cav MESSESPECIAL Industrie 4.0 erobert den Chemiepark Bitterfeld-Wolfen Abwassermanagement nutzt digitale Konzepte Die Digitalisierung in der Wasserwirtschaft ist ein derzeit heiß diskutiertes Thema, das viele Fragen aufwirft. Wie lassen sich Konzepte und Strategien des Themen - feldes Industrie 4.0 fürdie Wasserwirtschaft nutzbar machen? Und welche Vorteile ergeben sich daraus? Der vorliegende Beitrag greift diese Fragestellungen am Beispiel des Abwassermanagements des Chemieparks Bitterfeld-Wolfen auf und zeigt, wie Wasserwirtschaft 4.0 aussehen kann. Der Chemiepark Bitterfeld-Wolfen ist mit einer Gesamtfläche von ca. 1200 ha und etwa 11 000 Beschäftigten einer der größten Chemiestandorte in Deutschland. Von den insgesamt ca. 360 ansässigen Unternehmen sind etwa 50 Unternehmen Chemiebetriebe des produzierenden Gewerbes. Die Chemiepark Bitterfeld-Wolfen GmbH bietet als Standortgesellschaft den Unternehmen alle für den Betrieb erforderlichen Infrastrukturdienstleistungen an. Entsorgungsseitig wird sie von zwei Beteiligungsgesellschaften, dem Gemeinschaftsklärwerk und der Thermischen Restabfallbehandlungsanlage, unterstützt. Der Dienstleistungsbereich „Netze“ versorgt die ansässigen Unternehmen mit Trink- und Brauchwasser, entsorgt das anfallende Rein- und Schmutzabwasser entsprechend den geltenden Auflagen und verantwortet die Instandhaltung der Leitungen. Grundsätzliche Anforderungen Je nach Herkunftsbereich können sich die zu entsorgenden Abwässer hinsichtlich der Inhaltsstoffe, der jeweiligen Konzentrationen und des Abwasseranfalls stark unterscheiden. Umso wichtiger ist es, die Abwassergebühren betriebs- und produktionsspezifisch und damit verursachergerecht zu erheben. Die Chemiepark Bitterfeld-Wolfen GmbH ermittelt die Abwasserentgelte der einleitenden Betriebe. Hierfür ist ein Abwassermanagement aufgebaut, das die Überwachung und Bewertung der relevanten Abwasserströme an repräsentativen Messpunkten des Abwassernetzes, die Erfassung, Auswertung und Dokumentation der erforderlichen Daten vornimmt. Das Abwasserentsorgungsnetz ist flächendeckend mit Bild: Punctum, Bertram Kober Einer der Stützpfeiler des Abwassermanagements am Standort Bitterfeld-Wolfen ist das Gemeinschaftsklärwerk 14 cav 05-2018
Bild: Endress+Hauser Bild: Endress+Hauser Probenahme- und Analysestation fürdie Überwachung der Schmutz - abwassereinleitungen in das Abwassernetz des Chemieparks Begehbarer Messcontainer fürdie Überwachung der Gewässereinleitung Arbeitsplatzattraktivität, nur sehr schwer umsetzen. Hinzu kommt der mitunter hohe Aufwand für Außeneinsätze zum Zweck der visuellen Inspektion der Feldgeräte, händische Probenahme oder Wartung. Manuelle Dokumentation und die damit verbundene, unvermeidbare Fehleranfälligkeit limitierten die Möglichkeiten, das Abwassermanagement hinsichtlich Effizienz und Effektivität zu verbessern. Die langjährigen Betriebserfahrungen, synergetisch verknüpft mit den Fortschritten der Digitalisierung, Informations- und Kommunikationstechnologie, zeigen die Möglichkeiten auf, wie die Leitgedanken von Wasserwirtschaft 4.0 den Betrieb optimieren können. Einige der Optimierungspotenziale und Merkmale von Wasserwirtschaft 4.0 sind unter anderem ein digitalisiertes und einfach erweiterbares Datenmanagementsystem, eine Vereinheitlichung der Datenstruktur und die Visualisierung von Messwerten, Kennzahlen, Statusmeldungen. Im Zuge von Modernisierungsmaßnahmen wurde schließlich ein digitalisiertes wasserwirtschaftliches Informationssystem aufgebaut, das diese Anforderungen in die Praxis umsetzt. Der Lösungsansatz bestand in der digitalen Verknüpfung der Probenahmeund Analysestationen und Entwicklung einer Softwarelösung zur nachgeschalteten Datenhaltung, Datenanalyse und Visualisierung von Prozessinformationen und Betriebskennzahlen. Dabei wurden grundlegende Hinweise zur Visualisierung und Auswertung von Prozessinformationen auf Abwasseranlagen sowie Aspekte der Betriebsderzeit 98 vollautomatischen Probenehmern ausgestattet, die je nach Messort mit zusätzlicher Messtechnik ausgerüstet sind. Typische Messparameter sind der pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Temperatur, der Sauerstoffgehalt und der Durchfluss. In der Praxis überwachen die Probenehmer Qualität und Durchfluss der Abwasserströme kontinuierlich und füllen ereignisorientiert sowie mengenproportional Rückstellproben ab. Der Grad der Verschmutzung wird im Labor analysiert und als Basiswert fürdie Berechnung der Abwasserentgelte herangezogen. Betriebliche Anforderungen Zur verursachergerechten Weiterverrechnung von Wasserbezug und Entsorgung müssen die Daten der Analyse- und Probenahmestationen gewonnen, abgerufen bzw. übertragen, ausgewertet und dokumentiert werden. Darüber hinaus dienen die Daten der Überwachung der Messgeräte und Probenehmer, damit ein möglichst störungsfreier Betrieb sichergestellt ist und im Bedarfsfall Maßnahmen zur Störungsbehebung eingeleitet werden können. Trotz dieser vielfältigen Aufgaben besteht kein Zweifel daran, dass die Geschäftsabläufe des Abwassermanagements auch ohne moderne digitale Infrastrukturen beherrschbar sind. Die Praxis der Vergangenheit hat dies jahrelang gezeigt. Allerdings lassen sich neben den eigentlichen Zielsetzungen, also Qualitätsüberwachung, Verursacherermittlung und Entgeltermittlung, weitergehende Ziele, wie Zeitersparnis, Einsparung von Betriebsmitteln und auch die Steigerung der analytik mit Prozessmesstechnik und automatischen Probenehmern berücksichtigt. Digitalisiertes Informationssystems Die Systemarchitektur der im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen implementierten Lösung ist recht einfach. Auf der Feldebene befinden sich die Probenahme- bzw. Messstationen, die über das Areal des Chemieparks verteilt sind. Sie sind über WLAN mit einem Industrie-PC des Chemieparks verbunden. Auf dem PC ist eine Private Cloud installiert, die über das Feldbusprotokoll Modbus/TCP alle Daten aus der Feldebene aufnimmt. Bei der Private Cloud handelt es sich um eine umfangreiche Webanwendung, die aus modularen Softwarekomponenten besteht. Mithilfe dieser Komponenten findet in der Cloud die Speicherung und Auswertung der Daten, die Koordination des Datenflusses sowie die Darstellung aufbereiteter Messdaten und Betriebsinformationen statt. Der Anwender greift über einen Webbrowser von seinem Arbeitsplatz auf diese Webanwendung zu. Innerhalb der Cloud sind im Wesentlichen drei Funktionsblöcke realisiert. Zunächst werden die Modbusdaten der Feldgeräte durch einen OPC-UA-Server in ein OPC- UA-Informationsmodell übersetzt und fürdie weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Mit einer für den Kunden entwickelten Integrationskomponente erfolgt die Ablage der Zustands- und Messdaten in eine sogenannte MongoDB (abgeleitet vom engl. humongous, „gigantisch“). Dabei handelt es sich cav 05-2018 15
