Smart Machines: Vom Stahl zum Chip

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Intelli-Systeme bilden das Rückgrat der digitalen (R)evolution

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Automatisierungstechnik, Software und IT-Kommunikation bilden seit vielen Jahren die Basis moderner Ausrüstungssysteme in kommunalen Infrastrukturen. Zuerst waren es rein mechanische Systeme, meist aus Stahl. Später wurden diese mit ersten halbautomatischen Funktionen ergänzt, dann erfolgten die Einführung von SPS-Steuerungen zur Automatisierung und das Monitoring per SCADA. Dem Stahl wurde damit quasi der Chip angeheftet.

Mit Kommunal 4.0 beginnt für die kommunale Infrastrukturtechnik eine neue Entwicklungsphase. Im Mittelpunkt stehen heute schon verfügbare intelligente Maschinen-Automations-Systeme, sogenannte SMART Machines. Dank intelligenter Berechnungsalgorithmen und zugehöriger Automationstechnik (Intelli-Systeme) sind Betreiber in der Lage, situationsangepasste und damit energiesparende sowie sicherheitsfördernde Betriebseinstellungen vorzunehmen.

Intelli-Systeme bilden in Zukunft die entscheidenden Knotenpunkte von Kommunal 4.0, wenn sich Ausrüstungskomponenten zu SMART Machines wandeln, dadurch zum Beispiel Pumpwerke, Regenbecken, Kläranlagen und Hochwasserrückhaltebecken zu SMART Objects werden und sich dann über das Internet mit zentralen Daten- und Serviceplattformen verbinden. Hier erhalten die Intelli-Systeme erweiterte Funktionen, vernetzen sich auf Basis hochaufgelöster Umgebungsdaten miteinander und bilden somit die Grundelemente eines hoch flexiblen und effizienten Netzmanagements.

Energiesparende Beckenreinigung nach (Augen)Mass mit Intelligrid

Nach einem Regenereignis verbleibt auf der Beckensohle eines Regenbeckens Schmutz und Schlamm. Noch vor weniger als zwei Jahrzehnten erfolgte die Schmutzbeseitigung manuell durch das Betriebspersonal. Heute sorgen mechanische Spülsysteme (Spülkippen oder motorgetriebene Komponenten, wie Schwenk-Strahljets) für eine weitestgehend selbständige Reinigung. Um ein ausreichendes Reinigungsergebnis sicher zu stellen, sind mehrfache Wiederholungen des gesamten Spülvorgangs notwendig, da nicht immer eine gleichmäßige Flächenreinigung mit einem Spülgang möglich ist. Was wäre, wenn es eine automatische Erkennung der Restverschmutzung geben würde? Und eine noch erforderliche Nachreinigung erfolgt vollautomatisch und beschränkt sich auf die verbliebenden Schmutzstellen? Ein solches intelligentes Maschinen-Automations-System ist der AWS-Schwenk-Strahljet mit IntelliGrid-System. Ausgestattet mit einer optischen Sensortechnik überprüft der AWS-Schwenk-Strahljet das Reinigungsergebnis auf der Beckensohle, das zugehörige Intelli-System ordnet die Erkennungsmuster in saubere und ungereinigte Beckensektionen ein und gibt die Ergebnisse an die SPS zurück. Kann keine optische Sensortechnik eingesetzt werden, ordnet das Bedienpersonal per Touchpanel das jeweilige Reinigungsergebnis den entsprechenden Beckensektionen zu. In beiden Fällen fährt der AWS-Schwenk-Strahljet nun im Energiesparmodus nur noch die Positionen ab, die einer weiteren Reinigung bedürfen.

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In der Vergangenheit wurden Strahljets generell mit dem Ziel dimensioniert, bei maximal erwarteter Verschmutzung jederzeit ein sauberes Becken zu erzeugen. Entsprechend wurden die Betriebseinstellungen für eine maximale Leistung vorgenommen. Verschmutzungen bzw. Ablagerungen, die nach einem Regenereignis auf der Beckensohle verbleiben, resultieren im Wesentlichen aus der im Mischwasser enthaltenen Partikelfracht. Diese variiert stark und ist von aktuellen und vor allem vom historischen niederschlagsgeschehen abhängig. Bei mehreren Niederschlägen, die sich in kurzen Abständen wiederholen, sind geringere Frachten im zufließenden Mischwasserstrom zu erwarten als nach langen Trockenzeiten. SMART Machines, wie der AWS-Schwenk-Strahljet mit IntelliGrid, passen sich diesen variierenden Bedingungen anhand von Realinformationen an (in diesem Fall an den tatsächlichen Verschmutzungsgrad auf der Beckensohle). So wird keine unnötige Energie infolge starrer bzw. maximaler Last- und Betriebsauslegung vergeudet.

Ähnlich intelligent können z. B. auch Pumpen arbeiten, wenn sie dank IntelliPump in der optimalen Kennlinie, und damit energiesparend, betrieben werden. Oder wenn Feinsiebrechen auf Überlaufschwellen die Belegungsstärke des Rechenguts auf den Rechenstäben erkennen und mit einem Intelli-Screen-Systeme beeinflussen können. Dadurch wird das „Belegungsgut“ bei geringem Zufluss als Filter genutzt und die Beseitigung wird erst gestartet, wenn der Zufluss ansteigt.

 

 

Von der SMART Machine zum SMART Object – Intelli-Systeme verbinden Vergangenheit und Zukunft

Mit Intelli-Systemen werden aus statisch arbeitenden Maschinen dynamisch-automatische Lösungssysteme. Damit wird gleichzeitig der Weg hin zu SMART Objects bereitet. Durch Ankopplung der Intelli-Bausteine an webbasierte Plattformen, auf denen ausgewählte Umgebungsdaten analysiert und verarbeitet werden, können erweiterte Intelli-Funktionen aktiviert und zahlreiche, aber auch unterschiedliche SMART Machines aufeinander abgestimmt werden. Im Falle des AWS-Schwenk-Strahljet wird z. B.der IntelliGrid-Baustein zukünftig auf lokale Niederschlagsprognosen aus dem Portal NiRA.web zugreifen und bei jedem Ereignis prüfen, ob sich eine Beckenreinigung grundsätzlich lohnt. Erhält der Baustein die Information, dass sich innerhalb der nächsten Stunden oder Tage ein ähnliches Regenereignis wiederholen wird, unterbleibt der Reinigungsvorgang. Zudem erfährt das System von der Plattform auch, wenn z.B. eine dem Regenbecken nachfolgende Kläranlage akut überlastet ist. Damit kann die erforderliche Reinigung des Beckens und die damit verbundene Schmutzableitung später durchgeführt werden.

Die Digitalisierung in der wasserwirtschaftlichen Infrastrukturtechnik hat mit der Implementierung von Intelli-Systemen längst begonnen. Sie bilden das zukünftige Rückgrat einer Entwicklung, wenn Stahlmaschinen aus der Vergangenheit dank eines Chips zu SMART Machines der Gegenwart werden. Als intelligente Komponenten in SMART Objects machen Intelli-Systeme ein modernes und effizientes Infrastrukturmanagement erst möglich.

INTELLI-FUNKTIONEN / INTELLI-SYSTEME

IntelliFlow – System für effiziente selbstüberwachende und selbstkalibrierende Abflusssteuerungen und Regelungen. 

IntelliFlush – System für effiziente Kanalreinigung. Spülwellenerzeugung und Steuerung entsprechend der Kanalbeschaffenheit (Ablagerungen, Oberflächenzustand, Zufluss).

IntelliGrid – System für effiziente Beckenreinigung durch gezielte Ansteuerung von Schwenk-Strahljets. Ablagerungen an neuralgischen Stellen werden erkannt und entfernt.

IntelliScreen – System für effizienten Stoffrückhalt und sichere Entlastung durch Zuflussregelung und Rechengutmengenabhängigeregelung.

IntelliPump – System für maximale Effizienz und Betriebssicherheit durch kontinuierliche Überwachung, Analyse und energie-optimierte Regelung von Pumpen.

Vorteile der Vernetzung auf Produktebene Beispiel SMART Machine - AWS-Schwenk-Strahljet mit Intelligrid

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Informieren

Wissen, wann und wo es wie viel regnet. Das Webportal NiRA.web liefert Informationen zu niederschlägen und damit verbundenen Reinigungserfordernissen. 

Systemkomponente NiRA.web

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Sehen

 Erfassung von Einstau und Verschmutzung in Hochwasserrückhalte- und Regenbecken. Manuell oder automatisch mit HST-TeleCam (Originalbild).

Systemkomponente IntelliGrid+ (mit HST-TeleCam)

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Rechnen

Die IntelliGrid-Automation ermöglicht die ergebnisorientierte Reinigung mittels Verschmutzungsraster.

Systemkomponente Hydromatic mit IntelliGrid

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Lernen

 Informationen über Einstau, Niederschlag und das Verschmutzungsraster werden zentral gesammelt, gespeichert und ausgewertet. 

Systemkomponente SCADA.web

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Reinigen

NiRA.web, SCADA. web, TeleCam und IntelliGrid liefern die Informationen, wann und wo es Verunreinigungen gibt und helfen so bei der intelligenten, ereignis- und ergebnisorientierten Reinigung.

Systemkomponente SMART Machine AWS-Schwenk-Strahljet

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