Digitales Informationssystem für biologische Abwasserreinigungsanlage

Die SAMSON AKTIENGESELLSCHAFT und die Infra­Serv GmbH Co. Wies­baden KG haben einen wichti­gen Meilen­stein im Rah­men ein­er Koop­er­a­tion für dig­i­tale Trans­fer­lö­sun­gen in Rich­tung ein­er Indus­trie 4.0 erre­icht. SAMSON ist ein Anbi­eter von Sys­tem- und Pro­duk­tlö­sun­gen für die Steuerung und Regelung von Medi­en aller Art mit mehr als 110 Jahren Kernkom­pe­tenz in der Stel­l­ven­til­tech­nik. Das Unternehmen beschäftigt sich inten­siv mit der Ein­bindung smarter Pro­duk­te in das „Inter­net der Dinge“ (Indus­tri­al Inter­net of Things / IIoT). Infra­Serv Wies­baden ist seit 1997 Stan­dort­be­treiber des zweit­größten hes­sis­chen Indus­trieparks in Wies­baden mit aktuell rund 75 Stan­dor­tun­ternehmen. Die Ver­sorgung mit Energien, die Abwasser­entsorgung und mod­erne Infra­struk­tur- und Indus­trie­di­en­stleis­tun­gen zählen zu den Kernaufgaben.
Als gemein­sames Pilot­pro­jekt ist mit dem Start ein­er strate­gis­chen Entwick­lungsko­op­er­a­tion im Okto­ber 2019 vere­in­bart wor­den, die Prozesse der Biol­o­gis­chen Abwasser­reini­gungsan­lage (BARA) im Indus­triepark zu opti­mieren. Das Pilot­pro­jekt startete Anfang 2020. Im Jan­u­ar 2021 wurde mit dem Abschluss der Projektphase1 ein bedeu­ten­der Meilen­stein erreicht.

Phase1: IIoT-basiertes Informationssystem

Mit Abschluss der Projektphase1 wurde das neu entwick­elte BARA-Infor­ma­tion­ssys­tem in den aktiv­en Betrieb­smodus geschal­tet. Grund­lage hier­für ist die IIoT-Plat­tform, die im Rah­men der Part­ner­schaft mit Infra­Serv Wies­baden pass­ge­nau weit­er­en­twick­elt wurde. Das neue Sys­tem ermöglicht eine weit­ge­hend automa­tisierte Erfas­sung und Bere­it­stel­lung von Infor­ma­tio­nen, die für den Anla­gen­be­trieb und für die Erfül­lung der von Behör­den­seite vorgeschriebe­nen Doku­men­ta­tion­spflicht­en benötigt wer­den. Die Dat­en wer­den mith­il­fe umfan­gre­ich­er Sen­sorik und Ana­lytik gesam­melt. Aktuell geht es um etwa 1.800 unter­schiedliche Mess­größen. Zur Erfas­sung auf der Plat­tform zählt auch der Daten­im­port von Ergeb­nis­sen eines angeschlosse­nen Ana­lytik-Labors bei Infra­serv Höchst. In das neue Infor­ma­tion­ssys­tem wur­den außer­dem die im Alt­sys­tem gespe­icherten Dat­en rück­wirk­end bis 2009 integriert.
Die im Sys­tem erfassten Dat­en zeich­nen sich durch eine wesentlich höhere Genauigkeit und Zuver­läs­sigkeit aus und sie erlauben die Ableitung präzis­er­er Kenn­zahlen. Die hochkom­plex­en Ver­fahrenss­chritte bei der biol­o­gis­chen Abwasser­auf­bere­itung lassen sich so wesentlich leichter und exak­ter analysieren. Aus­gewählte Para­me­ter wie die Schmutzfracht­en in den einzel­nen Ver­fahrensstufen kön­nen zudem über frei wählbare Zeit­strahle visu­al­isiert werden.
Das neue Sys­tem ermöglicht außer­dem die Erstel­lung eines dig­i­tal­en Betrieb­stage­buchs und die automa­tisierte Berichter­stel­lung für die Betrieb­sleitung wie auch für die Behör­den, denen die Überwachung der Anlage obliegt. Der BARA-Betrieb wird zusät­zlich erle­ichtert durch die automa­tisierte Pla­nung von Probeent­nah­men mit entsprechen­dem Etiket­te­naus­druck. Unterm Strich wird der Anla­gen­be­trieb schon mit Abschluss der Projektphase1 deut­lich effizienter.

„Als Indus­triepark­be­treiber sind wir dabei, neue dig­i­tale Kom­pe­ten­zen aufzubauen, um den Wan­del in Rich­tung ein­er dig­i­tal-ges­teuerten Indus­trie 4.0 mitzuge­hen. Es geht dabei um bessere Effek­tiv­ität und höhere Effizienz unser­er eige­nen Ver- oder Entsorgungsan­la­gen. Es geht eben­so um mod­erne Ange­bote für unsere Kun­den, denen wir langfristig attrak­tive Pro­duk­tions­be­din­gun­gen im Indus­triepark bieten möcht­en. Der Abschluss der ersten Phase des Pilot­pro­jek­ts für die dig­i­tale Steuerung unser­er Abwasser­reini­gungsan­lage ist ein großer Erfolg. Wir freuen uns sehr, mit SAMSON einen hoch-inno­v­a­tiv­en und ziel­stre­bi­gen Part­ner an unser­er Seite zu haben.“
— Jörg Kreutzer, Geschäft­sleit­er Infra­Serv Wiesbaden.

Phase 2&3: Digitale Datenanalyse und KI-basierte Prozesssteuerung

In der im Jan­u­ar 2021 ange­laufe­nen Phase2 des Pilot­pro­jek­ts ste­ht nun die Date­n­analyse hier im Vorder­grund. Mit dem Beginn der sys­tem­a­tis­chen Daten­er­he­bung wer­den vom Pro­jek­t­team Kenn­zahlen definiert und vom Sys­tem berech­net. Es geht um Kenn­zahlen, die für weit­erge­hende und der Prozes­sop­ti­mierung dienende Date­n­analy­sen herange­zo­gen wer­den. Sukzes­sive sollen in den kom­menden Monat­en immer mehr zusät­zliche Prozess­dat­en in das Infor­ma­tion­ssys­tem inte­gri­ert wer­den. So sollen beispiel­sweise auch neue Zusam­men­hänge zwis­chen den Stof­fzu­flüssen der Stan­dor­tun­ternehmen und den Betrieb­smit­telein­sätzen auf der BARA aufgedeckt werden.
Die Nutzung dieser Plat­tform bietet den grundle­gen­den Vorteil, dass sie unter­schiedlich­ste Daten­quellen ein­bezieht und mith­il­fe der neu pro­gram­mierten Schnittstellen eine wesentlich umfassendere „Con­nec­tiv­i­ty“ der Anlage bzw. des Sys­tems ermöglicht. Ent­ge­gen tradiert­er Com­put­er­sys­teme kön­nen zudem Zeitrei­hen­daten­banken erstellt wer­den, die eine leis­tungs­fähige Auf­bere­itung und Analyse der Dat­en inklu­sive vielfältiger Visu­al­isierung­sop­tio­nen bieten.
Im Laufe des ersten Hal­b­jahres 2021, so die Pla­nung, wird das Pro­jekt sukzes­sive in Phase3 überge­hen, bei dem es neben der Date­n­analyse auch bere­its in Rich­tung dig­i­tale Prozesss­teuerung geht. Hier­für sollen von den Pro­jek­t­part­nern selb­stler­nende KI-Algo­rith­men (Kün­stliche Intel­li­genz) entwick­elt und einge­set­zt wer­den, die Vorschläge für die verbesserte Anla­gen- und Prozesss­teuerung berech­nen. Per­spek­tivisch soll so schrit­tweise auf eine weit­ge­hend automa­tisierte Prozesss­teuerung umgestellt wer­den, wobei die ermit­tel­ten KI-Para­me­ter dann direkt einzelne Prozess­pa­ra­me­ter ansteuern.

Digitale Zwillinge & Pilotprojekt

Das Pilot­pro­jekt ist Bestandteil ein­er zeitlich nicht befris­teten Zusam­me­nar­beit für die gemein­same Weit­er­en­twick­lung für die Prozes­sop­ti­mierung und Anla­gen­s­teuerung. Das Unternehmen betreibt hier­für eine man­dan­ten­fähige IIoT-Plat­tform, mit der indus­trielle Anla­gen dig­i­tal­isiert, visu­al­isiert und automa­tisiert ges­teuert wer­den kön­nen, wobei über flex­i­ble Schnittstellen die Anbindung von kun­den­seit­i­gen Sys­te­men sowie externe Analy­se­tools ermöglicht wird. ISW entwick­elt und imple­men­tiert als Indus­triepark­be­treiber und Indus­trieser­vicean­bi­eter für Unternehmen inner­halb und außer­halb des Parks analoge und dig­i­tale Lösun­gen für diesen Auf­gaben­bere­ich, wobei dig­i­tale Ange­bote auf Grund­lage intel­li­gen­ter Date­n­analy­sen unter dem Pro­duk­t­na­men „KI Konzept“ ange­boten wer­den. Für ein Max­i­mum an Daten­sicher­heit erhal­ten Kun­den über das ISW-Rechen­zen­trum indi­vid­u­al­isierte Zugriffe auf die geschützte IIoT-Plattform.
Die Koop­er­a­tionspart­ner ver­fol­gen das Ziel, die Plat­tform gemein­sam weit­erzuen­twick­eln und auszubauen. Infra­Serv Wies­baden bringt hier­für die eigene Indus­trieer­fahrung sowie Pro­gram­mierungsaufträge für konkrete Steuerung­sprozesse für Eige­nan­la­gen wie im Falle der BARA oder für die Umset­zung von Kun­de­nan­forderun­gen in die Koop­er­a­tion mit ein. Im Ergeb­nis entste­hen „dig­i­tale Zwill­inge“ der betra­chteten Sys­teme, mit denen Sim­u­la­tio­nen von Anla­gen­s­teuerun­gen, Analy­sen von Energie- oder Waren­flüssen und Lösungsan­sätze für eine intel­li­gente, vorauss­chauende und kosten­ef­fiziente Instand­hal­tung von Anla­gen und Geräten für Indus­trie & Mit­tel­stand 4.0 ermöglicht werden.