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Donnerstag, 7. März 2013

Neukonzeption eines stabilen städtischen Wasserversorgungssystems mit InduSoft Web Studio

Angesichts begrenzter Budgetmittel bauen städtische Wasser/Abwassereinrichtungen bei der Konzeption stabiler und kosteneffizienter SCADA-Systeme, die mit ihrem Bedarf wachsen können, auf Systemintegratoren wie Lubbock Electric.

 


  • InduSoft Web Studio wurde verwendet, um eine kosteneffiziente und zuverlässige SCADA-Wasser/Abwasserlösung für die Gemeinde Wolfforth im US-Bundesstaat Texas zu entwickeln.

  • Die Anwendung ermöglicht den Benutzern den Zugriff auf entfernte Standorte im städtischen Wassersystem, und sie ermöglicht die Systemsteuerung von einer zentralen Stelle aus.

  • Die verbesserte Betriebszeit hat den Bedarf der Gemeinde an Überstundenarbeit deutlich reduziert, und die Bediener können dank der intuitiven Anwendungsoberfläche schon nach kürzerer Einarbeitung mit dem System arbeiten.

Abbildung 1: Die Anwendung wurde von der Lubbock Electric Company für die Stadt Wolfforth in Texas entwickelt.


 

Städtische Wasser- und Abwassersysteme sind ein elementarer Bestandteil aller Gemeindeinfrastrukturen. Der Zugang zu sauberem Wasser wird als grundlegendes Menschenrecht angesehen, aber ohne effiziente Verfahren bei der Wasser- und Abwasseraufbereitung können die Versorgungskosten für die Gemeinden zu einer schweren Bürde werden. Dies gilt insbesondere für Kleinstädte wie Wolfforth, Texas, wo man mit den Kosten eines teuren SCADA-Systems zu kämpfen hatte, das häufige Wartung und Überstundenarbeit der Mitarbeiter beim manuellen Betrieb der Wasseraufbereitungseinrichtungen erforderte. Doch mithilfe der Lubbock Electric Co. gelang es in Wolfforth, das System an eine sichere und zuverlässige SCADA-Architektur anzupassen, die Kosteneffizienz, weniger manuelle Eingriffe und deutlich verbesserte Zuverlässigkeit bietet.

 

Hintergrund

Wolfforth, Texas, ist eine Stadt mit weniger als 4000 Einwohnern, das heißt, dass die städtischen Wasseraufbereitungseinrichtungen die gesamte Gemeinde versorgen. Das System beinhaltet Wasserquellen, einen bodengestützten Speicher, Druckerhöhungspumpen und erhöhte Wassertürme an unterschiedlichen Standorten im gesamten Stadtgebiet.

Das städtische Wasserverteilungssystem verwendet drei erhöhte Wassertanks, um die Wasserversorgung und die Betriebsdrücke bei zunehmendem Verbrauch im Tagesverlauf aufrechtzuerhalten. Ein Absinken der Wasserpegel bewirkt das Zuschalten von weiteren Quellen und/oder Druckerhöhungspumpen, um den uneingeschränkten Betriebszustand der Pegel wiederherzustellen. Die Aufrechterhaltung des Systemdrucks ist das kritischste Element der Anwendung. Die Stadt Wolfforth erfasst auch Protokolle mit den Betriebsstunden der Pumpen und dem Gesamtvolumen, die von den an allen Pumpen installierten Durchflusswächtern gemessen werden. Diese Werte werden im SCADA-System erfasst und durch Bedienpersonal gewartet.


Abbildung 2: Diese Abbildung ist eine Satellitenansicht der Stadt mit einer Übersicht der Standorte der Quellen.

Herausforderung

Das in der Gemeinde Wolfforth installierte System wurde ursprünglich durch die Lubbock Electric Co. eingerichtet. Das System entsprach anfangs durchaus dem Bedarf der Aufbereitungseinrichtungen, doch die Kosten der Entwicklungsplattform und die Inflexibilität des Systems wurden allmählich zu einer Belastung, da die Komplexität des Systems zunahm und sich veränderte. Die installierte SCADA-Plattform zeigte nicht die vom Bedienpersonal geforderte Stabilität und Zuverlässigkeit. Demzufolge musste die Gemeinde häufig Überstunden von Personal zahlen, das die Einrichtungen manuell bedienen musste, wenn die Anwendung Änderungs- oder Wartungsarbeiten erforderte. Die Kosten für zusätzliche Bedienerstunden und die hohen Betriebskosten der Plattform als solcher ließen das Interesse an der Entwicklung einer Aufrüstung aufkommen, die bessere Kosteneffizienz und größere Zuverlässigkeit leisten sollte.

Lubbock Electric Co. wurde gebeten, ein neues Konzept für das 2002 eingerichtete System zu entwickeln. Eine zusätzliche Herausforderung bestand darin, dass die Endanwender ein System wollten, das das gesamte Anforderungsprofil in einer Laufzeitumgebung bieten sollte, da nicht ausreichend Personal verfügbar war, um eine SCADA-Anwendung abzuändern bzw. zu warten.

Der Auswahlprozess umfasste auch die Suche nach berührungssensiblen HMI-Touchscreens, wobei ein Link zur Website von InduSoft Web Studio entdeckt wurde. Eine Trial-Version wurde heruntergeladen und getestet, und bei Lubbock Electric Co. war man von der Performance und der intuitiven Systembedienung durchaus angetan. Die Wahl fiel auf InduSoft Web Studio als robuster und leicht zu entwickelnder Plattform, die zudem einen attraktiven Preis hatte.


Abbildung 3: Die Benutzer können den Status jedes Turms einsehen und manuell oder automatisch Ventile steuern.


Lösung

Da viele Komponenten des Wassersystems an entfernten Standorten angeordnet sind, wurde InduSoft im zentral angeordneten Wartungsgebäude installiert. Dieser zentrale Standort war bestens für das Funkkommunikationssystem geeignet, das die Kommunikation zwischen Master-SPS-Einrichtungen und RTU-Terminals ausführen sollte. Im System wird nur ein Computer benötigt; die Anwendung wird jedoch auf einem redundanten PC installiert, falls der primäre Computer einmal ausfallen sollte.

Die InduSoft Web Studio Anwendung kommuniziert mit einer Master-SPS, die wiederum über ein Funkübertragungsnetz mit den RTU-Terminals verbunden ist. Diese RTU-Terminals steuern die Quellen und die Booster-Station und melden Echtzeitdaten zum SCADA-System zurück.

Die Anwendung verbindet die Master-SPS über Modbus-TCP mit dem Netzwerk der Anlagenverwaltung. Die Master-SPS ist eine Modicon/Schneider Electric Momentum mit Ethernet-Kommunikation. Die Master-SPS stellt über Modbus RTU RS232 mittels MDS-9810-Funkverbindungen den Anschluss an die RTU-Ausrüstung her und ruft zu ändernde Daten für die InduSoft Web Studio Anwendung ab bzw. schreibt diese Daten in die Anwendung. Obwohl die InduSoft-Anwendung die gesamte Steuerlogik enthält, ist die Kommunikation relativ einfach. Die Anwendung verwendet Treibersätze für die einzelne Master-SPS.

Die InduSoft-Anwendung unterstützt die gesamte Logik im System. Die Bediener können den Quellzufluss aus jedem der drei Wasserturmpegel steuern. Die Bediener können die Quellen auch so einrichten, dass sie bei unterschiedlichen Pegelprioritäten beginnen bzw. anhalten, sodass die komplette Systemkonfiguration über eine einzelne Bildschirmmaske eingerichtet werden kann. Einige Quellen pumpen nur in den bodengestützten Speichertank, sodass Druckerhöhungspumpen anschließend die Türme füllen. Andere Quellen können direkt in die Türme oder in den bodengestützten Speichertank pumpen. Die Wassertürme haben unterschiedliche Höhen, sodass ein motorgetriebenes Ventil am Boden jedes Turms bei einem einstellbaren Turmpegel schließt (um die Überfüllung des Turms zu verhindern) und nicht wieder öffnet, bis der Systemdruck auf einen einstellbaren Druck gefallen ist. Jedes RTU-Terminal setzt immer, wenn ein Alarmzustand, eine Nachricht an die Master-SPS ab, und die InduSoft-Anwendung sendet dann per E-Mail Textnachrichten an von den Benutzern einstellbare Telefonnummern. Die RTU-Alarmzustände umfassen geöffnete Klappen, nicht autorisiertes Eindringen (definiert durch Ereignisse, die den Alarm beim Eindringen nicht löschen können), Start/Stopp-Fehler von Pumpen, Positionsfehler von Ventilen, SPS-Fehler und Kommunikationsfehler. Die Anwendung verwendet historische Trenddaten für alle Wasserturm- und Tankpegel. Dieses sehr zweckmäßige Tool unterstützt die Bediener bei der Suche nach Ursachen für Funktionsstörungen des Systems. Die gesamten Betriebszeiten der Pumpen und die summierten Durchflusswerte werden ebenfalls für Wartungs- und Reportzwecke gespeichert.

InduSoft Web Studio verwendet Sicherheitsmerkmale wie Benutzernamen und Passwort, um den Zugang auf die Benutzer einzuschränken, die zur Ansicht dieser Werte autorisiert sind. Die Benutzer melden sich ab, wenn sie die Anwendung nicht verwenden, und sie müssen sich anmelden, um beliebige andere Merkmale zu aktivieren, die über die einfache Ansicht hinausgehen. Der Web Thin Client erfordert eine Systemanmeldung für den Zugriff auf beliebige Systemteile.

 

Resultat

Nach der Umrüstung arbeiteten alle Systemfunktionen problemlos. Ein Hauptvorteil des neuen Systems ist die verbesserte Betriebszeit. Wenn das alte System nach normalem Geschäftsbetrieb wegen Speicherfehlern ausfiel, musste eine Bedienperson das System manuell betreiben, bis das SCADA-System erneut gestartet bzw. repariert werden konnte. Dadurch musste die Gemeinde mehr Überstunden als geplant bezahlen. In den Worten von Gordon Hillock der Lubbock Electric Co.: „Das InduSoft-System ist viel zuverlässiger und konsequenter. Die Stadt Wolfforth wird sich auch bei neu aufkommenden Projekten für InduSoft entscheiden. Lubbock Electric Co. hat diese Anwendung als Mustervorlage für die Entwicklung anderer städtischer Wasser- und Abwasserprojekte sowie auch für andere Bereiche wie z. B. für die Salzwasserentsorgung in der Ölindustrie und für die Einlagerung von Lebensmitteln verwendet". Die InduSoft-Anwendung für die Stadt Wolfforth wurde seit der Installation mehrmals erweitert und abgeändert.

Gordon Hillock fügt hinzu: „Die Stadt Wolfforth war seit der Nachrüstung des alten Systems durch InduSoft Web Studio mit der SCADA-Systeminstallation sehr zufrieden. Die Betriebszeit des Systems und die verringerten Überstunden und Rechenzeiten sind ein großer Vorteil. Neue Bediener konnten das System dank des intuitiven Designs und der einfachen Navigation durch die Bildschirmmasken schnell erlernen. Die zuverlässigen Alarmmeldungen stärkten das Vertrauen der Bediener in das System, die daraufhin alle in der Anwendung konzipierten Systemmerkmale eingesetzt haben.“


Abbildung 4: Die Anwendung ermöglicht den Bedienern das manuelle oder automatische Schalten der Turmventile.

 


Nähere Informationen erhalten Sie über Ihren örtlichen Distributor oder direkt von InduSoft über info@indusoft.com.de.

 

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