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Wasserinfrastruktur: Zukunftsorientiert und nahtlos integriert

13.04.2021 Fernwirktechnik bei den Stadtwerken Wissen: Bei dem Wasserversorger konnte eine schnelle und risikoarme Integration in das bestehende Wasserinfrastrukturnetz vorgenommen werden.

Haupteingang der Stadtwerke Wissen.
© Foto: Siemens AG
Haupteingang der Stadtwerke Wissen.

Wasser für 100.000 Einwohner: Der Zweckverband Wasserversorgung Kreis Altenkirchen (WKA) versorgt den Landkreis Altenkirchen mit frischem Trinkwasser. Mit insgesamt 6 Verbandsgemeinden (Altenkirchen-Flammersfeld, Betzdorf-Gebhardshain, Hamm (Sieg), Kirchen (Sieg), Herdorf-Daaden und Wissen) werden dabei rund 100.000 Einwohner bedient. Im Versorgungsgebiet müssen 9 eigene Hochbehälter, 50 Hochbehälter der Verbandsgemeinden, 18 Pumpwerke und 120 Übergabestellen (z. B. Messzähler) überwacht werden.

Aufgabenstellung für die Automatisierung

Ein sehr großer Anteil der verbauten Automatisierungsinfrastruktur beruht beim WKA auf einer Verbindungsprogrammierten Steuerung (VPS), also einer festverdrahteten Logik. Diese reinen Hardware-Steuerungen konnten nur das Nötigste an Messwerten übertragen – was in der Vergangenheit völlig ausreichte, um die Wasserversorgung im Kreisgebiet zu gewährleisten. Durch den ständig anwachsenden Automatisierungsgrad, verbunden mit einer viel größeren Anzahl zu überwachenden Prozesswerten, wurde in den letzten Jahren bereits auf speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) umgestellt. Diese Steuerungen sind viel flexibler auf Änderungen im Automatisierungsprozess anpassbar. Einige Anlagenteile wurden in der Vergangenheit sowohl für den Automatisierungs- als auch den Fernwirkanteil auf Simatic S7-300 Controller Familie und entsprechende Fernwirk- Baugruppen (so genannte Remote Terminal Units, RTU) umgestellt. Während die SPS die lokale Automatisierung, zum Beispiel die Verschaltung von Steuersignalen realisiert, dient die RTU zur Anbindung an das zentrale Leitsystem und sorgt für die sichere und zuverlässige Überwachung und Steuerung von Prozessdaten. Die Programmierung und Projektierung erfolgte dabei in STEP 7 V5.x mit dem Add-on SINAUT ST7 Engineering für die Fernwirkbaugruppen. Die ST7 Bestandsanlage besteht aus ca. 80 Außenstationen mit Simatic S7-300 SPS mit Fernwirkbaugruppen vom Typ TIM 3V-IE. Die Kommunikation erfolgt entweder per DSL mit privaten Kupferleitungen oder über Mobilfunk. Über insgesamt 4 zentrale TIM 4R-IE werden die Daten an eine redundant ausgelegte ST7CC Zentrale (basierend auf WinCC) angebunden. Zusätzlich kommt in der Leitwarte eine leistungsstarke S7-319 CPU parallel zum redundanten ST7CC zum Einsatz, die eine lokale Weiterverarbeitung von Prozessdaten vornimmt.

Schaltschrank einer Außenpumpstation der Stadtwerke Wissen mit Distributed Controller Simatic ET 200SP. © Foto: Siemens AG
Schaltschrank einer Außenpumpstation der Stadtwerke Wissen mit Distributed Controller Simatic ET 200SP.

Doch die Anforderungen an die Automatisierung und die Leistungsfähigkeit des Prozessleitsystems steigen weiter, zum Beispiel durch nochmals höhere Mengengerüste. Um auch für die Zukunft auf dem neuesten Stand der Technik zu sein, wurde nach einer Lösung gesucht, um sukzessive Anlagenteile erweitern zu können, die sich nahtlos in das Bestandsanlagennetz integrieren lassen. Der laufende Prozess darf dabei zu keinem Zeitpunkt gefährdet werden. Die Lösung hierfür kommt abermals aus dem Hause Siemens: das moderne Steuerungssystem Simatic ET 200SP, ergänzt um die Fernwirk-Baugruppe CP 1542SP-1 IRC und projektiert mit dem modernen Engineering Frameworks TIA Portal. Diese Kombination kann ihre Stärken in dem vorliegenden Fall bestens ausspielen.

Durch den Einsatz der neuesten Controller-Familie auf Basis Simatic ET 200SP ließen sich komplexe Funktionen, programmiert in AWL, mit geringfügigem Aufwand von Step7 V5.x in das TIA Portal migrieren. Aber auch beim betroffenen Fernwirkanteil hat der Anwender mit der Fernwirk-Baugruppe CP 1542SP-1 IRC im Zusammenspiel mit dem TIA Portal alle Vorteile auf seiner Seite. Statt eines separaten Tools wie bei STEP 7 V5.x kann der Engineering-Anteil für die Fernwirkanteile nun vollständig im TIA Portal erfolgen. Durch den speziellen Telecontrol Verbindungseditor im TIA Portal ist es möglich, sich komfortabel an ein bestehendes Fernwirknetz anzukoppeln. Gleichermaßen lassen sich auch neue Stationen durch eine automatische Routensuche bequem hinzufügen.

Der Datenpunkteditor – die zentrale Verwaltung von Prozessdaten

Ein besonderes Augenmerk ist dabei auf den Datenpunkteditor zu richten. Zur Übertragung von Fernwirknutzdaten zwischen der RTU und der zugehörigen Fernwirkzentrale sind bei den Telecontrol-Modulen der neuesten Generation durch die Datenpunktprojektierung keine spezielle Programmierung von Programmbausteinen mehr notwendig. Stattdessen werden die Datenbereiche im Speicher der CPU, die für die Kommunikation des Kommunikationspartner vorgesehen sind, einfach im Editor projektiert. Jeder Fernwirk-Datenpunkt ist dabei mit einer PLC-Variable oder einem Element eines Datenbausteins verknüpft. Bei Anlagen in der Wasserversorgung punktet der Datenpunkteditor vor allem durch die Beherrschung auch größerer Mengen von Datenpunkten. Ähnlich wie bei Excel lassen sich Telecontrol-relevante Prozessdaten in Spalten- und Zeilenansicht übersichtlich anlegen, editieren sowie im Hand umdrehen exportieren oder importieren. Dies vereinfacht das Handling deutlich, vermeidet Fehler und spart Kosten durch die verkürzte Inbetriebnahme.

Der Einsatz des Datenpunkt Editors punktet vor allem bei einer sehr großen Anzahl von Datenpunkten durch Massendatenengineering. © Foto: Siemens AG
Der Einsatz des Datenpunkt Editors punktet vor allem bei einer sehr großen Anzahl von Datenpunkten durch Massendatenengineering.

Um bei der Erweiterung der Wasserinfrastruktur möglichst wenig Änderungen am Bestandsanlagennetz vorzunehmen, verfolgte man beim WKA den so genannten Projekt-Splitting-Ansatz. Dieser garantiert ein Zusammenspiel zwischen der bestehenden Step7 V5.x-Umgebung und dem TIA Portal. Hierbei wurde in dem bestehenden Step7-Projekt in nur wenigen Arbeitsschritten eine so genannte Proxy-Verbindung hinzugefügt, die die Schnittstelle zum neu erweiterten Anlagennetz bildet. Der Engineering-Aufwand ist dabei minimal und risikoarm; da kein direkter Eingriff in den laufenden Anlagenprozess erforderlich ist, kann auch gewährleistet werden, dass im laufenden Betrieb kein anlagenbedingter Stillstand oder sonstige Störungen auftreten.
Zusammenführung von STEP 7 V5.x und TIA Portal durch Einsatz des Projekt Splittings mittels Proxy Verbindungen über Fernwirkbaugruppe TIM 1531 IRC. © Foto: Siemens AG
Zusammenführung von STEP 7 V5.x und TIA Portal durch Einsatz des Projekt Splittings mittels Proxy Verbindungen über Fernwirkbaugruppe TIM 1531 IRC.

Stadtwerken Wissen und Siemens – eine bewährte Partnerschaft

Bei den Stadtwerken Wissen ist man mit der von Siemens angebotenen Lösung äußerst zufrieden. Die verwendete Steuerung ET 200SP in Kombination mit dem Kommunikationsprozessor CP 1542SP-1 IRC ließ sich nahtlos in das bestehende Anlagennetz integrieren, bei minimalem Engineering- Aufwand. Auch das neue Engineering Framework TIA Portal wird von den Mitarbeitern sehr geschätzt, bietet das TIA Portal dem Anwender im Vergleich zu STEP 7 V5.x ein noch übersichtlicheres und komfortableres Arbeiten. In Kombination mit dem erweiterten Projekt-Splitting-Ansatz konnte bei dem Wasserversorger eine schnelle und vor allem risikoarme Integration in das bestehende Wasserinfrastrukturnetz vorgenommene werden. Insgesamt konnte dadurch die Inbetriebnahme-Zeit deutlich verkürzt werden. WKA Wissen plant deshalb auch in Zukunft weitere Anlagenteile auf die neueste Generation von Siemens Fernwirkeinheiten umzubauen. Insgesamt sollen 27 Stationen im Trink- und Abwasserbereich, als auch in der Gasversorgung erweitert werden. Mit dem TIA Portal sieht sich der der Wasserversorger bestens für weitere Ergänzungen gerüstet. Einmal mehr hat sich das führende Automatisierungssystem Simatic S7 als die optimale Plattform erwiesen, um auch Bestandsanlagen mit geringem Aufwand und risikoarm im laufenden Betrieb auf den neuesten Stand zu bringen. Die Stadtwerke Wissen profitieren somit von modernster Technologie und können dennoch bestehende Anlagen auch in der Zukunft nutzen.

Autor: Patrick Seidl

www.siemens.com

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