Fit für die Zukunft

Indus­trie 4.0 ist all­ge­gen­wär­tig: ganz gle­ich, ob im Büro, zu Hause oder auf dem Weg zur Arbeit. Prozesse sind zunehmend miteinan­der ver­net­zt – und das über­all auf der Welt. Diese Entwick­lun­gen sind auch in der Wasser­wirtschaft spür­bar – ana­log spricht man von Wass­er 4.0. Schw­er­punk­t­the­men sind Dig­i­tal­isierungs- und Automa­tisierungstrends. Auch die Stad­ten­twässerung Stuttgart (SES) stand vor der Her­aus­forderung, das Prozessleit­sys­tem (PLS) des Kanal­net­zes zu erneuern und fit für die Zukun­ft zu machen –ME-Automa­tion Projects, ein Unternehmen der Mit­subishi Elec­tric Gruppe, hat mit Unter­stützung von Wago eine zukun­ftsweisende Lösung entwickelt.

Steigende Ansprüche an moderne Prozessleitsysteme

Schneller, trans­par­enter und effizien­ter: Prozesse sind auch in der Wasser­wirtschaft untere­inan­der immer mehr ver­net­zt und die Anforderun­gen steigen stetig weit­er. Das gilt auch für das Kanal­netz Stuttgart. Der Eigen­be­trieb Stad­ten­twässerung Stuttgart ist für das 1.685 Kilo­me­ter lange Kanal­sys­tem der Lan­deshaupt­stadt Stuttgart ver­ant­wortlich. Mit seinen 51 Regen­rück­hal­te­beck­en, 82 Regenüber­lauf­beck­en und 32 Abwasser­pump­w­erken ist das Kanal­sys­tem eines der größten in Deutsch­land. Die Her­aus­forderung: Über­al­terte Soft­ware und Prob­leme in der Beschaf­fung von Ersatzteilen ver­langsamten das gesamte Prozessleit­sys­tem der SES enorm. Das führte auch dazu, dass viel händis­che Arbeit geleis­tet wer­den musste. Schnell wurde klar, dass eine Mod­ernisierung des 25 Jahre alten Prozessleit­sys­tems nicht den steigen­den Ansprüchen in unser­er immer mehr ver­net­zten Welt aus­re­ichen würde. So entsch­ieden sich die Ver­ant­wortlichen bei der Stad­ten­twässerung Stuttgart für eine umfan­gre­iche Sanierung und den Aus­tausch des Prozessleit­sys­tems. Ini­ti­iert wurde deshalb das Pro­jekt für die Beschaf­fung eines mod­er­nen Prozessleit­sys­tems zur Daten­er­fas­sung und Fern­s­teuerung für das Kanal­netz und Son­der­bauw­erken. Aber welche smarten Lösun­gen gibt es am Markt, um die hohen Anforderun­gen zu erfüllen? Um sich einen genauen Überblick der ver­schiede­nen Lösun­gen zu machen, wurde eine umfan­gre­iche Mark­t­analyse durchgeführt.

Herr Geor­gios Doanoulakis, ver­ant­wortlich für das PLS-Sys­tem der SES Son­der­bauw­erke, erin­nert sich: „Um eine fundierte Entschei­dung tre­f­fen zu kön­nen, haben wir mit Hil­fe unseres Net­zw­erkes ver­schiedene Lösun­gen der Städte und Kom­munen vor Ort besichtigt. Im engen Erfahrungsaus­tausch mit den jew­eili­gen Ver­ant­wortlichen haben wir dann unsere Lösung herausgearbeitet.“

Die daraus resul­tierende öffentliche Auss­chrei­bung kon­nte ME-Automa­tion Projects mit dem unternehmen­seige­nen Prozessleit­sys­tem PMSX­pro und mit der Wago Fer­n­wirk­tech­nik für sich gewinnen.

Modernisierung des gesamten Steuerungssystems

„Ziel war, das gesamte Sys­tem zu har­mon­isieren und auf ein Niveau zu brin­gen. Gewach­sene Struk­turen soll­ten let­z­tendlich ein gemein­sames Sys­tem darstellen“, so fasst Michael Juch, Senior Sales Man­ag­er bei ME-Automa­tion Projects, die Aus­gangslage zusam­men. Herr Juch ist bere­its seit 2004 bei ME-Automa­tion Projects und ken­nt die Her­aus­forderun­gen kom­plex­er Lösun­gen im Infra­struk­turbere­ich. Ein Teil­bere­ich davon sind Kläran­la­gen, in diesem Fall das Stuttgarter Kanal­netz, welch­es umfassende Mod­ernisierungs­maß­nah­men benötigte.

Zurück auf Anfang

Die Anforderun­gen an das neue Prozessleit­sys­tem waren auf­grund der Kom­plex­ität und der nicht zu ver­nach­läs­si­gen­den ter­ri­to­ri­alen Aus­dehnung des Kanal­net­zes entsprechend hoch. Eine rück­wirkungs­freie und mod­u­lare Erweit­er­barkeit, welche den Investi­tion­ss­chutz des Kun­den sich­er­stellt, waren eben­so wie eine hochver­füg­bare und verteilte Leit­sys­temar­chitek­tur wichtige Kri­te­rien. Neben den tech­nis­chen Anforderun­gen war auch der Zeit­plan ambi­tion­iert, da die beste­hen­den Analogverbindung durch die Telekom sukzes­sive abgeschal­tet wer­den soll­ten und somit neue sichere Kom­mu­nika­tionsverbindun­gen etabliert wer­den mussten.

Ges­tartet wer­den sollte mit der Erneuerung des Prozessleit­sys­tems (1. und 2. Bauab­schnitt) für die ersten zwei beziehungsweise 40 von 500 Son­der­bauw­erken. Hierzu wurde zuerst die neue Prozessleit­ebene in der zen­tralen Betrieb­sleit­stelle errichtet und die Kom­mu­nika­tionsverbindung etabliert. Die Prozessleit­ebene beste­ht in der ersten Aus­baustufe aus Bedi­en­sta­tio­nen, einem redun­dan­ten Prozessserv­er, redun­dan­ten VPN-Routern zur Anbindung der Son­der­bauw­erke, einem IT-App­lika­tion-Serv­er für die sichere Kom­mu­nika­tion sowie einem Archivserver.

Gemeinsames Lösungskonzept zur Automatisierung

Welche Lösun­gen gibt es auf dem Markt? Und was müsste entwick­elt wer­den, um auf neue Anforderun­gen reagieren zu kön­nen? Diese Fra­gen ste­hen im Mit­telpunkt, um zukun­fts­fähig bleiben zu kön­nen, so auch in dem gemein­samen Pro­jekt von ME-Automa­tion Projects und Wago. Die Zusam­me­nar­beit zwis­chen den bei­den Unternehmen beste­ht schon seit mehreren Jahren und Herr Juch stellt zufrieden fest: „Die Wago Kom­po­nen­ten arbeit­en sehr zuver­läs­sig, sind kostengün­stig und die Erfahrungswerte sind sehr gut. Wir haben uns der eige­nen Leit­tech­nik bedi­ent und zusam­men mit der entsprechen­den Wago Hard­warekom­po­nente, dem mod­u­laren Wago‑I/O‑System, kon­nten wir das Kanal­netz (Bauab­schnitt 1 und 2) erfol­gre­ich mod­ernisieren.“ Und wie kon­nte das genau funk­tion­ieren? Entschei­dend war die ein­fache Anbindung der bau­seit­i­gen Automa­tisierungssys­teme und die sichere Datenüber­tra­gung an das Prozessleitsystem.

Dabei kon­nte das Wago‑I/O‑System mit der Vielzahl von Analo­gein­gangs-/-aus­gangskarten und Dig­i­talein­gangs-/-aus­gangskarten punk­ten. Darüber hin­aus ermöglicht die Vielzahl von Schnittstellen die Imple­men­tierung von Aggre­gat­en und Anla­gen­teilen inner­halb eines Bauw­erkes. Über den Fer­n­wirk­con­troller 750–880/025–001 erfol­gt die Anbindung an das Prozessleit­sys­tem PMSX­pro über das Fer­n­wirkpro­tokoll IEC 60870–5‑104. Die Lösung ist durch spezielle Appro­ba­tio­nen in vie­len Anwen­dungs­bere­ichen, auch unter schärf­sten Umge­bungs­be­din­gun­gen, sehr bewährt. Das Wago‑I/O‑System wird zusät­zlich zum Automa­tisierungssys­tem von ME-Automa­tion Projects auch als Remote I/O eingesetzt.

IT-Sicherheit und integrierte Analysemöglichkeiten

Sind die Dat­en sich­er und wer­den diese ver­schlüs­selt weit­ergegeben? In Hin­blick auf die Sicher­heit­san­forderun­gen in KRI­TIS-Anwen­dun­gen muss die Hard­ware beson­dere Kri­te­rien erfüllen. Wago bietet die Möglichkeit, die Ver­schlüs­selung der Dat­en direkt aus dem Con­troller über IPsec oder Open­VPN zu real­isieren. Darüber hin­aus kön­nen neben der inte­gri­erten Fire­wall auch weit­ere Ver­schlüs­selung­stech­nolo­gien auf Basis von Lin­ux imple­men­tiert wer­den. Die Steuerung kann somit gemäß den Anforderun­gen gemäß dem BDEW-White Paper und dem BSI-IT-Sicher­heit­skat­a­log einge­set­zt wer­den. Im konkreten Pro­jekt erfol­gt die Ver­net­zung über LTE- beziehungsweise DSL-Verbindun­gen. Zur Kom­mu­nika­tion wird Open-VPN und das Fer­n­wirkpro­tokoll gemäß IEC 60870–5‑104 genutzt. Eine Beson­der­heit bei der Stad­ten­twässerung Stuttgart ist die Nutzung ein­er bau­seit­i­gen CDA-Cloud zur Kom­mu­nika­tion mit dem Leitsystem.

Zudem wur­den inte­gri­erte Analyse- und Auswer­tungsmöglichkeit­en benötigt, um das Ver­hal­ten des Kanal­sys­tems, beispiel­sweise nach einem Starkre­genereig­nis, hin­sichtlich der Zu- beziehungsweise Abflüsse, Rück­stau, Fül­lungs­grad der Regen­rück­halte- und Regenüber­lauf­beck­en, nachvol­lziehen zu kön­nen. Ermöglicht wird dies durch das Prozessleit­sys­tem PMSX­pro von ME-Automa­tion Projects. Das Per­son­al erhält so die Möglichkeit für eine kon­tinuier­liche und dynamis­che Betra­ch­tung his­torisch­er Prozesszustände, visu­al­isiert mit ein­er Zeitraf­fer­funk­tion durch orig­i­nale Prozessbilder.

Fit für die Zukunft

Die Mod­ernisierung des Stuttgarter Kanal­net­zes ist ein stetiger Prozess, geplant ist die Automa­tisierung von bis zu 500 weit­eren Anla­gen im gesamten Stadt­ge­bi­et Stuttgart. Und eins ste­ht fest – Schritt für Schritt geht es gemein­sam ins Zeital­ter Wass­er 4.0