Datenlogger So lassen sich Pumpwerke aus der Ferne überwachen

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Verteilte, vernetzte Messstellen dezentral zu erfassen und autark zu überwachen, um den Zustand ihrer Pumpwerke auch aus der Ferne stets im Blick halten zu können – diese Aufgabe hatten die Stadtentwässerungsbetriebe Ennepetal. Für das Monitoring setzen sie auf einen smarten Datenlogger von Delphin Technology.

Die Stadtentwässerungsbetriebe Ennepetal betreiben 18 Pumpwerke, welche über das gesamte Stadtgebiet verteilt sind. An den jeweiligen Stationen werden die Füllstände der Pumpensümpfe sowie die Betriebszustände der Pumpen überwacht. Jeweils zwei Pumpen werden über eine SPS im Wechselbetrieb angesteuert, um die Zu- und abflüsse im Gesamtsystem zu regulieren. Dies dient der Betriebssicherheit der Abwasserkanalsysteme und muss rund um die Uhr überwacht werden, um bei Störungen, etwa durch Verstopfungen, schnellstmöglich reagieren zu können. Bisher wurden die relevanten Daten via 3G-Mobilfunknetz an die Servicetechniker übertragen. Aufgrund der geplanten Abschaltung von 3G und dem Update auf LTE (4G) wurde die Messdatenerfassung mithilfe der Loggito Logger von Delphin Technology auf einen zukunftsfähigen Stand umgerüstet.

Autarke Messdatenerfassung dezentral am jeweiligen Pumpwerk

Um eine autarke Messdatenerfassung zu gewährleisten, wurde zunächst in jedem Pumpwerk ein Loggito Logger verbaut. Über seine universell nutzbaren Sensoreingänge wurden die erforderlichen Sensoren für Füllstände, Stromaufnahme, sowie für Betriebsdaten und Störmeldungen angeschlossen.

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Die erfassten Prozessdaten liefern in Kombination mit den internen Überwachungs- und Rechenkanälen sowie den Betriebsstundenzählern nicht nur eine Aussage über den aktuellen Zustand der Pumpwerke, sondern auch über den voraussichtlichen Zeitpunkt für eine Instandsetzung. Dies ermöglicht das Predictive Maintenance der Pumpwerke. Die Pumpen lassen sich so vorausschauend warten und Ausfallzeiten vorbeugen. Sämtliche Signale werden bereits im Loggito Logger vorverarbeitet, überwacht und gespeichert, bevor sie an den zentralen Datenserver weitergeleitet werden.

Interner Datenspeicher sorgt für mehr Sicherheit

Der Loggito Logger arbeitet PC-unabhängig mit internem Datenspeicher, was auch im Hinblick auf die Datenfernübertragung Datensicherheit gewährleistet. Falls es zu einem temporären Ausfall der Mobilfunkverbindung oder einer Störung beim zentralen Server kommen sollte, lassen sich sämtliche erfassten Daten im internen Datenspeicher ablegen. Sobald wieder Verbindung besteht, wird die Datenfernübertragung an den Server vollautomatisch und ohne Eingriff durch den Anwender fortgesetzt. Es gehen somit keine Daten verloren und die Messdatenbank auf dem Server wird lückenlos gefüllt.

Monitoring @ the edge

Durch die autarke Vorverarbeitung, Überwachung und Analyse aller Signale mit den Loggito Loggern am jeweiligen Pumpwerk ist ein unabhängiges Monitoring inklusive automatischer Abschaltungsfunktionen realisierbar. Auch wenn zeitweise keine Funkverbindung zum jeweiligen Pumpwerk bestehen sollte, sind solche Funktionen aufgrund der autarken Arbeitsweise jederzeit gewährleistet. Wird beispielsweise der Grenzwert für die Lagertemperatur oder die Leistungsaufnahme einer Pumpe überschritten, kann mithilfe der Digital-Ausgänge eine Abschaltung der Anlage erfolgen.

Übertragung der Messdaten an den zentralen Server

Vor Ort an den Pumpwerken wurden neben den Loggito Loggern auch LTE-Router mit leistungsstarken Antennen verbaut, um die dezentral erfassten Messdaten an den zentralen Server zu senden. Die Router sind mit einem automatischen Neustart versehen, welche bei einem Fehler des Verbindungsaufbaus bzw. der Erreichbarkeit des VPN-Gateways die Verbindung wieder herstellen und die Datenfernübertragung sicherstellen.

Auf dem Server sind das Delphin Data Center (DDC) sowie der Profisignal 20 Server (PS20 Server) installiert und übernehmen das zentrale Messdatenmanagement sowie die Benutzerverwaltung. Sämtliche erfassten Daten aus allen Pumpstationen werden hier miteinander vernetzt, zentral gespeichert, überwacht und analysiert. Die Messdaten werden valide und rückführbar archiviert und sind mit einem sekundenschnellen Zugriff, egal ob im Netz, per PC oder mobil per Smartphone oder Tablet jederzeit abrufbar. Somit ist auch ein Vergleich und eine tiefergehende Analyse der einzelnen Pumpwerke möglich.

Die Übertragung der Messdaten an Endgeräte der Stadt Ennepetal wird innerhalb eines abgesicherten Netzwerkes über VPN-Tunnel realisiert. Auch die Verbindung zu den einzelnen Loggern sowie der Status jeder Messstelle werden zentral überwacht und es erfolgt eine automatische E-Mail-Alarmierung. Da der Data Service auf dem Windows-Server läuft, ist dieser unabhängig von einer Benutzeranmeldung im Betriebssystem und die Alarmierungsfunktion via E-Mail ist jederzeit gegeben.

Die Mitarbeiter können via Open VPN Client auf das Data Center zugreifen und die Visualisierung aufrufen. Smartphones und Tablets können ebenfalls per OpenVPN- und PS20 Client App (Kostenlos für iOS- und Android) auf den PS 20Server und das DDC zugreifen.

Einfache Konfiguration aus der Ferne

Weiterer Vorteil des Fernzugriffs auf sämtliche Pumpwerke: Nicht nur die Visualisierung der Messwerte, sondern auch die Konfiguration der Loggito-Geräte kann aus der Ferne erfolgen. Mithilfe der Benutzerverwaltung lässt sich festlegen, welche Benutzergruppen Änderungen am Grundsystem und der Gerätekonfiguration vornehmen können und welche nur lesend zugreifen dürfen. Somit sind beispielsweise die Servicetechniker in der Lage, Anpassungen an Grenzwerten oder der Überwachung und Speicherung verschiedener Parameter vorzunehmen, ohne jedes Mal den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Fahrten zum jeweiligen Pumpwerk zu haben. Dies erhöht die Flexibilität spart gleichzeitig Ressourcen ein.

Visualisierung der Messdaten für die Servicetechniker

Die Software PS 20 Basic ist das Frontend des Monitoring-Systems und bietet ein interaktives Benutzerinterface. Die plattformunabhängige Komplettsoftware für die Visualisierung und Analyse der erfassten Messdaten ist sowohl in der Leitwarte als Desktop-Anwendung installiert als auch über die PS20 App auf den mobilen Endgeräten der Servicetechniker jederzeit abrufbar.

Auf übersichtlichen Dashboards werden die Messwerte sowie der zeitliche Verlauf in Messkurven dargestellt. Durch diese Trends lassen sich die Messwerte schnell und einfach betrachten. Ein Übersichtsschaubild zeigt den Status aller 18 überwachten Pumpwerke. Zudem wird auf einem separaten Schaubild die Alarmliste in tabellarischer Form angezeigt. So haben sowohl der jeweilige Servicetechniker von unterwegs als auch die Mitarbeiter im Büro jederzeit den Zugriff auf sämtliche Messdaten.

Ausblick für die Zukunft

Die Tatsache, dass das Delphin Data Center (DDC) auf dem zentralen Server die Daten aller 18 Loggito Logger bündelt, ermöglicht weitere Ausbauoptionen des Monitoring-Systems. So ist es denkbar, dass die Pumpwerke untereinander kommunizieren, d. h. die Logger über den Data Service ihre Daten austauschen und teilen.

Damit könnte beispielsweise der Füllstand eines dahinterliegenden Schachts abgefragt werden, bevor ein Abpumpbefehl im vorgelagerten Bauwerk erfolgt, um Überlaufe zu verhindern. Zudem könnten mithilfe der vielseitigen Schnittstellen, wie Modbus TCP und OPC UA, auch weitere Peripherie wie Frequenzumrichter oder Leistungsmessgeräte an den Pumpwerken mit in das Delphin-Monitoring eingebunden werden.

Letztendlich könnte so auch die Ansteuerung der Pumpen über einen Messdatenlogger von Delphin umgesetzt werden und die derzeit eingesetzten Steuerungen ersetzen. Es bleibt also spannend, was die zukünftigen Ausbaustufen des Systems angeht. (in)

* Jan Tippner, Vertriebsleiter bei Delphin Technology

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