Optimierung kleiner Kläranlagen

Energieeffiziente Geräte und ein benutzerfreundliches, hochmodernes Steuerungssystem reduzieren die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter und sparen der Gemeinde durch niedrigere Energiekosten Geld. Eine echte Win-Win-Situation für die Umwelt, die Menschen und die Gemeinde.

Es ist ein eiskalter Morgen in der kleinen Gemeinde Prosselsheim, nur wenige Kilometer nordöstlich der Stadt Würzburg in Deutschland. Ein Team von SüdWasser, einem kommunalen und industriellen Wasser- und Abwasserversorger, arbeitet mit Siemens zusammen, um das Füllstandüberwachungssystem in einer Abwasseraufnahmestation der Kläranlage in Prosselsheim zu ersetzen. Ein neuer Radar-Füllstandsmesser überwacht kontinuierlich den Füllstand in der Pumpstation und überträgt die Messwerte zur Dokumentation, Visualisierung und Archivierung an das SIMATIC WinCC Unified Control System. Diese Lösung ermöglicht es Elmar Scholl, der für die Gemeinde Prosselsheim arbeitet, die Schaltpunkte für die Abwasserpumpen jederzeit einzustellen und die Leistung der Hebeanlage zu optimieren — auch unterwegs oder zu Hause, dank des flexiblen Fernzugriffs per Webbrowser.

Estenfeld, Kläranlage Prosselsheim, Luftaufnahme

Von den 90ern bis zum Jahr 2024

Der Radar-Füllstandsmesser ist die neueste Erweiterung der Kläranlagen in der kleinen Anlage mit einer Verarbeitungskapazität von nur 1.500 Bevölkerungsäquivalenten. Anlagen ähnlicher Größe gibt es in ganz Deutschland — und die Ausgangssituation vor dem Upgrade war auch ziemlich typisch für solche Anlagen, wie sich SüdWasser-Ingenieur Michael Werner erinnert: „Die Kläranlage wurde 1993 in Betrieb genommen. Dreißig Jahre später entsprachen viele in der Anlage installierte Einheiten nicht mehr den heutigen Effizienzstandards, und auch die Steuerungstechnik war in die Jahre gekommen.“ Aus diesem Grund beauftragte Prosselsheim SüdWasser mit einer kompletten Überholung der Anlage: „Wir haben im Wesentlichen die gesamte Prozess- und Steuerungstechnik mit modernsten Systemen aktualisiert.“

Wir haben die gesamte Prozess- und Steuerungstechnik mit modernsten Systemen aktualisiert.

Michael Werner, Ingenieur, Südwasser

Die Anlage muss so weit wie möglich im Automatikmodus laufen und mit minimalem Zeitaufwand die besten Ergebnisse liefern.

Elmar Scholl, Gemeinde Prosselsheim

Die Crew nahm den alten Schrank heraus, setzte den neuen ein und schloss das System an, und am Abend desselben Tages war die Anlage in Betrieb. Hut ab!<br/>

Elmar Scholl, Gemeinde Prosselsheim

Anforderungen: Zuverlässigkeit, Effizienz und einfache Bedienung

Prosselsheim ist eine kleine Gemeinde, und Zeit und Personal für den Betrieb der Kläranlage sind knappe Ressourcen. Bei der Auswahl eines geeigneten Steuerungssystems zählte am meisten die Zuverlässigkeit, sagt Scholl, der für die Abteilung für Infrastrukturdienstleistungen der Gemeinde arbeitet: „Die Überwachung und der Betrieb der Kläranlage ist nur eine meiner Aufgaben. Ich bin nur für die täglichen Messungen und Kontrollen vor Ort. In der restlichen Zeit muss die Anlage so weit wie möglich im Automatikmodus laufen und mit minimalem Zeitaufwand die besten Ergebnisse liefern.“

Kläranlage Estenfeld Prosselsheim Portrait Elmar Scholl

Lokales Bedienpult der Kläranlage Estenfeld Prosselsheim

Ein überzeugendes Paket für das Steuerungssystem

Die Wahl des richtigen Steuerungssystems für die Anlage war nicht nur eine Frage der Preisgestaltung für Prosselsheim und SüdWasser, „auch wenn das natürlich ein wichtiger Aspekt für kleine Gemeinden ist“ sagt Werner. Für Scholl war das positive Feedback der Betreiber der Kläranlage einer Gemeinde in der Nähe von Prosselsheim ausschlaggebend: „Wir haben die Betreiber dort gefragt, ob sie mit der Lösung zufrieden sind, vor allem, wenn es ein Problem gibt. Was sie uns erzählt haben, war, dass Siemens als Projektpartner hervorragende Unterstützung bietet: ein Anruf, und das Problem ist gelöst.“ Am Ende war das Siemens-Modernisierungspaket genau das Richtige, und Siemens erhielt den Auftrag zur Lieferung und Integration der Elektro- und Steuerungssysteme — „Und das war die richtige Entscheidung.“ bestätigt Werner.

Alle Bedieneraktionen sehen auf einem PC, dem lokalen Bediengerät oder einem Mobilgerät gleich aus und fühlen sich gleich an.

Zuverlässige Überwachung und Dokumentation vor Ort und aus der Ferne

Seit 2023 verwendet die Kläranlage in Prosselsheim eine integrierte Lösung für das Steuerungssystem und die Anlagenautomatisierung von Siemens. Verteilte Fernsysteme, wie der Regenwasserüberlauftank, sind mit dem Steuerungssystem und dem Fernwartungssystem über einen sicheren VPN-basierten Mobilfunkzugang (Virtual Private Network) über Telecontrol Server Basic verbunden, wodurch sichergestellt wird, dass es auch hier zu keinen Systemunterbrechungen kommt. Alle Operationen können überwacht und gesteuert werden in SIMATIC WinCC Unified, auch über einen mobilen Tablet-PC. Für den Fernzugriff ist nur ein Webbrowser erforderlich, sodass die Lösung keine Wartung benötigt, und die integrierten Cybersicherheitsfunktionen gewährleisten einen sicheren Fernzugriff, der für jedes kritische Infrastruktursystem unerlässlich ist.

Ein Mann mittleren Alters schaut auf ein Tablet.

Kläranlage Estenfeld Prosselsheim Analyse des Anlagenverhaltens

Reibungslose Modernisierung an nur einem Tag

Siemens entwarf die Lösung für Prosselsheim als eine Art Blaupause für andere kleine Kläranlagen. Die standardisierten und harmonisierten Komponenten ermöglichen eine einfache Modernisierung der Steuerungs- und Automatisierungssysteme, ein Versprechen, das Siemens in Prosselsheim voll einhalten konnte, wie sich Scholl erinnert: „Das Wasser mehrere Tage lang zu puffern ist für unsere Anlage keine Option, daher musste die Modernisierung bei laufendem Betrieb erfolgen.“ Und genau so ist die Umstellung passiert: „An nur einem Tag hat die Crew den alten Schrank herausgenommen, den neuen eingebaut und das System angeschlossen, und am Abend desselben Tages war die Anlage in Betrieb. Hut ab!“

Reibungsloser Übergang

Der Übergang vom alten zum neuen System verlief für Scholl genauso reibungslos. Alle Bedieneraktionen sehen auf einem PC, dem lokalen Bediengerät oder einem Mobilgerät gleich aus und fühlen sich gleich an, was das System sehr intuitiv macht: „Es ist wirklich sehr einfach, im System zu arbeiten und zum Beispiel Sollwerte anzupassen.“ sagt Scholl. „Ich melde mich an, klicke einmal und weiß, was ich tun muss. Es ist kein Schulungskurs erforderlich.“ Die intuitive Lösung erfordert nur minimalen Schulungsaufwand, sodass Kollegen bei Bedarf problemlos für Scholl einspringen können. Annika Schultheiß, Wasseraufbereitungstechnikerin bei SüdWasser, bestätigt das. Sie unterstützt das Personal der Kläranlage, einschließlich Scholl, bei der Optimierung vor Ort und arbeitet auch selbst gerne mit SIMATIC WinCC Unified zusammen: „Ich kann zum Beispiel das Verhalten des Systems mithilfe der Trendansicht leicht verfolgen — die Änderungen, die wir vorgenommen haben, die Änderungen an der Anlage, das Ergebnis.“

Mobiler Betrieb der Kläranlage Estenfeld Prosselsheim

Tanks der Kläranlage Estenfeld Prosselsheim

Transparenz unterstützt die Prozessoptimierung

Und die Ergebnisse des Modernisierungsprojekts sind bereits beeindruckend: Allein der Austausch der alten Prozesseinheiten spart der Gemeinde etwa 500 kWh Strom pro Tag ein. „Das hat mir bereits Lob vom Bürgermeister eingebracht.“ sagt Scholl mit einem Grinsen. Alle Energieverbrauchsdaten werden von SENTRON PAC-Geräten aufgezeichnet und an das Steuerungssystem übertragen. Die verbesserte Transparenz mit dem neuen Kontrollsystem wird Scholl und Schultheiß auch bei zukünftigen Prozessoptimierungen helfen: „Wir arbeiten daran, die Behandlungsleistung und Energieeffizienz weiter zu verbessern.“ sagt der Techniker.

Automatische Benachrichtigungen und Warnmeldungen

Sollte in der Anlage etwas nicht wie geplant funktionieren, wird Scholl automatisch per SMS benachrichtigt. In Kürze wird diese Benachrichtigung ergänzt durch Alarm Control Center Center-App vom Siemens-Lösungspartner Alarm IT Factory. Die App sendet relevante Benachrichtigungen, Nachrichtenstatus und Teamverfügbarkeit an die angegebenen Empfänger. Eine weitere praktische Funktion: nächtliche Warnmeldungen mit hoher Priorität lösen einen Handyklingelton aus, der wiederholt wird, bis die Nachricht bestätigt wurde.

Steuerungssystem der Kläranlage Estenfeld Prosselsheim

Behördliche Berichterstattung mit etwas mehr als einem Mausklick

Kombination des Steuerungssystems mit dem WinCC Add-on PM-ANALYZE Ersetzt auch das mühsam geführte, papierbasierte Betriebsprotokoll. Alle Daten werden digital aufgezeichnet, sodass Scholl Daten aus verschiedenen Quellen verfolgen und analysieren kann, einschließlich der Ergebnisse manueller Sonden und Messungen. Eine Funktion, die den Arbeitsaufwand erheblich reduziert, ist die Erstellung von Pflichtberichten für den DWA (Deutscher Wasserverband, Abwasser und Abfall) und die Übertragung über die DaBay-Schnittstelle. Scholl ist besonders dankbar für dieses Feature: „Vorher haben wir die Prozesswerte in unserem Logbuch aufgezeichnet und mussten diese Werte manuell zusammenstellen und analysieren, was zwei oder drei Tage dauerte. Und natürlich sind Rechenfehler und Irrtümer passiert.“ Jetzt dauert die DWA-konforme Berichterstattung nur vier oder fünf Stunden: Alle Daten werden mit einem Klick in der entsprechenden Vorlage zusammengestellt. Jetzt müssen Sie nur noch den Bericht überprüfen und ihn an die Wasserbehörde schicken.

Besseres Verständnis des Behandlungsprozesses

Für Werner gehen die Vorteile des neuen Steuerungssystems über die Verbesserung des täglichen Betriebs und der Anlageneffizienz hinaus; das System bietet den Bedienern auch einen besseren Zugriff auf die Anlage und die Daten der Anlage, ohne dass teure Sensoren erforderlich sind. „Mit den Daten, die Sie haben, können Sie mehr machen. Dadurch können Sie den Behandlungsprozess besser kontrollieren. Das gibt den Bedienern das Selbstvertrauen, neue Strategien zu testen — und so führt das neue Kontrollsystem zu einem besseren Verständnis des gesamten Behandlungsprozesses.“ Die Integration der Hebeanlage wird zweifellos auch zu diesem besseren Verständnis beitragen. Die Ausschreibung für die Modernisierung der verbleibenden Fernstationen wird bereits vorbereitet, sagt Werner, „Und es wäre nett, wenn Siemens auch diese Verträge sichern würde.“

Es ist wirklich sehr einfach, im System zu arbeiten und zum Beispiel Sollwerte anzupassen. Ich melde mich an, klicke einmal und weiß, was ich tun muss. Es ist kein Schulungskurs erforderlich.

Elmar Scholl, Gemeinde Prosselsheim

Ich kann das Verhalten des Systems mithilfe der Trendansicht leicht verfolgen — die Änderungen, die wir vorgenommen haben, die Änderungen an der Anlage, das Ergebnis.

Annika Schultheiß, Wasseraufbereitungstechniker, Südwasser

Früher dauerte es zwei oder drei Tage, die behördlichen Berichte manuell zu erstellen. Jetzt ist es ein vollständig digitaler Prozess, ohne Fehler, abgeschlossen in nur wenigen Stunden.

Elmar Scholl, Gemeinde Prosselsheim

Sie können mit den Daten, die Sie haben, mehr machen. Dies führt zu einem besseren Verständnis des gesamten Behandlungsprozesses.

Michael Werner, Ingenieur, Südwasser

Der Plan für kleine Kläranlagen

Siemens unterstützt die Modernisierung und Automatisierung kleiner Kläranlagen wie der Anlage in Prosselsheim mit einem umfassenden Hard- und Softwarepaket, das alle notwendigen Komponenten für einen transparenten Anlagenbetrieb enthält: SIMATIC WinCC Unified als Steuerungssystem und als zweite Bedienebene über Bedienfelder, SIMATIC-Steuerungen für die Anlagenautomatisierung, SENTRON PAC-Energiemonitoringsysteme, Fernsteuerung und das WinCC Add-on PM-ANALYZE für Datenanalyse und DWA-konformes Reporting. Das Paket kann leicht an spezifische Anforderungen angepasst werden und ist vollständig entwickelt TIA Portal. Um die Projektierung weiter zu vereinfachen, stellt Siemens Benutzern ein kostenloses Anwendungsbeispiel zur Verfügung. Anlagenbetreiber und Systemintegratoren profitieren somit von einer umfassenden Lösung mit einem ausgezeichneten Preis-Leistungsverhältnis.

Automatisieren Sie Kläranlagen mit WinCC Unified