Fit für die Zukunft • WASSER & ABWASSER

Wasser 4.0 – Fit für die Zukunft WagoBild: Wago
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