«So geht Wassermanagement von heute»

Digitale IoT-Komponenten haben das Potenzial, kritische Infrastrukturen (KRITIS) effizienter und vor allem ausfallsicherer zu gestalten. So auch die Kläranlage in Yverdon. Dem Genfer Systemintegrator AMICS gelang es, diese im Zuge von Modernisierungsarbeiten für die Zukunft zu rüsten.

Als Wasserschloss Europas wird die Schweiz häufig bezeichnet. Mehr als 1'500 Seen, zahlreiche Flüsse, stehende Gewässer sowie eine Vielzahl an Gletschern beheimatet das gerade mal 41'285 km² grosse Land. Insgesamt rund sechs Prozent der Süsswasserreserven des Kontinents kommen hier zusammen. Nicht unwesentlich für den Schutz der wertvollen und in der Schweiz so reichlich vorkommenden Ressource sind die rund 800 Schweizer Kläranlagen, die rund um die Uhr Schmutzwasser reinigen und aufbereiten. Kommt es zu Störungen, Ausfällen oder Überlastungen dieser kritischen Infrastrukturen, hat das teils schwerwiegende Folgen für Mensch und Natur. Wie 2008, als bei Reparaturarbeiten in der Abwasserreinigungsanlage (ARA) Sihltal Brauchwasser ins Adliswiler Trinkwasser geraten war. Oder im Juni 2010, als bei Bauarbeiten in Deutschland eine Abwasserkanalisation zerstört wurde und das Schmutzwasser in verschiedenen Gewässern ein Fischsterben verursachte.

ARA transparenter und energieeffizienter machen

Solche Vorfälle geben einen kleinen Vorgeschmack darauf, wie verheerend sich der Ausfall einer Kläranlage auswirken kann. Um die Ausfallsicherheit solcher Einrichtungen zu erhöhen, ist es sinnvoll, ein besseres Verständnis für die in ihnen ablaufenden und meist unsichtbaren Prozesse zu entwickeln – etwa, wenn es um die Abnutzung mechanischer Komponenten oder die Energieverteilung geht. Digitale Technologien zum Sammeln und Kommunizieren von Daten sind dabei ein probates Mittel. So wie im Fall der Kläranlage in Yverdon.

In der Westschweiz, direkt am Lac de Neuchâtel (Neuenburgersee), gelegen, wird hier das Abwasser der gleichnamigen Stadt sowie der benachbarten Gemeinden gereinigt. Mithilfe moderner SPS-Steuerungen, einer Monitoring-Software sowie neu eingebauten Frequenzumrichtern ist es gelungen, die ARA transparenter und energieeffizienter zu machen. Dadurch ist sie nun besser vor Störungen und Ausfällen geschützt.

Das Projekt STEP 2020

In traumhafter Landschaft gelegen, direkt am Ufer des Lac de Neuchâtel, liegt das malerische Städtchen Yverdon-les-Bains. Bekannt für seine Thermalbäder, die bereits von den Römern genutzt wurden, sowie die Qualität seines Grundwassers ist die historische Ortschaft ein international beliebter Badeort. Dass das hiesige Wasser einer entsprechenden Qualität entspricht, ist unter anderem der zwischen 1952 und 1957 errichteten örtlichen Station d’épuration (STEP) zu verdanken.

Um den gestiegenen Verbrauch der wachsenden Bevölkerung zu bewältigen, sowie den immer strenger werdenden gesetzlichen Auflagen gerecht zu werden, wird die Wasseraufbereitungsanlage im Rahmen des Projekts STEP 2020 erweitert. Bis 2024 soll dort das Schmutzwasser von etwa 70.000 Menschen gereinigt werden können (von 40 '000 EW auf 70'000 EW). Aber es geht nicht nur um die Kapazität. Auch die Energieeffizienz sowie die Ausfallsicherheit sollen mithilfe einer umfassenden Digitalisierungsmassnahme deutlich optimiert werden.

IoT-fähige SPS-Steuerung und Plant Scada-Software für einen besseren Überblick

Im Fall der STEP in Yverdon hat AMICS auf eine Kombination verschiedener Hard- und Softwarelösungen gesetzt, die zeitlich gestaffelt in die laufende Anlage eingesetzt wurden. Der Fokus lag dabei klar auf der Verbesserung der Ausfallsicherheit. An den verschiedenen Becken und Stationen wurden daher zunächst die vorhandenen Steuerungen gegen die robusten Modicon-Steuerungen M340 und M580 von Schneider Electric ausgetauscht. «Moderne und IoT-fähige SPS-Steuerungen sind zunächst eine zentrale Komponente, um die Konnektivität der Anlage zu verbessern», kommentiert Thomas Gutknecht von AMICS die technische Umsetzung. «Die ganzen Daten, die wir überall in der Anlage zu Wasserstand, Druck oder Energieverbrauch sammeln, werden von den Steuerungen erfasst und an ein übergeordnetes Überwachungssystem weitergegeben. Dass die Schneider-Steuerungen über ein hohes Mass an Cybersicherheit verfügen, ist dabei natürlich ein ganz wichtiges Kriterium.»

Mit einer Monitoring-Software des Schneider Electric Partners AVEVA steht dem kleinen Team der ARA Yverdon zudem eine fortschrittliche Überwachungslösung zur Verfügung. Dank entsprechender Visualisierungsfunktionen ist es möglich, sämtliche Vorgänge in den verschiedenen Becken der Kläranlage (Schlamm, biologische Behandlung, Biogas und Wärmetauscher) permanent und in Echtzeit zu überwachen. Auch Berichte und Leistungsanalysen lassen sich damit generieren sowie Wartungen vorausschauend planen. Treten Störungen auf, wird das Bereitschaftspersonal per intelligenten Alarm mobil auf dem Smartphone informiert und kann mittels Fernzugriff erste Fehlerdiagnosen erstellen. Und sollte es mal komplizierter werden: Die Fachleute von AMICS stehen den Betreibern der Anlage auch weiterhin als Servicepartner zur Verfügung, haben Zugriff auf die Daten und können mit ihrer Expertise bei Wartungs- und Reparaturarbeiten unterstützen.

Effizienter und schonender Betrieb dank Frequenzumrichter

Im Zuge der Digitalisierung wurden aber nicht nur IoT-fähige SPS-Steuerungen und ein SCADA-System installiert. Ab sofort kommen auch Frequenzumrichter in der ARA zum Einsatz. So wurden unter anderem die leistungsstarken Pumpen, die das Wasser zwischen den Dekantern, biologischen Becken und Enddekantern hin und her bewegen, mit den Geräten für eine energieeffizientere Motorregelung versehen. «Während die Motoren in der Anlage vorher ständig in Volllast liefen, können durch den Einsatz von insgesamt 15 Altivar Process Frequenzumrichtern, Frequenz und Spannung bedarfsgerecht angepasst werden», erklärt Samuel Legrix, Sales Engineer bei Schneider Electric und Fachmann für die Digitalisierung der Wasserversorgung. «Das senkt den Energieverbrauch der Anlage erheblich. Da die Motoren zugleich geschont werden, verlängert sich auch ihre Lebenszeit.» So sind die Frequenzumrichter von Schneider Electric zum Beispiel dazu in der Lage, Motorströme zu erfassen und diese Messwerte an die Überwachungslösung weiterzugeben. Für vorausschauende und zustandsbasierte Wartung ist das eine wichtige Voraussetzung.

Partner als Enabler der digitalen Transformation

Dass moderne IoT-Technologien grosse Vorteile, auch für wassertechnische Anlagen, bieten, ist heute längst klar. Doch in Sachen Umsetzung hapert es noch. Nicht nur Industrieunternehmen, sondern gerade öffentliche Einrichtungen tun sich mit der digitalen Transformation nach wie vor schwer. Dabei zählen vor allem Sicherheitsbedenken sowie mangelndes Know-how (befördert durch den Fachkräftemangel) zu den Hauptursachen. Wie das Projekt in Yverdon zeigt, muss das alles aber kein Hinderungsgrund für die Umsetzung von dringend benötigten Modernisierungsmassnahmen sein. Vor allem dann nicht, wenn versierte Partnerunternehmen von Anfang an in ein Projekt involviert werden.

Auch bei Schneider Electric hat man das längst begriffen: «Uns ist es ganz wichtig, dass wir Hard- und Software nicht einfach nur zur Verfügung stellen», betont Legrix, der selbst jeden Tag in engem Austausch mit lokalen Partnerunternehmen in der Schweiz steht. «Wir pflegen deshalb ein ganz engmaschiges Netzwerk an regionalen Partnerunternehmen, die von uns speziell auf unsere Technologielösungen geschult werden», und Thomas Gutknecht von AMICS ergänzt: «Gerade digitale Technologien und deren riesiges Potenzial sind oft sehr erklärungsbedürftig. Unsere Kunden, wie in diesem Fall die Gemeinde Yverdon, sind darauf angewiesen, dass sie bei deren Implementierung qualifizierte Unterstützung erhalten. Nur so wird die digitale Transformation, auch der Wasserwirtschaft, von Erfolg gekrönt sein.»