Projekt 24630/01

Demonstrator zur gewässerschutzorientierten Kanalnetzsteuerung

Projektdurchführung

Dr.-Ing. A. MeßmerIngenieur für Automatisierungstechnik
Gröbenseeweg 2
82402 Seeshaupt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Um eine breitere Umsetzung der Abflusssteuerung im regulären Betrieb zu fördern, hat die DWA-Arbeitsgruppe ES 2.4 eine Planungshilfe und das DWA-Merkblatt M180 erstellt. Es hat sich gezeigt, dass ergänzend zu diesen Unterlagen ein leicht verständlicher Demonstrator die grundlegenden Prinzipien der Abflusssteuerung an einfachen, nachvollziehbaren Beispielen darstellen sollte.
Zielsetzung des Vorhabens ist die Erstellung eines solchen Demonstrators für zwei Kanalnetze mit fester Netzstruktur. Bestimmte Kenngrößen (z. B. Beckenvolumina) werden dabei durch den Benutzer verän-derbar sein. Es sollen verschiedene Steuerungsansätze (regelbasiert, mathematische Optimierung) anschaulich angewendet werden. Der Demonstrator soll kostenfrei verfügbar sein. Es ist auch an eine Ergänzung der o. g. Planungshilfe durch dieses Werkzeug und an eine Verwendung in Workshops und Seminaren gedacht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas bei ifak e. V. entwickelte SIMBA 5 enthält u. a. ein Modul zur hydrologischen Kanalnetzsimulation. Dieses kann als Simulationskern des Demonstrators verwendet werden. Hieraus soll - nach Spezifikation von Kanalnetzen fester Struktur - ein Programm entwickelt werden, das unabhängig von Matlab/Simulink/SIMBA verwendet werden kann und in das Optimierungsroutinen und Regeleditor und interpreter integriert sind.
Folgende Arbeitspakete sind geplant (in Klammern die verantwortlichen Projektpartner):
1. Erstellung eines Regeleditors und -interpreters und Einbindung in den Simulator (ifak)
2. Entwicklung und Adaption eines nichtlinearen Optimierungsalgorithmus auf der Grundlage langjähriger Erfahrungen in realen Anwendungen, aufbauend auf den Zugriff zum oben genannten hydrologischen Simulations-Modul für interne Prognoserechnungen und zur Ermittlung der Netzzusammenhänge (Meßmer)
3. Einbindung des Optimierungsalgorithmus in den Simulator und Verwendung des hydrologischen Moduls durch den Optimierungsalgorithmus über noch detailliert zu definierende Schnittstellen (Meßmer, ifak)
4. Spezifikation von illustrativen Beispielen zur Demonstration (2 Kanalnetze, mit jeweils ca. zwei bis drei Becken) zur Illustration und Demonstration der Grundprinzipien von Abflusssteuerung; Einbindung in den Simulator (als zusätzliche Menüpunkte) (ifak, Meßmer)
5. Unabhängiger Test des Werkzeugs und der Demonstrations-Beispiele (iaks, ggf. Anpassungen durch ifak, Meßmer).
6. Dokumentation und Anleitung für den Benutzer (ifak, Meßmer; den jeweiligen Arbeitspaketen entsprechend).


Ergebnisse und Diskussion

Das Ergebnis des Projekts ist ein Demonstrator, d. h. ein Programm für PCs, mit dem einige Grundprinzipien der Abflusssteuerung in Mischkanalnetzen anschaulich demonstriert werden.

Die Vorgaben aus dem Projektantrag wurden realisiert. Hier im einzelnen der Vergleich zwischen den realisierten und den ursprünglichen Zielen laut Antrag:
Der Demonstrator ist verwendbar für zwei Kanalnetze mit fester Netzstruktur. Dabei können die Speichervolumina der einzelnen Becken vom Benutzer verändert werden. Dies entspricht der Planung aus dem Antrag.
Die Simulation eines Belastungsereignisses je Netzbeispiel mit zwei verschiedenen Niederschlagszeitreihen zur Modellierung ungleichmäßiger Überregnung ist realisiert. Die Verwendung beliebiger Niederschlagszeitreihen, wie im Projektantrag vorgesehen, ist möglich, aber im Demonstrator aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht implementiert.
Die Simulation von Steuerungsszenarien, nämlich lokale Steuerung und Verbundsteuerung, einmal mit Regeln und zum anderen mit Optimierung ist, wie im Projektantrag vorgesehen, verwirklicht.
Auswertungsroutinen, wie im Projektantrag erwähnt, errechnen wichtige Kriterien, wie z. B. die gesamte Überlaufmenge, und fassen diese zu einer Übersicht zusammen.
Der Demonstrator läuft in einer ansprechenden Oberfläche. Die graphischen und textgebundenen Darstellungen und Ausgaben sind auch für Nichtfachleute überzeugend.
Der Demonstrator wird als selbst entpackende Anwendung verteilt. Die Installation erfolgt mit entsprechender Benutzerführung. Der Demonstrator benötigt lediglich das frei verfügbare Microsoft-Paket.NET in der Version 1.1. Eine problemlose Verteilung ist also, wie vorgesehen, möglich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Demonstrator-Software wurde zum freien Herunterladen auf der Webseite des ifak e. V. www.ifak.eu (genauer: http://www.ifak.eu/index.php?id=48) eingestellt.
Über dementsprechende fachliche Mailinglisten mit deutschlandweit ca. 200 und weltweit mit ca. 300 Mitgliedern wurde die Fachöffentlchkeit auf die Verfügbarkeit des Demonstrators hingewiesen. Eine entsprechende Notiz zur Veröffentlichung im DWA-Newsletter wurde eingereicht. Damit soll an dieser fachlich optimal passenden Stelle auf den Demonstrator und die Möglichkeit zum Herunterladen hingewiesen werden. Ebenso ist eine Notiz im Faltblatt DBU aktuell eingereicht.
Für die DWA-VDI/VDE-GMA-Gemeinschaftstagung Mess- und Regelungstechnik in abwassertechnischen Anlagen in Wuppertal am 20./21.11.2007 ist ein Vortrag über den Demonstrator geplant.


Fazit

Alle Zielsetzungen, wie im Projektantrag formuliert, wurden erfüllt. Es steht damit ein Werkzeug zur Verfügung, das zum weiteren Verständnis der Abflusssteuerung beiträgt und ihre Umsetzung als ein Hilfsmittel zur umweltbewussten, kostengünstigen und nachhaltigen Bewirtschaftung von urbanen Abwassersystemen fördert.