Condition Monitoring: So sorgt es für eine sichere Wasserversorgung

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Wenn wir den Hahn aufdrehen, dann kommt Wasser heraus. Aktuelle Automatisierungstechnik und Condition Monitoring kann dabei unterstützen, dass dies so bleibt.

Condition Monitoring in der Praxis: Obwohl etwa zwei Drittel der Erdoberfläche von Wasser bedeckt sind, leidet ein ebenso großer Teil der Weltbevölkerung unter Wasserknappheit. Denn das Grundwasser ist aus unterschiedlichen Gründen zunehmend verunreinigt. Als Ergebnis ist Trinkwasser mangelnder Qualität weltweit die häufigste Ursache für Krankheiten. Ändern sich die derzeitigen Verbrauchstrends nicht, werden der Welt im Jahr 2030 nur noch 60 Prozent des benötigten Wassers zur Verfügung stehen.

Wasser für Südafrika

Die südafrikanische Midvaal Water Company sichert als Wasserversorger den Trinkwasserbedarf in einem Gebiet von rund 900 Quadratkilometern. Gelegen am Ufer des Flusses Vaal, bezieht das Unternehmen unbehandeltes Rohwasser und stellt es nach der Aufbereitung für Verbraucher bereit. Darüber hinaus erbringt Midvaal Betriebs-, Instandhaltungs- und Beratungsdienstleistungen für andere Wasseraufbereitungs- und Kläranlagen.

Condition Monitoring: Zeitgemäßes, einfaches System zur Fernüberwachung

Im September 2019 beschloss das Non-Profit-Unternehmen, eine seiner High-Lift-Pumpstationen zu modernisieren. Bislang waren Stationen wie diese mit analoger Sensorik und entsprechender Infrastruktur ausgestattet. Mark Richards, Maintenance Manager bei Midvaal, erklärt: „Um eine der in der Station befindlichen Pumpe an die SPS anzubinden, benötigte unser Techniker rund eine Woche, da sich die Verkabelung sehr aufwändig gestaltet. Zudem kann es aufgrund der zahlreichen Kabel schnell zu Anschlussfehlern kommen, was wiederum eine aufwändige Nacharbeitung zur Folge hat.“

Mit einem zeitgemäßen und einfacheren System wollte Midvaal die Pumpen und Motoren der High-Lift-Pumpstation nicht nur zuverlässig steuern, sondern auch aus der Ferne überwachen, um Wartungsbedarf frühzeitig erkennen und planen zu können – und so die Funktion und damit den Wert der Pumpstation langfristig zu sichern.

Insgesamt galt es in einem Pilot-Projekt, fünf Motor-Pumpe-Einheiten mit Steuerungs- und Überwachungssensorik nebst Infrastruktur auszustatten. Jede dieser Einheiten besteht aus einem 600 Kilowatt starkem Motor mit 3,3 Kilovolt Spannungsversorgung und einer Pumpe, mit Hilfe derer rund 43.000 Liter pro Minute einen Höhenunterschied von 60 Metern bewältigen. Darüber hinaus wurde ein System zur Zustandsüberwachung, eines zur Steuerung des Sumpffüllstandes und eine Lösung zur Drucküberwachung von Zulauf und Ablauf installiert.

Projektpartnerwahl für das Condition Monitoring

Mehrere Faktoren führten dazu, dass sich Midvaal bei der Projektumsetzung für ifm als Automatisierungspartner entschied. „Im Rahmen einer Messe hat ifm uns erstmals diese Lösung präsentiert und wir waren im Grunde gleich überzeugt.“, erklärt Richards. „Der deutlich reduzierte Verkabelungsaufwand, die Möglichkeit, die Daten per Ethernet an die Steuerung zu übermitteln, sowie die Speicherung der Datenhistorie in der Diagnoseelektronik haben wir als großen Mehrwert für uns erkannt. Noch dazu hat uns die Zusammenarbeit die Beauftragung eines externen Schwingungsexperten erspart, da ifm uns mit seinem Fachwissen bei der Implementierung voll und ganz unterstützt hat, etwa bei der korrekten Einstellung der Grenzwerte. Bis heute stehen uns die Experten von ifm mit ihrem Know-how in der Schwingungsdiagnose zur Verfügung, wenn wir Unterstützung bei der Auswertung der Datenhistorie benötigen.“

Gemeinsam mit dem Ingenieurbüro Wasterspec cc und den Systemintegratoren von APJ Automation setzten die Experten von ifm die Automatisierungs- und Conditon-Monitoring-Lösung um. Diese umfasst unter anderem Schwingungssensoren vom Typ VSA001, deren Daten von der Diagnoseelektronik VSE151 ausgewertet werden. Zusammen mit den Temperatursensoren stehen IT-seitig somit ausreichend Daten zur Verfügung, um kontinuierlich den Gesundheitszustand beziehungsweise den Wartungsbedarf von Motor und Pumpe im Blick zu halten.

Zusätzlich lassen sich mittels der Drucksensoren vom Typ PG2454 die Druckverhältnisse an Zulauf und Ablauf der Pumpe überwachen – sowohl per Fernauslesung als auch mittels Analoganzeige direkt vor Ort.

Die Druck- und Temperatursensoren sind mittels Standard-M12-Verbindungstechnik an einen IO-Link-Master angebunden. Dieser Master verfügt über eine EtherNet/IP-Schnittstelle, sodass die Daten zeitgleich an die SPS sowie in die IT-Ebene übermittelt werden. Gleiches gilt für die Daten der Schwingungssensoren, da die Diagnoseelektronik ebenfalls per EtherNet/IP-Schnittstelle direkt mit der SPS und der IT-Ebene kommuniziert.

Installationszeit um 80 Prozent auf eine Woche reduziert

Insbesondere dank des Einsatzes von IO-Link konnte der Aufwand zur Installation der Sensorik erheblich reduziert werden. Richards erläutert: „Mit der bisher verwendeten Festverdrahtung betrug die Installationszeit je Motor-Pumpen-Einheit etwa eine Woche, also fünf Wochen insgesamt. Mit der modernen Verdrahtungsstruktur, die vorwiegend auf IO-Link basiert, beträgt der Aufwand ebenfalls eine Woche – allerdings für alle fünf Pumpen.“

Neben der Zeitersparnis in der Installation kann heute auch die Zustandsüberwachung der Pumpenstation aus der Ferne erfolgen. Auch die Condition-Monitoring-Software stammt von ifm. „Somit haben wir vom Sensor über die Infrastruktur bis hin in die IT-Ebene ein durchgängiges System aus einer Hand. So können wir uns bei Fragen einzig an unseren Ansprechpartner bei ifm wenden – und werden bis heute schnell und kompetent beraten und betreut.“

Die Lösung zur Motor-Pumpen-Überwachung erfüllt die Anforderungen an eine vorausschauende Wartung, Online-Zustandsüberwachung, Steuerung des Sumpffüllstandes sowie Drucküberwachung von Zu- und Ablauf. Auch die Zeit für die Installation und Fehlersuche wird dank IO-Link und weniger Leitungsabschlüssen erheblich reduziert. All diese Faktoren tragen dazu bei, einen zuverlässigen Schutz wichtiger Komponenten von Motoren und Pumpen zu gewährleisten. Nicht ohne Grund ist die Midvaal Water Company heute sehr stolz auf das Erreichte und darauf, mit ihrer Anlage eine der innovativsten Pumpstationen Südafrikas zu besitzen.

Der Autor Philipp Erbe ist Technischer Redakteur bei ifm.

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