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wlb - Wasser, Luft und Boden 4/2015

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WASSER-/ABWASSERTECHNIK

WASSER-/ABWASSERTECHNIK Ex-geschützte Signalübertragung Kommunikationskonzepte für das Retrofit von Kläranlagen Sabrina Weiland, Andreas Grimsehl, Andreas Hennecke Automatisierungsszenarien bei der Modernisierung von Kläranlagen entscheiden über die geeignete Verbindung von Feld- und Leitebene. Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung, Punkt-zu-Bus-Kommunikation und durchgängige Feldbusinfrastruktur sind die drei grundsätzlichen Ausbaustufen einer Signalübertragung von der Feld- in die Leitebene. Bei der Steuerungstechnik kommt ein weiterer Punkt hinzu: der Explosionsschutz. Autoren: B. Sc. Sabrina Weiland, Produkt Marketing Managerin, Remote I/O Systeme und WirelessHART, Dipl.-Ing. Andreas Grimsehl, Produkt Marketing Manager Interface Technologie, Dipl.-Ing. Andreas Hennecke, Produkt Marketing Manager Feldbus, Pepperl+Fuchs, Mannheim ren oder Fördereinrichtungen; zum anderen aus der energetischen Verwertung der im Klärwerk auf natürliche Weise anfallenden Ressource Klärschlamm und dessen Umwandlung in Energie. Das hierbei entstehende Biogas kann im Klärwerk u. a. dazu genutzt werden, den Faulturm konstant zu beheizen und in Strom für die bereits erwähnten Aktuatoren umgewandelt zu werden. Überschüssige Energie kann zudem in das öffentliche Netz eingespeist werden. Aktuatorik, Automatisierungstechnik und Ex-Schutz Biogas als natürlicher Energielieferant, Biogas als Finanzierungsinstrument – steigende Energiepreise sowie politische, ökologische und ökonomische Forderungen nach Energieeinsparung und effizienter Ressourcenverwertung „befeuern“ das Thema also gleichermaßen. Damit eine effiziente Energiege- Was die Modernisierung von Kläranlagen betrifft, ist Deutschland einmal nicht der Vorreiter, sondern andere europäische Nachbarländer – allen voran die Niederlande. Dort sind mehr als 95 % der Kläranlagenbetreiber aktuell in Modernisierungsprojekte involviert. Kein Wunder, denn Experten schätzen, dass sich die Energiebilanz einer Kläranlage im Einzelfall um bis zu 60 % verbessern lässt. Das Optimierungspotenzial ergibt sich aus zwei Ansatzpunkten: Zum einen aus der Energieeinsparung durch den effizienteren Betrieb beispielsweise von Pumpen, Antrieben, Rotowinnung aber nicht von vorneherein verpufft, gilt es die Anlagen- und Automatisierungstechnik in Kläranlagen auf den neuesten Stand zu bringen. Immer mehr Betreiber stehen vor dieser Herausforderung. Die Anschaffung energieeffizienter Prozessaktuatorik ist die eine der zu treffenden Maßnahmen – die Investition in die richtige Automatisierungstechnik, die den prozesseffizienten Betrieb erst ermöglicht, die andere. Die Auswahl der geeigneten Sensor-/Aktor-, Steuerungs- und Signalübertragungstechnik im Rahmen der Modernisierung muss sich zudem an den gesetzlichen Vorgaben des Explosionsschutzes orientieren – denn in Kläranlagen gibt es mehrere Bereiche, in denen das Thema Ex-Schutz relevant ist. Neben dem Rechenhaus sind das alle Anlagenteile, in denen brennbare Gase entstehen, gespeichert und verbrannt oder als Verbrennungsenergie eingespeist werden. Insbesondere im Faulturm in dem explosionsfähiges Biogas entsteht, führt das brennbare Stoffgemisch zu explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 oder Zone 2. Entsprechendes gilt für Ein- und für Doppelfolien-Gasspeicher, in dem das Biogas vorgehalten wird: Auch hier entstehen z. B. in Revisionsöffnungen oder an den Über- bzw. Unterdrucksicherungen explosionsfähige Stoffgemische. Im Blockheizkraftwerk, in dem das Biogas über einen Verbrennungsmotor einen Generator antreibt, ist Ex-Schutz ebenfalls erforderlich. Kläranlagen, die bislang noch ihr Biogas ein- 14 wlb 4/2015

fach abfackeln und jetzt auf die Nutzung als Energie zur Eigenversorgung bzw. Einspeisung in das öffentliche Gasnetz umstellen wollen, haben daher einen zusätzlichen Bedarf an explosionsgeschützter Instrumentierung und Signalübertragungstechnik. Ex-geschützte Signalübertragung in drei Stufen In der Verfahrenstechnik stehen für die Signalübertragung zwischen Feld- und Steuerungsebene unterschiedliche Konzepte zur Verfügung. Je nach Umfeld haben Punktzu-Punkt-Verbindungen, Remote I/O, Feldbustechnik oder auch Mischformen ihre Berechtigung. Bei der Auswahl und Umsetzung der Topologie sind die Anforderungen u. a. an die Signalintegrität, die Migrationsfähigkeit, die Signalvorverarbeitung oder die Messwertgenauigkeit zu berücksichtigen. Zudem gilt es, den zu erwartenden Aufwand für Planung, Verdrahtung, Dokumentation sowie Inbetriebnahme zu betrachten. Letztlich bestimmt die Gewichtung der einzelnen Kriterien im konkreten Projekt, welches Konzept umgesetzt wird. Von Punkt zu Punkt: Die Interfacetechnologie Die Signalübertragung von Punkt zu Punkt ist eine nach wie vor sehr weit verbreitete Interface Technologie. Ihr großer Vorteil: Die transparente Zuordnung jedes Signals zu einer Klemme. Mit seinen eigensicheren Trennbarrieren und Signaltrennern bietet Pepperl+Fuchs das größte Portfolio dieser Art auf dem Markt – und damit vielfältige anwendungsorientierte Lösungsmöglichkeiten. Je nach Applikation kommen unterschiedliche Systeme zum Einsatz. Beim K-System erfolgt die Montage auf dem Power Rail, einer Hutschiene mit einem Einsatz für verdrahtungssparende Versorgung sowie Sammelfehlermeldung. Insbesondere für große Projekte mit Trennbarrieren ist das Termination Board basierte H-System ausgelegt; für kleinere Projekte mit Signalen aus dem nicht explosionsgefährdeten Bereich bietet das SC-System Signaltrenner für die Hutschienenmontage. Retrofit von Kläranlagen ohne Restriktionen bei der Signalübertragung – Interfacetechnologien tragen dazu bei, Abwasserreinigung technisch und wirtschaftlich zukunftssicher zu machen Von Punkt zu Punkt per Funk: WirelessHart Überall dort, wo schwer zugängliche Messstellen überwacht oder Verkabelungsaufwand reduziert werden sollen, bietet sich die drahtlose Signalübertragung per Funk an – Stichwort WirelessHart. Sie ermöglicht die drahtlose Kommunikation in die Feldebene – was insbesondere bei großer räumlicher Ausdehnung oder einer Vielzahl von Messpunkten den hohen Installationsaufwand einer festen Verkabelung vermeidet. Von Punkt zu Bus: Die Remote-I/O-Lösung Die Vorteile neuer Bustechnologien nutzen und dabei auf die Vorzüge der klassischen Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung nicht verzichten – diese Vorteile bieten Remote-I/O- Lösungen. Signale sammeln und senden heißt die Devise: Über einen seriellen Bus können konven tionelle Feldgeräte an die Steuerungsebene angekoppelt werden – auch, wenn die Remote-I/O-Module, die die Signale einsammeln, prozessbedingt oftmals in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 oder 2 installiert sind. Technologisch gesehen ist Remote-I/O somit eine Migrationsform zwischen der Interface- und der Feldbustechnik. Als Punkt-zu-Bus-Verbindung reduziert sie drastisch den Verdrahtungsaufwand vom Feld in den Schaltraum. Dies ist ein wesent licher Schritt hin zu mehr Transparenz in der Prozessautomatisierung, die nur noch durch eine durchgängige Inte gration von Feld- und Leitebene gesteigert werden kann. Signalmanagement per Feldbus: Field Connex Die Feldbusinfrastruktur Field Connex schafft mit ihrer durchgängig digitalen Datenübertragung in Echtzeit maximale Transparenz zwischen der Feldinstrumentierung und der Leitebene. Die für alle explosionsgefährdeten Bereiche zertifizierten Komponenten ermöglichen es, die Instrumentierung der Anlage von der Leitstelle aus komplett zu steuern und zu überwachen. Gleichzeitig bietet Field Connex umfangreiche, intelligente Diagnosefunktionalitäten für die eigentliche Feldbusinstallation. Ein Beispiel ist das Advanced-Diagnostic-Modul, das ein durchgängiges und zeitnahes Condition Monitoring der Feldbusphysik gewährleistet – und damit ein Höchstmaß an Verfügbarkeit der Feldbusinfrastruktur selbst. Wenn neben der Signalübertragungstechnik auch die Feldinstrumentierung modernisiert wird, bietet Pepperl+Fuchs die Kompetenz und die Produkte für eine wirtschaftliche, reibungslose Umstellung auf die digitale Technik. Fotos: Pepperl+Fuchs, Fotolia www.pepperl-fuchs.com HUBER-Technik pickt heraus was den Prozess stört Separationstechnik für beste Erträge Wirtschaftliche Biogaserzeugung aus unterschiedlichen Ressourcen gelingt mit der optimalen Auswahl der Aufbereitungs- und Nachbehandlungstechnologie. HUBER Maschinen- und Anlagentechnik zur: ➤ Grobstoff- / Störstoffabtrennung ➤ Sandabscheidung ➤ Gärrestaufbereitung ➤ Prozesswasserbehandlung info@huber.de www.huber.de WASTE WATER Solutions wlb 4/2015 15 Huber.indd 1 06.11.2015 14:01:36