VorÜ: Die größte Kläranlage der Die größte Kläranlage der Welt automatisieren Geräteintegration mit FDT

Die Changi Water Reclamation Plant ist die größte Kläranlage der Welt das Herzstück von Singapurs Projekt der Superlative – dem Bau einer zentralen Kanalisation (Deep Tunnel Sewerage System (DTSS). Am 23. Juni 2009 wurde die Kläranlage der nationalen Wasseragentur PUB offiziell eröffnet, die der global tätige Generalunternehmer CH2M Hill Singapore im Auftrag der Regierung baute. Die kompakte, geschlossene Anlage in der Nähe des Flughafens ist auf dem neuesten Stand der Technik und kann nach ihrer Fertigstellung 2,4Mio. m³ Abwasser pro Tag verarbeiten. Dies entspricht dem Volumen von 960 olympischen Schwimmbecken. Der Clou dabei: Durch ein neuartiges Konzept der Wasserbehandlung lässt sich jeder Tropfen Wasser, der die CWRP verlässt, wieder nutzen. High-Tech-Verfahren, gesteuert von moderner Automatisierungstechnik machen dies möglich. Architektur des Leitsystems Alle Informationen der Profibus PA-Feldgeräte wie Drucktransmitter, Temperatursensoren, Füllstandmessgeräte und Stellungsregler werden an die 600 sogenannten FNI Panels (Field Network Interface Panels) via PA-Links und Koppler weitergeleitet, die Entfernungen bis zu 2.600m überbrücken können. Antriebe, Analysegeräte, Durchflussmessgeräte sowie Aktoren sind über Profibus DP über Sekopia-Koppler und OLMs (Optische Link Module) angeschlossen. Das Feldbus-Netzwerk überträgt seine Informationen zu den 49 Nos der programmierbaren Controller, die sich in verschiedenen Teilen der Anlage in klimatisierten Räumen befinden. Sie sind das Herzstück der Anlage und liefern alle Daten für die Prozesskontrolle. Die Controller, kommunizieren über das Kontrollnetzwerk Ethernet TCP/IP und einem redundant aufgebauten Glasfaserring mit dem FDT Server (Field Device Tool) für das Asset Management und Scada I/O Servern in verschiedenen Systemen. Feldgeräte und Feldbus-Netzwerk Das erklärte Ziel der Consultants lautete, dass durch den Einsatz von FDT-basiertem Asset Monitoring Management, dem Wartungspersonal die tägliche Instandhaltungsroutine erleichtert werden sollte. \“Wir haben uns mit der FDT-Technologie für eine offene und herstellerunabhängige Lösung entschieden\“, erklärt Jane Goh, Chief Resident Engineer (MCS). Einzige Bedingung: Der Lieferant muss für jedes Gerät ein DTM (Device Type Manager) und ein Gerätetreiber für die FDT-Technologie zur Verfügung stellen. In der Multivendor-Anlage arbeiten Geräte von 15 verschiedenen Herstellern zusammen: u.a. ABB, Auma, Emerson Process Management, Endress+Hauser, FCI Fluid Components International, ProSoft, rotork, Schneider Electric, Siemens, Smar, Vega, Yokogawa. Die Kläranlage in Changi ist eine der größten Profibus-Installationen der Welt. In der Anlage sind 7.000 Profibus DP- sowie 2.500 Profibus PA-Geräte installiert. 6.000 Signale wurden über Profibus DP Remote I/Os diskret verkabelt. Dafür haben die Techniker insgesamt 200.000m Kupferkabel und 100.000m Glasfaserkabel für das Profibus DP Netzwerk verlegt. Das PA-Netzwerk kommt ebenfalls nochmals auf beeindruckende 60.000m. Über das ganze Netzwerk, in verschiedenen Anlagen verteilt, stehen dem Personal 600 Bedienpanels zur Verfügung. Herausforderungen für das Asset Management Das Asset Management stellte die Entscheider vor große Herausforderungen. Denn jeder Hersteller von Feldgeräten stellt verschiedene Werkzeuge für Kalibrierungen zur Verfügung. Dies bedeutet für den Endanwender: Zum einen muss er mit einer großen Zahl von Werkzeugen vertraut sein, die in Wartung und Unterhalt teuer sind. Nicht zuletzt stehen dem Wartungspersonal keine Echtzeitinformationen für das Instandhaltungsmanagement zur Verfügung. Die Situation spitzt sich weiter zu, wenn verschiedene Systeme oder Kommunikationsprotokolle parallel laufen. Die Lösung In FDT fand sich schließlich eine Lösung für ein integriertes Gerätemanagement. Das offene und feldbusunabhängige Konzept bietet neue Möglichkeiten durch erweiterte Funktionen, die in den DTMs, als aktive Softwarekomponenten hinterlegt sind. Der FDT Standard bildet die Basis von integrierten und informationsorientierten Lösungen, die alle Ebenen der Automatisierungspyramide abdecken – von den Feldgeräten, über die MES-Ebene bis hinauf zum Warenwirtschaftssystem eines Unternehmens. FDT bietet gleichermaßen eine Offenheit und Interoperabilität von Feldgeräten und Systemen für Engineering, Diagnose und Asset Management Aufgaben. Standardisierte Feldbusprotokolle ermöglichen die Kommunikation zwischen intelligenten Feldgeräten und den übergeordneten Systemen. FDT (Field Device Tool) FDT definiert das Interface zwischen dem Lieferanten der Feldgeräte und dem Engineering Tool des Prozessleitsystems, hat aber keinen Einfluss auf die Feldgeräte. Die offene Technologie ermöglicht die Integration einer großen Bandbreite von verschiedenen Produkten: Sensoren, Ventile, Antriebe, Niedrigspannungsschaltanlagen usw. Die Verantwortung für die Information, die die Feldgeräte per DTM liefern liegt eindeutig auf der Seite der Lieferanten. Viele Geräte- und Leitsystemhersteller unterstützen die herstellerübergreifende Lösung. DTM (Device Type Manager) Die gerätespezifische Softwarekomponente heißt DTM. Sie kann in ein Engineering Tool oder in eine Systemumgebung integriert werden. Der DTM bildet Konfiguration, Diagnose und andere Funktionen des Gerätes ab. Die Software kennt die Möglichkeiten und Grenzen des Gerätes und beinhaltet alle Dialoge mit dem Anwender sowie alle graphischen Displays. Ein weiterer Vorteil: Per DTM lässt sich eine gerätespezifische Dokumentation erstellen. Anforderungen an das Asset-Management In Anbetracht der Größe und Komplexität des Projektes wurden an das FDT Asset Management System einige besondere Anforderungen gestellt: – Server / Client Architektur – Unterstützung von TCP/IP, Profibus & HartProtokollen – Projektstruktur (Network /Plant), compliant zur ISA S88 Spezifikation – Umfassendes User & Session Management – Erfassung und Dokumentation von Änderungen und Aktivitäten – Für die Vorbereitung und Planung müssen die gesammelten Daten online zu \’CMMS\‘ übertragen werden – Import / Export Funktion für neue Projekte – Gerätesuchfunktion (Netzwerk & Anlagensicht) Integrierte Information Die Lösung lieferte DNR Process Solutions, ein Anbieter für Automatisierungslösungen aus Singapur. Tatkräftig unterstützt wurde das Unternehmen dabei von ifak system aus Magdeburg. Die beiden Partner entwickelten zusammen für die Kläranlage in Singapur das FDT-basiertes Asset Management Field Intelligence (FI), das außergewöhnlich hohe Anforderungen und Ziele erfüllen muss. Die Software besitzt zum 1. Mal überhaupt eine Client/Server Architektur. So können bis zu zehn Benutzer gleichzeitig von jedem Ort über das Internet sicher auf die gewünschten Informationen zugreifen. Das System ermöglicht Remote-Parametrierung, Diagnose und Überwachung aller Geräte, die an offene Kommunikations-Protokolle wie Profibus oder Hart angekoppelt sind. Die Daten können in einem zentralen Instandhaltungs-Management-System gespeichert werden. Durch operative Erkenntnisse in Bezug auf die Verfügbarkeit und Auslastung der einzelnen Assets in Echtzeit, trägt das System dazu bei, die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu erhöhen. Das Asset Management System hat den Herausforderungen Stand gehalten: In der Changi Water Treatment Plant, der größten Kläranlage der Welt verwaltet es durchgängig, einheitlich und Kosten sparend rund 10.000 Feldgeräte verschiedener Hersteller. Die Schlüsseltechnologie der Lösung: FDT. Kasten 1: Das Projekt auf einen Blick – Von der ersten Idee bis zur Inbetriebnahme im Juni 2009 dauerte es 15 Jahre. – Kapazität: In der 1. Ausbaustufe 800.000m³ Abwasser pro Tag, im Endausbau 2,4Mio. m³ pro Tag – Eine Pumpstation der neuen Anlage ist so hoch wie ein 25-stöckiges Gebäude. – Projektumfang: CWRP in Changi 3,65Mrd. $. – Über 350 Lieferanten aus In- und Ausland. – Mehrfach preisgekröntes umweltfreundliches und nachhaltiges Konzept. Zum 1. Mal überhaupt wurde eine Wasseraufbereitungsanlage auf dem Dach einer Kläranlage installiert. Im Vergleich zu konventionellen Anlagen wird nur ein Drittel des Platzes benötigt. – Durch stufenweisen Rückbau der drei bestehenden Kläranlagen gewinnt das dicht besiedelte Singapur wertvolles Bauland – eine Fläche von rund 190 Fußballfeldern. – Optimale Wirtschaftlichkeit durch Größe und Zentralisierung. – Wichtiger Teil einer nachhaltigen Entwicklung. – Neue Wasseraufbereitungsanlage sichert zusammen mit den vorhandenen Anlagen ein Drittel der Trinkwasserversorgung. Ein weiterer Schritt in Richtung Selbstversorgung und Unabhängigkeit von Wasserlieferungen der Nachbarn. Kasten 2: In der Anlage arbeiten folgende Geräte – 500 Magnetisch-Induktive Durchflussmesser – 400 Thermische Masse-Durchflussmesser – 400 Tauchsonden für Druck – 140 Radar- und Ultraschall-Sensoren – 50 Optische TSS Transmitter – 40 Sauerstoffanalysatoren – 100 Temperatur Transmitter – 5.000 Elektrische Aktoren – 400 Pneumatische Aktoren – 400 Frequenzumrichter – 100 Motor Steuerungen – 600 Switches, Samplers etc. und rund 100 Profibus Master