Messtechnik So behält eine Brunnenvisualisierung Mineralwasser im Auge

Autor / Redakteur: Christina Scheer* / Sariana Kunze

Der Mineralwasserabfüller Förstina Sprudel behält 14 Brunnen mit einer modernisierten Brunnenvisualisierung im Blick. Dabei überwacht ein Automatisierungssystem in Kombination mit Software, Füllstandssensoren und Leitfähigkeitssensoren die Reinheit und Qualität des Mineralwassers.

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Der Mineralwasserabfüller Förstina Sprudel setzt bei seiner Brunnenvisualisierung auf Messtechnik von Jumo.
Der Mineralwasserabfüller Förstina Sprudel setzt bei seiner Brunnenvisualisierung auf Messtechnik von Jumo.
(Bild: CC0 Public Domain, pixabay.com)

Wasser ist lebensnotwendig. Mehr als 50 Prozent des menschlichen Organismus besteht daraus. Um den Flüssigkeitshaushalt eines Erwachsenen richtig zu regulieren, sollte laut Experten eine Mindestmenge von 1,5 Liter Wasser pro Tag getrunken werden. Besser wäre jedoch ca. 1 ml Wasser pro 1 kcal zu sich zu nehmen. Bei 2.500 kcal am Tag ergibt dies eine empfohlene Wassermenge von 2,5 Liter. Ein wichtiges Instrument für die Regulierung des menschlichen Flüssigkeitshaushaltes ist das Mineralwasser, denn es versorgt den Körper nebenbei noch mit wichtigen Mineralstoffen und Spurenelementen. Einer der Top 20 deutschen Mineralbrunnenbetriebe bezieht sein Wasser aus 14 Brunnenanlagen unmittelbar an der Grenze zum Biosphärenreservat Rhön. Förstina Sprudel aus Eichenzell legt dabei sehr großen Wert auf die Reinheit und Qualität der firmeneigenen Mineralquellen. Das Wasser wird aus drei unterschiedlichen benachbarten Mineralwasserschichten gewonnen und direkt am Quellort abgefüllt. Die Förderung des Wassers wird dabei ständig mit einer Brunnenvisualisierung überwacht und kontrolliert. Nun wurde die alte Anlage aus Kapazitätsgründen modernisiert. Förstina Sprudel beauftragte hierfür den Messtechnikspezialisten Jumo aus dem benachbarten Fulda. Die neue Anlage sollte alle 14 Brunnen abdecken, mehr Flexibilität bieten und nachträglich weitere Brunnen anbinden können. Ein weiteres Ziel der Modernisierung war eine umweltfreundliche und nachhaltige Produktion, welche eine möglichst schonende Nutzung der Quellvorkommen ermöglicht. Um den gesetzlich vorgeschriebenen Nachweis gegenüber den zuständigen Behörden zu erbringen, kann Förstina mit dem neuen Automatisierungs- und Visualisierungssystem alle notwendigen Daten erfassen und übermitteln. So zum Beispiel auch Angaben für Entnahmemengen aus dem Tiefenwasser und Förderraten zur Brunnenabsenkung.

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Pegelsonde überwacht den Wasserstand

Mit dem Automatisierungssystem Jumo Mtron T, der Visualisierungssoftware SVS 3000 und den Füllstands- und Leitfähigkeitssensoren werden aus den bis zu 4 km entfernten Brunnenanlagen folgende Werte an den Hauptserver übertragen: Die Gesamtentnahme in m3, die Förderleistung in m3/h, den Wasserstand in m, die Leitfähigkeit in µS/cm und die Betriebsstunden. Weitere Digitalwerte, wie die Anforderung von Tank, Pumpen-Betrieb und Pumpen-Störung, werden ebenfalls angezeigt.

Die eingesetzte Pegelsonde, Jumo Maera S28, erfasst in den Brunnenanlagen den Wasserstand über den hydrostatischen Druck. Die Pegelsonde kann dabei Füllhöhen von 0 ... 2,5 mWS bis 0 ... 100 mWS (Wassersäule) erfassen. Bei der Ermittlung der Füllhöhe gilt es zu berücksichtigen, dass jede Flüssigkeit eine temperaturabhängige Dichte aufweist. Diese Daten sind in Tabellenwerken dargelegt. Das Ausgangssignal gibt einen Mindeststrom von 4 mA aus, wodurch indirekt der Stromkreis einfach auf einen Kabel- und Leitungsbruch hin überwacht werden kann. Der integrierte Überspannungsschutz verhindert bei Blitzeinschlag eine Zerstörung der Pegelsonde. Das Kernstück der Pegelsonde stellt eine piezoresisitive Messzelle dar, die mit einer hohen Überlastfestigkeit und Langzeitstabilität sicher und zuverlässig arbeitet.

Das Mineralwasser wird mittels Pumpen von den Brunnen direkt in die Förstina-Abfüllanlage gefördert und dort als erstes einer Leitfähigkeitsmessung unterzogen. Die Leitfähigkeitsmessung an dieser Stelle ist einer Wareneingangskontrolle gleichzusetzen. Der Leitfähigkeitswert ist von der Mineralisation abhängig. Je mehr Mineralien vom Wasser bei seiner Bildung/Entstehung gelöst werden, umso höher ist der Leitfähigkeitswert. Die Mineralisation ist abhängig von den jeweiligen Gesteinsschichten, welche es im Laufe der Zeit durchläuft. Für die Messung der Leitfähigkeit wird bei Förstina ein Leitfähigkeitssensor, Jumo CTI-750, in Edelstahlausführung verwendet. Die integrierte Temperaturmessung ermöglicht dabei eine exakte und schnelle Temperaturkompensation, die bei der Messung der Leitfähigkeit von Bedeutung ist. Zusätzliche Funktionen, wie zum Beispiel die kombinierte Umschaltung von Messbereich und Temperaturkoeffizient, ermöglichen den optimalen Einsatz auch bei CIP-Prozessen. Zwei integrierte Schaltausgänge können frei zur Grenzwertüberwachung von Leitfähigkeit/Konzentration und/oder Temperatur programmiert werden. Die Bedienung erfolgt entweder über eine Folientastatur und Klartext-Grafikdisplay oder über ein PC-Setup-Programm. Durch einfaches Drehen des Gehäusedeckels ist ein Ablesen des Displays sowohl bei Montage in senkrecht oder waagerecht laufenden Rohrleitungen möglich.

Daten in Echtzeit visualisieren und austauschen

Das Herzstück der neuen Brunnenvisualisierung ist das Automatisierungssystem Jumo Mtron T. Das System besteht hier aus der Zentraleinheit, Analog-Eingangsmodulen und digitalen I/O Modulen. Zur Visualisierung werden alle erfassten Werte auf eine Software übertragen. Das Programm ist eine windowsbasierte Visualisierungssoftware, die speziell für den Anschluss von Jumo-Geräten vorgefertigte grafische Elemente in einer Bibliothek enthält. Dadurch vereinfacht sich die Applikationserstellung, das Konfigurieren der Anlage und die Projektierung der Software. Die aufgenommenen Daten können als Echtzeit- oder historischer Trend visualisiert werden. Protokollierungsfunktionen mit chargenbezogener Protokollauswertung archivieren die Daten anschließend in einem frei einstellbaren Zeitraum. Über ein bestehendes PC-Netzwerk kann die Software Anlagendaten zwischen PCs austauschen. Pro PC können somit voneinander unabhängige Protokolle aufgezeichnet werden. In einem PC-Netzwerk können von max. 100 Anlagen die Protokolle eingesehen werden. Pro Anlage stehen ein Protokoll, Rezepte, Gruppenbilder, acht Wochenzeitpläne (Timetables) sowie 16 Trendbilder zur Verfügung.

Alle erfassten Messwerte, wie zum Beispiel der Füllstand der Brunnen und die Leitfähigkeitswerte des Wassers, aber auch der Durchfluss, werden von dem Automatisierungssystem erfasst und über Ethernet an die Visualisierungssoftware weitergegeben. Hier ist es nun möglich, eine eigene Gestaltung der Benutzeroberfläche vorzunehmen. Darüber hinaus kann jederzeit ein weiterer Brunnen in Betrieb genommen werden. Und es können im Hinblick auf die zuständigen Aufsichtsbehörden wichtige Werte, wie die Entnahmemenge und die Förderraten, erfasst und dokumentiert werden. Falls es zu einer Störung im System kommt (zum Beispiel an einer Pumpe), dann kann über das Automatisierungssystem und die Ethernetanbindung ein Alarm generiert werden, der beispielsweise auch per Email oder SMS verschickt werden kann.

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Modernisierte Brunnenvisualisierung schafft weitere Kapazitäten

Durch die Modernisierung wurden bei Förstina weitere Kapazitäten geschaffen. Alle notwendigen Messwerte werden nun von einem Automatisierungssystem erfasst und dokumentiert, wodurch unter anderem eine optimale Brunnenauslastung gewährleistet wird. Die eingesetzte Visualisierungssoftware bietet dabei eine genau auf den Benutzer zugeschnittene Bildschirmdarstellung, die zum Beispiel auch die Füllstände der Brunnen visualisiert.

* *Christina Scheer, Branchenmanagerin Pharma & Food, Jumo

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