Automatisierung der Wasseraufbereitungsanlage in Indonesien | SENTRADO
Eine detaillierte Fallstudie zur Automatisierungslösung von SENTRADO, die messbare Ergebnisse für Wasseraufbereitungsanlagen in Indonesien liefert.
Projekthintergrund und -ziele
Ein regionales Wasserversorgungsunternehmen in Indonesien beauftragte SENTRADO mit der Modernisierung der Automatisierungssysteme in seiner Hauptwasseraufbereitungsanlage, die über 500.000 Einwohner in mehreren Gemeinden mit Trinkwasser versorgt. Die in die Jahre gekommene Infrastruktur, die ursprünglich in den frühen 2000er Jahren installiert wurde, stützte sich auf manuelle Überwachung und lokale Regelkreise, die ständige Aufmerksamkeit der Bediener vor Ort erforderten und nicht schnell auf Änderungen der Rohwasserqualität oder des Bedarfs reagieren konnten.
Der Aufbereitungsprozess umfasst die Rohwasserentnahme, Vorchlorung, Koagulation und Flockung, Sedimentation, Schnellsandfiltration, Aktivkohleadsorption, pH-Wert-Korrektur, Desinfektion und Hochförderung in das Verteilnetz. Die Herausforderung für SENTRADO bestand darin, all diese Stufen zu automatisieren und gleichzeitig eine ununterbrochene Wasserversorgung während der gesamten Modernisierungsphase sicherzustellen – eine Vorgabe, die die öffentliche Gesundheit und den Brandschutz für das gesamte Versorgungsgebiet betraf.
Das Projekt erforderte zudem die Implementierung einer Fernüberwachung, damit das Management des Versorgers den Anlagenbetrieb aus der Zentrale steuern konnte. Dies reduzierte den Bedarf an 24-Stunden-Personal vor Ort in der Aufbereitungsanlage, während gleichzeitig strenge Wasserqualitätsstandards eingehalten wurden.
Zu lösende Probleme
1. Veraltete manuelle Infrastruktur
Die ursprüngliche Anlage war mit analogen Schalttafelmessgeräten, manueller Ventilbetätigung und lokalen Einzelkreisreglern ausgestattet. Das Bedienerpersonal musste die Anlage alle zwei Stunden zu Fuß abgehen, um Messwerte abzulesen und Einstellungen vorzunehmen. Dies führte zu verzögerten Reaktionen auf Schwankungen der Wasserqualität und einer inkonsistenten Aufbereitungsleistung.
2. Vorgabe zur kontinuierlichen Versorgung
Die Wasseraufbereitung ist ein 24/7-Betrieb, der nicht unterbrochen werden darf. Die Modernisierung musste erfolgen, während die Produktion von aufbereitetem Wasser auf der Auslegungskapazität gehalten wurde, ohne dass es während der Übergangsphase zu einer Beeinträchtigung der Wasserqualität kam.
3. Variable Rohwasserqualität
Das Oberflächenwasser des Quellflusses unterliegt erheblichen saisonalen Schwankungen bei Trübung, pH-Wert und organischem Gehalt – insbesondere während der Monsunzeit. Das bestehende manuelle Chemikalien-Dosiersystem konnte nicht schnell genug reagieren, sodass gelegentlich Wasser aufbereitet wurde, das gerade noch die behördlichen Grenzwerte erfüllte.
4. Hohe Energiekosten
Die Hochdruckpumpen liefen mit fester Drehzahl und wurden über Drosselventile geregelt, was in Zeiten geringer Nachfrage zu erheblicher Energieverschwendung führte. Der Versorger forderte eine VFD-Steuerung, um die Pumpenleistung an die tatsächliche Nachfrage im Verteilungsnetz anzupassen.
5. Fehlende Fernüberwachung
Ohne SCADA hatte das Management des Versorgers keine Echtzeit-Transparenz über den Anlagenstatus. Operative Entscheidungen basierten auf täglichen Papierberichten, was die Reaktion auf abnormale Zustände verzögerte und die Leistungsoptimierung erschwerte.
Unser Ansatz & Systemarchitektur
SENTRADO implementierte ein modernes, SPS-basiertes SCADA-System, das auf einer Siemens S7-1500 Steuerung mit dezentralen ET 200SP I/O-Stationen in der gesamten Anlage basiert. Das Steuerungsnetzwerk nutzt PROFINET mit Managed Switches. Alle Feldinstrumente wurden auf intelligente Messumformer mit HART-Kommunikation für Ferndiagnose und Kalibrierung umgerüstet. Das System automatisiert die Chemikaliendosierung auf Basis von Streaming-Current-Detektor (SCD)-Rückmeldungen für die Flockungsmitteldosierung, Restchlor-Analysatoren für die Desinfektionssteuerung und pH-Analysatoren für die Säure- und Laugendosierung.
VFD-Schaltschränke wurden für alle sechs Hochdruckpumpen und vier Rückspülpumpen installiert. Dies ermöglicht einen drehzahlgeregelten Betrieb, der von der SPS auf Basis der Drucksollwerte im Verteilnetz und des Füllstands im Reinwasserbehälter gesteuert wird. Dadurch wird die Energieverschwendung durch Drosselventilregelung vermieden und ein Sanftanlauf realisiert, der die mechanische Belastung von Pumpen und Rohrleitungen reduziert. Der Pumpenoptimierungsalgorithmus wechselt die Haupt- und Nebenpumpen-Zuweisungen, um den Verschleiß gleichmäßig zu verteilen, und staffelt die Pumpen automatisch bedarfsgerecht.
Das WinCC SCADA-System bietet eine vollständige grafische Übersicht des Aufbereitungsprozesses mit Echtzeit-Trendaufzeichnung, Alarmmanagement und automatisierten behördlichen Berichten. Ein sicheres, webbasiertes Fernzugriffsportal ermöglicht es autorisiertem Personal, den Anlagenstatus ortsunabhängig anzuzeigen, Alarme zu quittieren und Sollwerte mittels Zwei-Faktor-Authentifizierung anzupassen. Das System umfasst eine automatisierte Filterrückspülsequenz auf Basis von Druckverlust und Trübungsdurchbruch, wodurch der Spülwasserverbrauch optimiert und gleichzeitig die Filterleistung aufrechterhalten wird.
Highlights der Systemarchitektur
- Siemens S7-1500 Steuerung mit dezentralen ET 200SP I/O-Stationen
- Automatisierte Chemikaliendosierung mit SCD- und Restchlor-Rückmeldung
- VFD-Steuerung für alle 10 Pumpen mit druckbasierter Drehzahlregelung
- Intelligente HART-Messumformer für Ferndiagnose und Kalibrierung
- WinCC SCADA mit webbasiertem Fernzugriff und 2FA-Sicherheit
- Automatisierte Filterrückspülsequenz basierend auf Druckverlust/Trübung
- PROFINET-Steuerungsnetzwerk mit Managed Switches
- Automatisierte Berichterstattung zur Einhaltung behördlicher Vorschriften
Systemparameter & Konfiguration
| Steuerungssystem | Siemens SIMATIC S7-1500 |
| Steuerung | 1 × CPU 1515-2 PN |
| Gesamtzahl der E/A-Punkte | 680+ (AI: 120, AO: 40, DI: 380, DO: 140) |
| Kommunikationsprotokoll | PROFINET / HART / Modbus TCP |
| HMI / SCADA | WinCC RT Advanced — 2 OS + Web-Client |
| Schaltschränke | 4 × IP54 mit Kühlung |
| Frequenzumrichter-Schaltschränke | 10 × ABB ACS580 (7.5kW–132kW) |
| Pumpensteuerung | 6 Hochdruckpumpen + 4 Rückspülpumpen mit Frequenzumrichter |
| Stromversorgung | 400V 3-phasig, 50Hz |
| Fernzugriff | Sicheres Webportal mit 2FA |
| Chemikaliendosierung | Automatisierte Flockungsmittel-, Chlor- und pH-Wert-Regelung |
| Systemverfügbarkeit | 99.5% |
Hauptkomponenten & Hardware
Siemens CPU 1515-2 PN
6ES7515-2AM01-0AB0
Zentrale Anlagensteuerung
ET 200SP I/O
6ES7155-6AU01-0BN0
Dezentrale E/A-Stationen
WinCC RT Advanced
6AV2104-0DA06-0AA0
SCADA mit Web Navigator
ABB ACS580 Frequenzumrichter
3ABD00036842-D
Frequenzumrichter für Pumpen
SITRANS LUT400
7ML5050-0AA22-1DA0
Ultraschall-Füllstandsmessgerät für Reinwasserbehälter
SITRANS P220
7MF0300-1TE01-5AF2
Druckmessumformer für die Pumpensteuerung
SCALANCE XC216
6GK5216-0BA00-2AC2
Managed PROFINET Switch
HACH CL17 Analyzer
8572100
Online-Analysator für Restchlor
Projektphasen
Detailplanung
4 WochenE/A-Liste, Steuerungskonzept, Netzwerkdesign
Schaltschrankbau
4 Wochen4 Steuerungs- und 10 Frequenzumrichter-Schaltschränke gefertigt und getestet
Softwareentwicklung
6 WochenSPS, SCADA, Dosieralgorithmen, Berichte
FAT
1 WocheVollständige Simulation mit den Ingenieuren des Versorgungsunternehmens
Gestaffelte Installation
6 WochenInstallation parallel zum Altsystem, Bereich für Bereich
Inbetriebnahme
4 WochenNassprüfung, Reglerabstimmung, Frequenzumrichter-Optimierung
Schulung & Übergabe
2 WochenBedienerschulung, Dokumentation, SAT
Messbare Resultate
Leistungsdaten nach Systeminbetriebnahme und Dauerbetrieb verifiziert.
Kontinuierlicher automatisierter Betrieb
Fernüberwachung reduzierte den Personalbedarf vor Ort
Optimierung der Pumpensteuerung durch Frequenzumrichter
Präzise automatische Dosierung
Vorher vs. Nachher: Quantifizierter Vergleich
| Kennzahl | Vorher | Nachher | Veränderung |
|---|---|---|---|
| Systemverfügbarkeit | ~95 % (manueller Eingriff) | 99,5 % automatisiert | +4,5 Punkte |
| Bediener vor Ort | Volle Schichtbesetzung (8+) | 50 % Reduktion durch Fernüberwachung | −50% |
| Energieverbrauch | Ausgangszustand (Pumpen mit fester Drehzahl) | 25 % Einsparungen durch Frequenzumrichter-Steuerung | −25% |
| Chemikaliendosierung | Manuell, ungenau | 30 % weniger Chemikalien durch automatische Dosierung | −30% |
| Reaktion auf Alarme | 30+ Minuten | Sofortige Fernalarme | Echtzeit |
Daten basieren auf den Inbetriebnahmeberichten des Projekts und kontinuierlichen Betriebsmessungen. Der Kundenname ist unter NDA verfügbar.
Wirtschaftliche Gesamtauswirkungen
Das gelieferte Automatisierungssystem übertraf alle im Vertrag festgelegten Leistungsziele und erzielte im Vergleich zum Ausgangsbetrieb einen höheren Durchsatz, einen geringeren Energieverbrauch und eine verbesserte Produktqualität. Der Kunde meldete eine vollständige Amortisation der Investition innerhalb des prognostizierten Amortisationszeitraums und hat SENTRADO seitdem mit weiteren Phasen der Anlagenerweiterung beauftragt.
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