitter ein. Darüber hinaus vereinfacht sich die Integrationbestehenderoderneuer Messsignale erheblich. Das macht die Lösung nicht nur flexibel und kosteneffizient, sondern auchzukunftssicher. Funkbasierte Kommunikation mit der Master-SPS Zur Übermittlung der Prozessdaten müssendie drei an denNachklärbecken montierten Steuerungen andie in der Leitzentrale verbaute speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) angekoppelt werden. Die relevanten Daten werden auf der Räumerbrücke aufgenommen. Weil sichinder Umgebung derRäumer verlegte Schleifkontakte als störanfällig und wartungsintensiv erwiesen haben, bevorzugten die Verantwortlichen eine funkbasierte Lösung. Schurer verwendet bei der Modernisierung von Klärwerken schon seit vielen Jahren Komponenten von Phoenix Contact. Aufgrund der positivenErfahrungenhat er sich daher für die universellen Bluetooth-Konverter zur drahtlosen Profibus-Kommunikation entschieden. Auf jeder der drei Räumerbrücken wurde also ein Bluetooth-Konverter installiert und mit der jeweiligen Profibus- Steuerungverbunden. Die drei dezentralen SPSen tauschen ihre Daten per Wireless-Multipunkt- Verbindung mit der Master-Steuerung im Betriebsgebäude aus.Der universelle Bluetooth-Konverter für die Zweidraht- SchnittstellenRS232, RS422 undRS485 überträgt die seriellen Daten protokolltransparentund istdeshalb in derNetzwerk-Konfiguration unsichtbar. Die funkbasierte Kommunikation hat sich seit einigen Jahren in industriellen Anwendungen etabliert. Lag der Schwerpunkt anfangs beimZugriff aufMaschinen und Anlagen, nutzt die Automatisierungstechnik nun bewährte Wireless-Technologien wie Bluetooth, um Profibus-Daten drahtlos weiterzuleiten. Insbesondere in metallischen Umgebungen überzeugt der Funkstandard wegen des Frequenz-Hopping durch eine zuverlässige Datenübertragung sowie den störungsfreien Parallelbetrieb zu anderen Funknetzen. Das Wireless- System arbeitet im lizenzfreien 2,4-GHz-Frequenzband, wobei die Bluetooth-Module mit einer kostenfrei erhältlichen Software konfiguriert werden. Ein Assistent führt den Anwender durch die notwendigenSchritte. Fazit Dieinder Kläranlage Möhringen aufgebauten drahtlosen Verbindungen funken seit mehr als einem Jahr störungsfrei. „Durch den Einsatz der Bluetooth-Konverter können wir auf die wartungsanfälligen Schleifkontakte verzichten. Die Wireless-Lösung ist für uns deswegen auch inanderen Anlagenteilen des Klärwerks zukünftig eine Alternative zukabelgebundenen Konzepten“,erklärtSchurer abschließend. Benjamin Fiene, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont, info@phoenixcontact.de UmweltMagazin Dezember 2012 39

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