Projekt 14068/01

Entwicklung einer prozeßsicheren (Fern-) Steuerung für kommunale und industrielle Abwasserbehandlungsanlagen auf Basis einer speicherprogrammierten Steuerungseinheit (SPS)

Projektdurchführung

Technische Universität Hamburg (TUHH) Technologie GmbH
Schellerdamm 4
21079 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes war die Entwicklung einer speicherprogrammierten Steuerungseinheit SPS, um durch die Steuerung einen prozeßsicheren, energieoptimierten und wirtschaftlichen Kläranlagenbetrieb zu ermöglichen. Zudem sollte durch die Datenfernübertragung und (Fern-) Steuerung eine rationelle und fachlich gute Betreuung der Kläranlage gegeben sein.
Durch die Entwicklung einer Steuerung auf SPS-Basis, bei der die Grenzwerte direkt über (Mobilfunk-) Telefonleitung zu verändern sind, war eine optimierte Reinigungsleistung zu gewährleisten. Weiterhin sollte der notwendige Wartungsaufwand für die Abwasserreinigungsanlage im Vorfeld koordiniert und reduziert werden. Es sollte eine qualifizierte und verbesserte Anlagenkontrolle sowie ein prozeßsicherer Betrieb ermöglicht werden. Insbesondere bei Störfällen, die ein entschlossenes Handeln verlangen, könnten aufgrund der qualifizierten (Fern-) Steuerung Umweltbelastungen entscheidend minimiert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden in drei Arbeitsschritten über jeweils 2 Monate durchgeführt. Zuerst stand die Entwicklung eines Programms für die SPS im Vordergrund, in welchem in frei wählbaren Programmschritten die auf den lokalen Standort abgestimmten Abwassergrenzwerte eingegeben werden können. Eine Anpassung der jeweiligen Schaltpunkte (z.B. die Gebläseleistung in Abhängigkeit des O2-Gehaltes) zur Optimierung der Anlage war durch die Fernsteuerung möglich und im zweiten Arbeitsschritt zu untersuchen.
Im letzten Arbeitsschritt wurde überprüft, wie sich das System bei Störungen verhält. Hierzu wurden absichtlich Extremfälle simuliert und die Antwort des Systemes überprüft und optimiert. Dabei sollten programmeigene Plausibilitätskontrollen den jeweiligen Eingangsdaten (Online-Meßergebnissen) Wahrscheinlichkeiten für deren Zuverlässigkeit angeben (z.B. das Gebläse wird hochgefahren, der Ammoniumwert sinkt gegen Null, der Sauerstoffwert bleibt hingegen unverändert bei 0,2 mg/l; daraus wird gefolgert, daß die Sauerstoffmessung wahrscheinlich unzuverlässig ist).


Ergebnisse und Diskussion

Die Datenfernübertragung und Fernsteuerung der einzelnen Komponenten funktionierte fehlerfrei. Bei den Daten lassen sich drei Arten unterscheiden:

· Online-Meßdaten: die Online-Meßgeräte müssen vom fachkundigen Betriebspersonal gewartet und kalibriert werden. Sehr arbeitsintensiv ist dabei zum Teil die Probenaufbereitung (Membranfiltration). Fehlmessungen werden häufig durch ein langsames Abgleiten des Meßwertes über die Zeit (Verschmieren der Sonde) hervorgerufen.
· Konkrete Meßwerteingabe von Hand: Meßwerte des Klärwerkspersonals werden hier eingegeben. Fehlerquellen sind hier die Probenahme, Meßanalytik sowie die Dateneingabe.
· Unkonkrete Meßwerteingabe von Hand: diese auch als fuzzy (= unscharf) bezeichneten Meßgrößen sind stark subjektiv geprägt (wie z.B. die Fädigkeit von Belebtschlamm). Obwohl eine Steuerung des Klärwerkprozesses zur Zeit kaum erfolgt, sind diese Größen aufgrund der Erfahrungen des Klärwerkpersonals teilweise äußerst informativ (Beispiel: die Bildung von Blähschlamm kann im mikroskopischen Bild teilweise Tage vor dem Auftretten auf der Kläranlage erkannt werden).

Anhand der aufgenommenen Daten wurden die Betriebszustände der Kläranlage in der ersten Versuchsphase täglich kontrolliert und die Einstellungen optimiert. In der zweiten Phase wurden gezielt Störungen durch Änderung des Zulaufes eingestellt und die Flexibilität des Systems getestet.

Es hat sich gezeigt, daß das Personal in einer Fernwartungszentrale trotz eines eindeutigen Betriebszustandes auf der Anlage die daraus notwendigen Änderungen, wie z.B. das Schließen eines Schiebers nicht vornimmt, sondern vielmehr Kontakt zum lokalen Anlagenpersonal sucht. Selbst bei einer Nachtstörung wurde die Rufbereitschaft zur Anlage gerufen, um die Störung nach Absprache mit der Wartungszentrale vor Ort zu beheben, obwohl dies durch die Fernsteuerung hätte vorgenommen werden können. Begründet wurden die Entscheidungen durch das erhöhte Unfallpotential (kein Sichtkontakt zu dem zu schließenden Schieber) sowie dem Mißtrauen gegenüber den angezeigten Betriebszuständen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse werden in der abwassertechnischen Fachzeitschrift awt Anfang 1999 veröffentlicht.


Fazit

Die Datenfernübertragung und Fernsteuerung ist ein sinnvolles Hilfsmittel zur Unterstützung des Klärwerkspersonals. Wichtig ist ein enger Kontakt zwischen dem beratenden Ingenieur und dem Klärwerkspersonal, so daß dieser sämtliche Gegebenheiten kennt. Ziel ist es, durch schrittweise Optimierung des Reinigungsprozesses eine Kostenreduzierung bei den Betriebskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Prozeßstabilität zu erreichen.
Motiviertes Personal erleichtert den Einsatz solcher Hilfsmittel erheblich, da die zu treffenden Entscheidungen immer nur so gut sind, wie die Informationen auf denen sie beruhen. Die richtige Bereitstellung der Meßergebnisse, z.B. von Online-Meßgeräten (z.B. Sauerstoff-, Nitratmessung) bzw. Handmessungen (z.B. SVI) ist dabei ebenso wichtig, wie die gemeinsame Beurteilung der jeweiligen Situation. Grundsätzlich sollte eine Änderung von Einstellungen nach Absprache vor Ort durch das Personal erfolgen.