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FALLSTUDIE — Effiziente Reinigung durch Automatisierungsmodernisierung
ANWENDERBERICHT

Effiziente Reinigung durch Modernisierung der Automatisierung

Die Modernisierung der Kläranlage in Suwałki, durchgeführt von ATER Logic, ermöglichte die Implementierung eines einheitlichen Steuerungssystems für die einzelnen Anlagen.

Der Einsatz von Siemens-Geräten und -Software in diesem Prozess trug zur Rationalisierung des Anlagenbetriebs bei., ermöglichte Diagnose und Prozessüberwachung und erhöhte die Betriebssicherheit der Anlage.

Die Wasser- und Abwassergesellschaft in Suwałki (PwiK Suwałki Sp. z o.o.) ist für die Wasserversorgung der Einwohner der Stadt sowie für die Sammlung und Behandlung von Abwasser verantwortlich. Die Anlage erhält Abwasser aus der gesamten Stadt, den umliegenden Dörfern und Gebieten ohne Kanalisation. Bis 2024 wurde die Kläranlage mit einem verteilten und veralteten Steuerungs- und Prozessvisualisierungssystem betrieben. Infolge der notwendigen, aber unkoordinierten Automatisierungserweiterungen wurden verschiedene Teile der Anlage mit verschiedenen Steuerungen, Softwareplattformen und Überwachungssystemen betrieben. Diese Situation erschwerte den täglichen Betrieb und behinderte eine effektive Fehlererkennung.

„Das schwerwiegendste Problem in der Kläranlage war die Vielfalt und Ineffizienz der verwendeten Kontrollsysteme. Jede Installation hatte eine andere Benutzeroberfläche, es gab keine einheitliche Methode der Datenpräsentation und die Archivierung der Prozessdaten war unvollständig. Darüber hinaus behinderten der Mangel an technischem Support und die Unfähigkeit, Änderungen vorzunehmen, den täglichen Betrieb erheblich.“
- erinnert sich an Łukasz Kurzyna, CEO von PwiK Suwałki Sp. z o.o.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für die Betreiber der Kläranlage war der Belüftungsprozess in den biologischen Kammern, der eine entscheidende Rolle für den ordnungsgemäßen Ablauf der Nitrifikation und Denitrifikation spielt. Eine unsachgemäße Steuerung der Gebläse, Diffusoren und Luftventile führte zu einem suboptimalen Energieverbrauch, verursachte Schwankungen des Sauerstoffgehalts und führte zu einer Instabilität der Parameter des behandelten Abwassers. Dies erhöhte das Risiko, geltende Umweltstandards nicht einzuhalten.

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Eine der wichtigsten Aufgaben im Modernisierungsprozess bestand darin, die Effizienz der Steuerung des Betriebs der Gebläse, Diffusoren und Luftventile zu erhöhen.

Umsetzungsziel: ein einheitliches Automatisierungssystem

Der Hauptgrund für die Initiierung der Modernisierung der Kläranlage war die Notwendigkeit, das Steuerungssystem zu vereinheitlichen, indem die bestehenden verteilten Anlagen durch ein zusammenhängendes System ersetzt wurden. Die Implementierung sollte auch den Belüftungsprozess verbessern und die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Anlage erhöhen.
Das Projekt, das insgesamt zehn Monate dauerte, begann mit der Vertragsunterzeichnung im Juli 2024. Die erste Phase umfasste den Entwurf, die Vorfertigung und die Lieferung des Überwachungssystems.

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Nach der Modernisierung sorgt der korrekte Betrieb der Gebläse und Ventile für eine Stabilisierung der technologischen Parameter in den Biokammern und eine präzise Optimierung des Energieverbrauchs.

Im Rahmen der geplanten Arbeiten wurde ein Industrienetzwerk geliefert und in Betrieb genommen, und nach und nach wurden spezialisierte Steuerungs- und Instrumentierungsschalttafeln (AKPIA) für zehn Technologiebereiche geliefert. In den folgenden Phasen wurde das gesamte System in Betrieb genommen und optimiert. Das Projekt endete mit einer training des Personals im Mai 2025.
Hervorzuheben ist, dass alle Arbeiten durchgeführt wurden, während die Anlage voll funktionsfähig blieb. Alle Systeme und Software wurden implementiert, ohne den technologischen Prozess zu unterbrechen. „Die neuen Lösungen, die auf Siemens-Komponenten basieren, haben dazu beigetragen, die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Kläranlage zu erhöhen.

„Die zentrale Echtzeitüberwachung aller Einrichtungen von einer einzigen Workstation aus hilft uns, Ausfälle zu erkennen und zu beheben und ermöglicht auch die Fernüberwachung. Die Entwicklung neuer Regelalgorithmen für alle Anlagensysteme hat zu konkreten, erwarteten Ergebnissen geführt. Insbesondere der neue Betrieb von Gebläsen und Ventilen sorgt unter anderem für eine Stabilisierung der technologischen Parameter in den Biokammern und eine präzise Optimierung des Energieverbrauchs.“
erklärt Andrzej Maziarz, Direktor für Technik und Entwicklung bei Pwik Suwałki.

Qualitätsverbesserungen im Kontrollbereich

Die Modernisierung des Steuerungssystems der Kläranlage in Suwałki basierte auf redundanten Steuerungen der Serie S7‑1500 (S7‑1517H‑3PN). Die Redundanz wichtiger Geräte hat die Zuverlässigkeit und Stabilität des gesamten Systems erheblich erhöht. Dank der Verwendung von Siemens-Geräten werden technologische Prozesse jetzt auf konsistente Weise gesteuert, mit minimalem Ausfallrisiko. '

'Im Rahmen der Modernisierung führten die Spezialisten von ATER Logic einen umfassenden Ersatz und eine Erweiterung der Steuerungsinfrastruktur durch. Das zuvor verteilte System, das auf mehreren Computern und inkonsistenten Lösungen basierte, wurde durch ein einziges, modernes, redundantes Setup ersetzt. Diese Lösung gewährleistet einen kontinuierlichen Systembetrieb auch bei einem Ausfall der Steuerung, ein höheres Maß an Prozesssicherheit und ein deutlich geringeres Risiko ungeplanter Ausfallzeiten, was sich in einer höheren Stabilität und Effizienz der gesamten Anlage niederschlägt. Alle technischen Einrichtungen wurden mit einem einzigen Supervisionszentrum verbunden. Dadurch ist der Anlagenbetrieb einfacher geworden, das Risiko menschlicher Fehler wurde reduziert und die Fehlerdiagnose und die Reaktion auf Bedrohungen sind viel schneller.“
- bewertet Sławomir Kalita, Vertriebsleiter bei Siemens Polen.

Ein weiterer wichtiger Bereich der Implementierung war die Änderung der Logik der Belüftungssteuerung.

„Vor der Modernisierung war das System ungenau und instabil — die technologischen Parameter wichen oft von den Prozessanforderungen ab, und die Gebläse und Ventile arbeiteten ineffizient, was zu einem hohen Energieverbrauch führte. Dank der Implementierung neuer Regelalgorithmen haben wir den Sauerstoffgehalt stabilisiert, eine dynamische Gebläseregulierung eingeführt und die automatische Steuerung der Belüftungsventile aktiviert. Als Ergebnis unserer Arbeit ist jetzt eine reibungslose und präzise Steuerung des Belüftungssystems möglich.“
- betont Tomasz Prusinowski, CEO von ATER Logic, dem für die Implementierung verantwortlichen Integrator.

Der dritte Bereich, der von der Modernisierung abgedeckt wurde, betraf die Verbesserung der Betriebssicherheit. Die zuvor inkompatiblen Systeme erhöhten das Risiko von Ausfällen, machten Optimierungen und notwendige Änderungen unmöglich und es fehlte eine umfassende Geräteüberwachung. Die Implementierung führte zu einem einheitlichen Alarm- und Diagnosesystem, das die Fernüberwachung der meisten Einrichtungen ermöglichte. Infolgedessen arbeiten die Software und die Controller jetzt in einer einzigen, standardisierten Umgebung. Ausfallzeiten und Reparaturkosten wurden reduziert, die Zuverlässigkeit der Ausrüstung wurde verbessert und die Betriebssicherheit wurde erheblich verbessert.

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Im Rahmen der geplanten Arbeiten wurde ein Industrienetzwerk geliefert und in Betrieb genommen, und nach und nach wurden spezielle Schaltschränke geliefert.

Auswirkungen der Modernisierung des Regelalgorithmus

Im Rahmen der Modernisierung wurden Steuerungen verschiedener Hersteller ersetzt durch redundante Siemens SIMATIC S7‑1500H Steuerungen die die gesamte Einrichtung verwalten. Darüber hinaus ein Eine technische Workstation, ausgestattet mit der TIA Portal Portal-Software, wurde geliefert und beauftragt. Diese Workstation ermöglicht den vollen Betrieb des Hauptcontrollers, die Analyse der Algorithmusleistung und die Möglichkeit, Änderungen an der Steuerlogik für den gesamten Standort vorzunehmen.

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Das zuvor verteilte System, das auf mehreren Computern und inkonsistenten Lösungen basierte, wurde durch ein einziges modernes, redundantes Setup ersetzt, das auf dem SIMATIC S7‑1500-Controller aufbaut.

„Bisher war die Implementierung von Änderungen an den Algorithmen schwierig — es gab keine technischen Tools wie das TIA Portal, und jeder Teil des Steuerungssystems wurde in einer separaten Umgebung betrieben. Die neue Architektur bietet volle Kontrolle, Entwicklungsmöglichkeiten und die Möglichkeit, ein konsistentes Steuerungssystem aufrechtzuerhalten.“
- bemerkt Tomasz Prusinowski.

Zusammen mit dem Ersatz des Kontrollalgorithmus wurde auch die gesamte Steuerungsebene vereinheitlicht. Dank der TIA Portal Portal-Software wurde eine standardisierte Steuerlogik für die gesamte Anlage implementiert. Dadurch war es möglich, ein kohärentes System einzuführen. Alle technischen Einheiten teilen sich jetzt eine einheitliche Schnittstelle, Alarme, Kontrollstruktur und Datenarchivierung. Dadurch arbeitet der Bediener effizienter, reagiert schneller auf Abweichungen und die vollständige Prozesshistorie ermöglicht eine gründliche Optimierungsanalyse.

Die wichtigste Innovation im Steuerungssystem war die Implementierung eines Fuzzy-Logik-Controllers. Es analysiert gleichzeitig mehrere Prozessparameter, darunter Sauerstoffkonzentration, organische Ladung, Abwasserfluss, Schlammkonzentration, den Zustand des Belebtschlamms und die Belastung der biologischen Kammern. Basierend auf diesen Daten bestimmt es den optimalen Sauerstoffbedarf. Die Steuerung reguliert sanft die Gebläse, die Luftventile und die Luftverteilung zwischen den biologischen Zonen.

„Im Gegensatz zum vorherigen System reagiert die Steuerung nicht binär ein/aus — stattdessen antizipiert sie Prozessänderungen und passt sich an. Es hält einen stabilen Sauerstoffgehalt auch unter sich schnell ändernden Bedingungen aufrecht.“
- betont Tomasz Prusinowski.

Die wichtigsten Vorteile der Modernisierung

Im Rahmen der Modernisierung wurden alle Geräte, die für die Überwachung der technologischen Prozesse zuständig sind, komplett ausgetauscht.
Ein Schlüsselelement der neuen Infrastruktur war die Hinzufügung eines Serverschranks, in dem zwei redundante Siemens S7-1500H-Controller untergebracht waren, sowie ein hochverfügbares Computersystem.
Diese Lösung gewährleistet den kontinuierlichen Betrieb des Steuersystems — im Falle eines Ausfalls einer Steuerung übernimmt die andere sofort ihre Funktionen, ohne die laufenden Kontrollprozesse zu beeinträchtigen.

Die Vereinheitlichung der Benutzeroberfläche in der gesamten Anlage, die Zentralisierung der Prozessdatenarchivierung und die Implementierung einer Engineering-Workstation haben die Zuverlässigkeit, Transparenz und Analysemöglichkeiten des Steuerungssystems erheblich verbessert. Diese Maßnahmen haben auch den Betrieb und die technische Wartung vereinfacht.

Der von ATER Logic durchgeführte Hardwareaustausch zielte darauf ab, eine hohe Zuverlässigkeit und einen unterbrechungsfreien Systembetrieb zu gewährleisten. Die Modernisierung basierte größtenteils auf Hardware- und Softwarelösungen von Siemens. Redundante SPS-Steuerungen minimieren das Risiko von Ausfallzeiten, während SITOP-Stromversorgungen und USV-Module sorgen dafür, dass das System auch bei einem Stromausfall am Laufen bleibt. Vielen Dank an Distributed ET200SP I/O-Stationen und das neue Kommunikationsnetzwerk, das System kann einfach erweitert und mit zusätzlichen Geräten integriert werden. In der Zwischenzeit schützen die implementierten Schutzeinrichtungen Bediener und Geräte vor Ausfällen und Spannungsspitzen, und die neue Kommunikationsinfrastruktur und das SQL Server Reporting Services-Berichtssystem ermöglichen einen schnelleren Betrieb sowie eine effiziente Erstellung von Prozessanalysen und Berichten.

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Die Implementierung einer Engineering-Workstation auf Basis des TIA Portal hat die Zuverlässigkeit des Steuerungssystems verbessert und den Betrieb und die technische Wartung vereinfacht.

Siemens spielte eine Schlüsselrolle bei der Modernisierung des Steuerungs- und Kommunikationssystems und leistete sowohl technischen Support als auch die Lieferung von Automatisierungslösungen. Das Unternehmen diente als Projektpartner und beriet bei der Systemarchitektur und der Auswahl der optimalen Komponenten.
Lukasz Kurzyna, CEO, PwiK in Suwałkach Sp. z o.o.
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SITOP-Stromversorgungen und USV-Module sorgen dafür, dass das System auch bei einem Stromausfall am Laufen bleibt.

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Dank der dezentralen ET200SP-I/O-Stationen und des neuen Kommunikationsnetzwerks kann das System einfach erweitert und mit zusätzlichen Geräten integriert werden.

Als Ergebnis der Implementierung wurde für alle Einrichtungen eine einheitliche Benutzeroberfläche gewährleistet, was die Bedienung, Diagnose und Überwachung erheblich vereinfacht. Ein wichtiges Element, das die Benutzerfreundlichkeit erhöhte, war auch die Verbesserung und Automatisierung des Reinigungsprozesses in der biologischen Abteilung.
Die Modernisierung der Regelalgorithmen für die Gebläse und Ventile ermöglichte es, den Sauerstoffgehalt in den biologischen Kammern zu stabilisieren und den Energieverbrauch zu optimieren.

„Die Belüftung macht in der Regel 50 bis 60% der Betriebskosten einer Kläranlage aus, weshalb die Verbesserung dieser Prozesse die Effizienz der Anlage deutlich erhöht und zu erheblichen Energieeinsparungen für ihren Betrieb geführt hat.“
- betont Tomasz Prusinowski von ATER Logic

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Die geleistete Arbeit hat dazu geführt, dass die Bedürfnisse der Einwohner von Suwałki und Umgebung noch besser erfüllt werden können.

Die Modernisierung ermöglichte die Überwachung aller Einrichtungen in Echtzeit von einer einzigen Workstation aus, beschleunigte Fehlererkennung und -behebung und ermöglichte die Fernüberwachung der Anlage. Es hat Pwik Suwałki auch neue Möglichkeiten eröffnet, was die automatisierte Überwachung, den autonomen Betrieb und die Umsetzung intelligenter Kontrollstrategien angeht.

„Ein wichtiges Ziel der Implementierung war auch, die Aufbereitungsanlage für zukünftige Modernisierungen vorzubereiten. Dank der ausgezeichneten Zusammenarbeit zwischen dem Kunden, dem Integrator und dem Technologieanbieter haben wir die Voraussetzungen für den weiteren Ausbau der Automatisierung in der Zukunft geschaffen. Wir haben für eine bessere Integration mit anderen Systemen in der Anlage gesorgt, wie Schlammmanagement, Biogasanlage und Empfangsstationen.“
- erklärt Sławomir Kalita von Siemens.

Die Modernisierung hat unsere Anlage in das Zeitalter des intelligenten, autonomen Ressourcenmanagements geführt. All dies wird zu einer noch besseren Erreichung unserer Ziele, einer verbesserten Systemzuverlässigkeit, spürbaren Energieeinsparungen und — vor allem — der Fähigkeit führen, die Bedürfnisse der Einwohner von Suwałki und Umgebung noch besser zu erfüllen.
Andrzej Maziarz, Pwik Suwalki