Aufrufe
vor 11 Monaten

wlb - UMWELTTECHNIK 4/2017

  • Text
  • Boden
  • Luft
  • Wasser
  • Umwelttechnik
wlb - UMWELTTECHNIK 4/2017

t

t UMWELTTECHNIK 4.0 ANLAGENBAU CLEVER OPTIMIEREN MIT MODELLIERUNGSSOFTWARE Der Ansatz „Wasserwirtschaft 4.0“ zeigt, dass mit der Digitalisierung, Modellierung, Visualisierung und Automatisierung von Gewässersystemen und deren entsprechenden Steuerungselementen neue Geschäftsfelder entstehen und sich damit Berufsbilder ändern. Das holistische Systemverständnis wird zum zentralen Element bei der Beantwortung vieler Fragen. Die Auswirkungen von Planungsund Steuerungsstrategien werden in all ihren Einflüssen auf das Gesamtsystem bewertet und ermöglichen so eine nachhaltige und abgesicherte Entscheidungsfindung. Autor: Dipl.-Ing. Christian Pohl, M. Sc. Dominic Spinnreker-Czichon, DHI WASY GmbH, Bremen; Dr.-Ing. Patrick Keilholz, DHI WASY GmbH, München Der digitale Wandel stellt eine der größten Herausforderungen in der heutigen Projektarbeit dar. Das Hauptaugenmerk liegt darauf, die Verfügbarkeit von Daten für die weitergehende Verwendung zu gewährleisten. DHI entwickelt hierfür neue Arbeitskonzepte und stellt basierend auf der Mike powered by DHI Software die dafür notwendigen Werkzeuge zur Verfügung. Integrierte Lösungen müssen immer größeren Anforderungen gerecht werden. Zudem erlaubt die moderne Hard- und Software den Aufbau der dafür benötigten komplexen Systeme in immer feineren Auflösungen, die eine exaktere Abbildung der Realität ermöglichen. So kann bereits heute der komplette Wasserkreislauf einer gesamten Stadt modelltechnisch umgesetzt werden . Neue Technologien bringen immer auch neue Herausforderungen mit sich, unter anderem eine Flut von Daten. Deren Gesamtheit muss in Betracht gezogen werden, damit sie dem Anwender ggf. zu jeder Zeit für die Entscheidungsfindung zur Verfügung stehen, um optimale Handlungsstrategien abzuleiten bzw. diese von der Automatisierung direkt ausführen zu lassen. Eine intelligente Visua lisierung ermöglicht es zudem sowohl Experten als auch Laien, die Konsequenzen einzelner Maßnahmen besser zu verstehen und zu bewerten. Nachfolgend wird dies anhand einer Kläranlage konzeptionell vorgestellt. Zentrales Element ist hierbei die Kopplung von Automati­ 24 wlb UMWELTTECHNIK 4/2017

t t UMWELTTECHNIK 4.0 sierung und Leittechnik mit der numerischen Modellierung und unter Einbeziehung von Vorhersagedaten, wie z. B. Zufluss zur Kläranlage und Wettereinflüsse, um einen optimierten Betrieb zu gewährleisten. REALISIERUNGSBEISPIEL KLÄRANLAGE „EIN WASSER- ODER ABWASSERSYSTEM IN SEINER GESAMTHEIT BETRACHTEN UND MODELLIEREN ZU KÖNNEN, WIRD MASSGEBLICH ZU EINEM NACHHALTI- GEN BEWIRTSCHAFTEN BEITRAGEN.“ Wie bisher werden die Daten von den Sensoren/Aktoren aufgenommen und innerhalb des Scada-Systems verarbeitet. In der Regel dienten diese dazu, neue Steuerungsvariablen an die Aktoren zurückzusenden. Hier kommt nun die Modellierung ins Spiel. Sie dient der Findung optimaler Handlungsstrategien auch unter Einbezug von vorhergesagten Systembelastungen wie Zufluss und Fracht. Die entsprechenden Handlungsempfehlungen werden mittels Automatisierung innerhalb entsprechender Steuerungssignale an die entsprechenden Aktoren ausgesendet und bilden die Basis für einen optimierten Betrieb. Steuerungsstrategien auf Kläranlagen erfolgen bisher fast ausschließlich als Wenn-Dann-Beziehungen. Momentan greift die Automatisierungstechnik auf wenige Sensoren und Prozessparameter zu, um den Abwasserreinigungsprozess sicherzustellen. Damit der Betrieb von Kläranlagen darüber hinaus in einem höheren Maß verbessert werden kann, steht nun mit der Kopplung von Scada und PLC Automatisierungstechnik basierend auf Modellierungssoftware zur Verfügung. Die sich dadurch ergebenden Potenziale für Optimierungen ermöglichen vielfach einen sichereren und effizienteren Betrieb der Anlage. Von hohem Interesse ist vielerorts die Energieoptimierung der Kläranlagenprozesse unter Beibehaltung gleich guter oder sogar besserer Reinigungsleistung. Mithilfe eines Onlinesystems wird z. B. die Steuerung der Belüftung im Belebungsbecken optimiert. Dazu wird die Kläranlage zunächst modelltechnisch abgebildet, um alle biologischen Prozesse mit Messwerten als Ist-Eingangsgrößen zu erfassen und die erforderlichen optimalen Steuerparameter zu berechnen. Diese werden automatisiert an das Scada- System als Steuersignale für die Belüfter übergeben. Die lückenlose Abbildung aller Kläranlagenprozesse ermöglicht auch Optimierungen für weiteren Prozesse, beispielsweise interne Rezirkulation, Schlammrückführung und Schlammalter, P-Elimination oder Gasproduktion. Die konsequente Inwertsetzung von Daten ermöglicht es, gesicherte, fundierte und belastbare Entscheidungen, wie im Beispiel der Kläranlage, zu treffen. DHI ist einer der führenden Treiber der technischen Umsetzung der Konzeptes Wasserwirtschaft 4.0 und stellt den Akteuren der Wasserwirtschaft neben der Methodenkompetenz auch die für die Umsetzung notwendigen Werkzeuge zur Verfügung. Der Ansatz Wasserwirtschaft 4.0 ist hierbei kein Selbstzweck. Vielmehr sind wir heute in der Lage, Optimierungspotenziale aufzudecken, die es erlauben, sich ändernden Randbedingungen und Anforderungen mit Flexibilität und optimierten Entscheidungen zu begegnen. Bilder: Fotolia (Shutterstock), DHI www.dhigroup.com Anne Schaar, Redakteurin Datenfluss der Kläranlagenautomatisierung bei Verwendung von Scada und Simulationssoftware Wastewater Treatment Plant WEST Backend Setpoint Optimization State DIMS.CORE Real-time Data State SCADA & PLC Setpoints Setpoints wlb UMWELTTECHNIK 4/2017 25