Fernwartung und –abfrage von Pumpstationen

(openPR) In der Wasser- und Abwasserwirtschaft werden häufig Pumpstationen eingesetzt, die die Verteilung der Ressource Wasser bewerkstelligen. Diese Pumpstationen müssen häufig gewartet und Instandgehalten werden. In vielen Anwendungen kommen dabei handelsübliche SPSen, GPRS Modems und Datenlogger zum Einsatz, die die Kontrolle und Überwachung dieser Anlagen übernehmen. Da diese getrennten Systeme häufig unzuverlässig arbeiten und einen erhöhten Wartungs- und Inbetriebnahmeaufwand aufweisen, wurde das Telemetriemodul MT-101 entwickelt. Dieses wurde schnell zu einem Standard für professionelle GSM/GPRS Telemetrielösungen, da es eine SPS, eine GPRS-Modem und einen Datenlogger in einem Gerät vereint und so Kosten senkt, eine höhere Zuverlässigkeit aufweist und eine bessere und einfachere Integration ermöglicht.

Neben UHF und VHF Datenfunk (http://www.welotec.com/katalog/de/industrielle-kommunikation/uhfvhf-datenfunk/) wird zunehmend GPRS, UMTS und LTE (http://www.welotec.com/katalog/de/industrielle-kommunikation/gprsumtslte/) in der Wasser- und Abwasserwirtschaft eingesetzt. Mit der zunehmenden Verbreitung der GSM/GPRS-, UMTS- und LTE-Infrastruktur und der flächendeckenden Netzversorgung können GPRS-, UMTS- und LTE-Systeme UHF und VHF Datenfunksysteme ergänzen. Einige Vorteile sind:

• Geringere Kosten in schwierigen Umgebungen
• Geringere Integrationszeit
• Keine Begrenzung der Distanz zwischen zwei Stationen
• Keine Behinderung durch das Terrain (Wälder, hohe Gebäude, Berge usw.)
• Möglichkeit der Alarmierung per SMS oder E-Mail bei Alarmzuständen

In den Pumpstationen müssen dabei eine Vielzahl von Datenpunkten aufgenommen werden. Dies reicht von der Überwachung des Durchflusses zu Abrechnungs- und Überwachungszwecken über die Überwachung von Pumpen für die Feststellung von Wartungsaufwand bis hin zur Aufnahme von Füllständen. All diese Parameter sollten aus der Leitwarte ersichtlich sein, damit ein Eingreifen in einer unkontrollierten Situation schnell und problemlos erfolgen kann.

Telemetrie für mehr als 6000 Pumpstationen
Insgesamt wurden bereits über 6.000 Pumpstationen mit dem MT-101 (http://www.welotec.com/katalog/de/industrielle-kommunikation/gprsumtslte/fernwirksysteme/) ausgerüstet. Dieses Modul ist mit einer Vielzahl von optisch isolierten Inputs und Outputs ausgestattet um alle Arten von Sensoren oder Aktoren anzubinden:
• 8 binäre Inputs
• 8 binäre Outputs, die in der Software auch zu Inputs umgestellt werden können
• 2 analoge Inputs (4-20mA)
• Eine optisch isolierte serielle Schnittstelle (RS-232/422/485)

Die binären Eingänge können auch als Zähleingänge genutzt werden, um zum Beispiel Wasserzähler anzubinden. Die analogen Eingänge können sehr weitreichend konfiguriert werden: Es stehen jeweils vier unterschiedliche Schwellwerte zur Verfügung, bei deren Überschreitung zum Beispiel eine Alarmierung ausgelöst wird. Außerdem können zusätzliche Parameter wie ein Filtern der Eingangssignale, eine Hysterese oder eine Totzone eingestellt werden.

Über die Ein- und Ausgabebaugruppen hinaus ist das Modul mit zahlreichen Zusatzfunktionen ausgestattet. Dazu zählt ein Datenlogger, eine integrierte Logik, die SPS-Funktionalitäten bereitstellt, Diagnose-LED´s, abnehmbare Klemmenblöcke zur einfacheren Installation und eine Spannungsversorgung mit einem großen Spannungsbereich um evtl. vorhandene Netzteile im Schaltschrank mit zu nutzen. Außerdem erlaubt das Modul auch die Versorgung über eine externe Batterie.

Das Modul kann als Komponente eines zentralen Kontroll- und Datenloggingsystems, aber auch im ereignisgesteuerten Modus betrieben werden. Dabei nimmt das Modul selbstständig auf Basis der aufgenommenen Daten Steuerungsaufgaben wahr, sendet Input- bzw. Output-Status oder SMS mit dynamischen Texten und überwacht bzw. loggt dabei alle relevanten Daten. Die realisierten Anwendungen bieten dabei folgende Möglichkeiten:

• Überwachung von über 50 wichtigen Betriebsparametern der Pumpstation
• Aufnahme von Änderungen der Füllstände
• Aufzeichnungsrate abhängig vom Betriebszustand der Pumpen
• Aufzeichnung und Überwachung der Pumpenparameter (zum Beispiel des Anlaufstromes) für Condition Monitoring und vorauseilende Wartung
• Überwachung der Betriebsbereitschaft des Telemetriemoduls und der Schwimmschalter
• Messung des momentanen und totalen Durchflusses
• Sabotageschutz durch Alarmkontakte an Türen und Abdeckungen
• Erkennung sämtlicher Zustände der Pumpstation die nicht im Standardbereich liegen
• Vorhersage und Verhinderung von Fehlern

Die Daten der einzelnen Pumpstationen werden zu einer zentralen Leitwarte gesendet. Dies geschieht jedoch nicht permanent, sondern ereignisgesteuert um den Datenaufwand und somit die Kosten zu senken. Dazu muss das Modul in der Lage sein Betriebszustände autonom zu erfassen und im Anschluss daran die entsprechenden Operationen durchzuführen. Für diesen Zweck wurden in einigen Anwendungen über 1000 Zeilen Programmcode entwickelt, der im MT-101 abgearbeitet wird. Der Datenversand zur Leitwarte stellt dabei nur eine Zusatzfunktion dar, die lediglich für Wartungszwecke genutzt wird. Alle die Funktion der Pumpstation betreffenden Entscheidungen werden autonom vorgenommen und reduzieren somit die Kosten für den Betrieb solcher Anlagen erheblich.
Häufig müssen die Daten auch visualisiert werden. Hierfür können die Geräte mit einem kostenlosen OPC-Server kommunizieren und somit einfach in bestehende und neue SCADA-Umgebungen eingebunden werden.
Die richtige Wahl eines Telemetriemoduls ist entscheidend für die Verlässlichkeit der Überwachung und Kontrolle der Anlagen, die anfallenden Kosten und das erfolgreiche Betreiben einer Pumpstation ohne übermäßige Serviceeinsätze vor Ort. Es gibt viele GSM/GPRS-, UMTS- und LTE-Telemetrielösungen auf dem Markt. Gewöhnlich wird die günstigste Lösung (zum Beispiel ein einfaches GSM-Modem) gewählt, was sich jedoch häufig unter dem Gesichtspunkt der Total costs of ownership zu einer sehr teuren Lösung entwickelt. Ein günstiges Modul ist oft nicht für die raue Umgebung in denen diese Geräte betrieben werden geeignet. Zum Beispiel kann das Fehlen einer galvanischen Isolierung der Ein- und Ausgänge zu einem hohen Risiko von Fehlern, die von elektromagnetischen Interferenzen, Erdschleifen oder Blitzeinschlägen verursacht werden, führen.