Überwachung des Grundwasserpegels im gigantischen Bauprojekt HafenCity

Überwachung des Grundwasserpegels im gigantischen Bauprojekt HafenCity

Die Großstadt Hamburg erlebt seit der Jahrtausendwende einen ansteigenden Bauboom. Eines der markantesten Großbauprojekte in Wasserlage ist die Entstehung des neuen Stadtviertels HafenCity. Das Stadtentwicklungsvorhaben ist weltweit einmalig und dient jetzt schon als Vorbild. Das neue Viertel erweitert die Hamburger Innenstadt um 40 %. Ein einmaliger urbaner Mix aus Wohn- und Geschäftsgebiet ist zunehmend sichtbar.

Eggers Umwelttechnik ist an diesem Vorhaben mit Projekten am Überseequartier und am Strandkai beteiligt.  Letzterer liegt direkt am Wasser, unterhalb der Elbphilharmonie im Ha- fenCity. Die Nähe zur Elbe steigert das Hochwasserrisiko enorm und stellt eine besondere Herausforderung an das Bauvorhaben dar.

Die Ingenieure und Techniker der Abteilung Grundwasser- technik sind mit der Aufgabe konfrontiert, die Baugrube trotz schwankendem Elbpegel (Ebbe und Flut) trocken zu halten. Aus diesem Grund wurden mehrere Pegelsonden zur perma- nenten Überwachung im gesamten Baufeld installiert. Die Sonden übermitteln Daten an das teleControl-System. Kommt es bei einem Kontrollpegel zu einer Überschreitung eines vorher eingestellten Grenzwertes, so wird ein Alarm ausgelöst und an das Mobiltelefon des verantwortlichen In- genieurs geschickt.

Herr Jürgen Stage, Bauleiter für Grundwassertechnik, suchte Anfang 2018 nach einer optimalen Softwarelösung für die Datenerfassung, Auswertung und Darstellung auf unter- schiedlichen Plattformen sowie Endgeräten. Alle Daten soll- ten sowohl am PC als auch auf mobilen Geräten sofort ver- fügbar sein, ohne dass eine App zu installieren ist. Die Wahl fiel auf die teleControl Cloud von narz systems.

Die Lösung

teleControl Cloud führt die verschiedenen Datenströme aus den unterschiedlichen Signalquellen zusammen. Die Plattform über- nimmt die Datenübertragung, -aufbereitung und Darstellung der Daten. Innerhalb der Benutzeroberfläche können einfach und schnell Dashboards angelegt und diese mit den gewünsch- ten Elementen (z. B. Ganglinien) versehen werden. Die Datenver- dichtung und -analyse innerhalb der Plattform befähigt die Um- weltingenieure beständige Aussagen über Zustand, Potenzial und notwendige Maßnahmen an Sonden und Pumpen zu tref- fen. teleControl misst neben dem Wasserstand auch die Tempe- ratur, die Batteriespannung und die Feldstärke an den Sonden, jegliche geringste Abweichungen werden vom System erfasst. Sogar die Leistungsstärke der Pumpen kann individuell gesteu- ert werden. Anwender erhalten einen klaren Blick auf Verbräu- che, Effizienz und Kosten. Die integrierte Ereignis- und Alarmver- waltung sorgt für schnellere Reaktionszeiten bei Überschwem- mungen oder Stürmen, kürzere Standzeiten im Falle einer technischen Störung und trägt damit maßgeblich zur Effizienz- steigerung der Hardware und Technik bei.

Wasser in der Baugrube

Die Abteilung Grundwassertechnik setzt teleControl mittlerweile in vielen Projekten ein. „Die Anpassung an ein neues Projekt ist einfach und ich kann das innerhalb von Minuten selbst erledigen“, so schildert Herr Stage die Flexibilität und Anpassungsfähig- keit der Plattform. Sie stellt für Eggers Umwelttechnik eine wichti- ge Komponente bei Ausschreibungen am Markt dar, denn Kun- den wollen wissen, was auf ihren Baustellen los ist. Eggers Umwelttechnik berät auf Grundlage der mit teleControl ermittel- ten Daten ihre Kunden.

GPS Technik mit der teleControl Plattform 3.3

Die aktuelle Version ermöglicht außerdem eine Diebstahlüberwa- chung per GPS. Der Einsatz von kostenintensiven Spezialgeräten wie modernen Vakuumpumpen ist an Baustellen mit viel Grund- wasservorkommen oder in Überflutungsgebieten  unerlässlich. Die Plattform übernimmt die Positionsüberwachung der Geräte auf Baustellen. Die GPS-Überwachung kann mit einer Funktions- überwachung am Gerät gebündelt werden, damit erweitert sich ihre Leistungsfähigkeit.

Weitere Funktionen

Mit dem Report-Designer lassen sich frei definierbare Berichte mühelos gestalten, mit sämtlichen zur Verfügung stehenden Prozessdaten füllen, mit Handeingaben oder Handkorrekturen ergänzen und wahlweise im Webbrowser anzeigen oder als PDF- oder Excel-Datei exportieren.

Mit audako-Plattform versetzt die narz systems  Integratoren  und Anbieter von technischen Systemen in die Lage ihr Pro- dukt- und Dienstleistungsportfolio um digitale Services zu er- weitern. Projekte dieser Art führt das Unternehmen mit gerin- gen Einstiegskosten auf der eigenen Cloud – „teleControl by narz“ – durch. Alternativ wird die Plattform auf Kundensystemen als „White Label“-Plattform implementiert, also unter ihrem Na- men, mit ihrem Logo und in ihren Farben.

Die vielfältigen bereits integrierten Kommunikationsprotokolle so- wie die Kompetenz des Unternehmens in der Entwicklung kun- denspezifischer Schnittstellen ermöglichen den schnellen Einstieg. teleControl unterstützt Unternehmen und öffentliche Instituti- onen bei der Digitalisierung ihrer Prozesse, Maschinen und Anlagen unter anderem in den Bereichen Infrastruktur,  Ener- gie, Wasser und Produktion.

Mit seiner hochskalierbaren und performanten Architektur las- sen sich sowohl kleinste wie auch größte Anwendungen reali- sieren, die jederzeit erweitert werden können. Die Herstellerun- abhängigkeit bei den Steuerungs- und Feldkomponenten stellt eine offene Plattform mit Schnittstellen zu einer Vielzahl von Geräten sicher.

Die Energie- und Wasserversorgung zählt zu den Kritischen Infra- strukturen. In diesem Zuge hat die Bundesregierung im August 2015 über den IT-Sicherheitskatalog gemäß § 11 Absatz 1a EnWG Anforderungen zur Gewährleistung eines angemessenen Schut- zes für einen sicheren Netzbetrieb festgelegt. Unter anderem  wurden Netzbetreiber und Energieversorger darin verpflichtet, ein Informationssicherheits-Managementsystem (ISMS) einzuführen und bis zum 31. Januar 2018 nach DIN ISO/ IEC 27001 zertifizieren zu lassen. Aufgrund dessen hat sich die narz systems GmbH & Co. KG mit als erstes Unternehmen in der Branche nach dieser Norm für IT-Sicherheit ISO 27001 zertifizieren lassen.

Autor: Jürgen Stage
Dipl.-Ing./Bauleitung Grundwasser bei Eggers Umwelttechnik

 

Dieser Bericht stammt aus der Zeitschrift GWF-Wasser und wurde von unserem Partner Eggers-Umwelttechnik verfasst. Ein Hinweis dazu: unsere Produktbezeichnung teleControl wurde inzwischen mit dem neuen Produktnamen „audako“ ersetzt.
Videotechnik für den wirtschaftlichen Betrieb abgelegener Teichkläranlagen

Videotechnik für den wirtschaftlichen Betrieb abgelegener Teichkläranlagen

1  Teichkläranlagen in ländlichen Regionen

Der Bau von Teichkläranlagen wurde bis in die 1990er-Jahre stark gefördert: Auch heute sind sie in ländlichen Gebieten noch wichtige Stützen der kommunalen Abwasserwirtschaft. Allerdings hat sich in ländlichen Regionen in den letzten Jahren einiges getan. Es gab tiefgreifende strukturelle Veränderungen, denn viele kleinere Kommunen betreiben ihre Infrastruktur zur Abwasserentsorgung nicht mehr selbst, sondern haben sie an leistungsfähige, größere Betreiber, wie zum Beispiel an unseren Abwasserverband Oberhessen (AVOH) abgegeben. Einer der Gründe für diese Entwicklung ist der verstärkte demographische Wandel in ländlichen Gebieten. Aufgrund sinkender Bevölkerungszahlen sind dort die Anlagen zur Abwasserentsorgung nur noch schwer wirtschaftlich zu betreiben. Wegen der prekären Haushaltslage vieler Kommunen ist auch die Finanzierung notwendiger Modernisierungen häufig nicht mehr zu stemmen.

2  Die Herausforderung im Betrieb

Teichkläranlagen sind aufgrund der überschaubaren Technik und der hohen Prozessstabilität eigentlich ideale Anlagen für den ländlichen Raum in dem ja ausreichend Fläche zur Verfügung steht. Gäbe es da nicht neben den wasserrechtlichen Vorschriften eine große Herausforderung: den Betrieb dieser Anlagen. Insbesondere bei fern voneinander liegenden Anlagen ist der Betrieb aufwendig und personalintensiv. So schreibt die Abwassereigenkontrollverordnung des Landes Hessen (EKVO) für „direkt in Gewässer einleitende Abwasserbehandlungsanlagen mit biologischen Reinigungsstufen“ der Größenklassen 1 und 2 (bis 5000 EW) eine arbeitstägliche Überprüfung vor. Dies betrifft den „Zustand und Funktion der für den Betrieb der Anlage wesentlichen klärtechnischen und messtechnischen Einrichtungen“. Konkret bedeutet dies, dass jede Anlage werktäglich durch Mitarbeiter zu begehen, zu begutachten und das Ergebnis zu protokollieren ist. Selbst dann, wenn über Online Messungen wesentliche Parameter der Anlage bereits kontinuierlich erfasst werden. Im Bereich des AVOH bindet alleine die werktägliche Kontrolle von vier abgelegenen Kläranlagen einen Mitarbeiter und ein Fahrzeug zu großen Teilen. Pro Jahr werden nur für diese vier Anlagen zudem ca. 16 000 km zurückgelegt (und dabei etwa 2,5 Tonnen CO2 ausgestoßen).

3  Virtuelle Begehung per Video

TeichDer AVOH hat daher gemeinsam mit dem Automatisierungsspezialisten narz systems nach einer Lösung gesucht. Dabei sollten die Kosten der Überwachung deutlich gesenkt werden, ohne die Anforderungen der EKVO zu vernachlässigen. Unser Wunsch war es, einen Ersatz der täglichen Begehung durch eine virtuelle Begehung zu finden. Neben der Online-Überwachung diverser Parameter sollte auch eine Überwachung der Teichoberfläche (zum Beispiel Funktionskontrolle der Belüftung) und des Auslaufs (zum Beispiel Kontrolle auf Trübung oder Verfärbungen) mittels hochauflösender Stand- und Bewegtbilder möglich sein. Die Herausforderung dabei war es, den bisherigen Arbeitsablauf und dessen Dokumentation in die Software zu übernehmen. In enger Abstimmung mit der zuständigen Wasserbehörde wurden die wesentlichen Eckpunkte festgelegt, um den Anforderungen der EKVO zu entsprechen:

  • Wenn in einem festgelegten Zeitfenster keine „virtuelle Begehung“ einer Anlage erfolgt ist, wird eine Alarmierung (mit Alarmkaskade) ausgelöst und archiviert.
  • Berechtigte Bediener können mithilfe von Live- und Archivbildern eine Sichtkontrolle der Teichkläranlage durchführen und den Vorgang quittieren und kommentieren (die „virtuelle Begehung“). Bilder, Quittierung und Anmerkungen werden einschließlich Zeitstempel und Bediener unveränderbar archiviert (Abbildung 1).
  • Parallel zur virtuellen Begehung werden alle wesentlichen Anlagenparameter (Durchfluss, Temperatur …) kontinuierlich online erfasst und archiviert. Zusätzlich werden durch das System zu festgelegten Zeitpunkten Serien von Standbildern erfasst und archiviert.
  • Das System verdichtet die so erfassten Daten automatisch zu einem Monats- oder Jahresbericht, der zur Vorlage bei der Wasserbehörde dient.
  • Eine klassische Begehung vor Ort gemäß EKVO findet beim AVOH weiterhin einmal wöchentlich statt, um auch weitere Anlagenkomponenten, die von der virtuellen Begehung nicht abgedeckt werden, zu inspizieren.

4  Der Systemaufbau

Bei den Komponenten vor Ort wird auf bewährte Technik gesetzt: Das Herz der Anlage ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die weltweit in der industriellen Automatisierung eingesetzt wird. Die SPS dient sowohl zur Steuerung der Anlage als auch als Datenlogger für die mit Sensorik erfassten Werte des Teiches (zum Beispiel Temperatur, Durchfluss, pHWert …). Sie löst selbständig Alarme aus, wenn zuvor definierte Grenzwerte überschritten oder Funktionsstörungen (zum Beispiel Gebläse) erkannt werden. Zusätzlich können über Kontakte an Türen oder Schaltschrank Begehungen der Anlage dokumentiert oder bei Sabotage Alarme ausgelöst werden. Wird die SPS über eine Batterie gepuffert, kann auch ein Stromausfall der Anlage qualifiziert gemeldet werden. Als Kamera werden im Sicherheitsbereich sehr verbreitete wetterfeste und weitestgehend auch vandalismusgeschützte IPModelle (Internet-Protokoll) verwendet, die auch unter schwierigen Lichtverhältnissen verlässlich hoch auflösende Bilder zur Begutachtung liefern (Abbildung 2). Teichkläranlagen liegen jedoch häufig nicht im Einzugbereich der DSL-Versorgung (DSL: Digital Subscriber Line), mitunter noch nicht einmal im Bereich verlässlicher Abdeckung durch Mobilfunknetze (GSM/GPRS, UMTS, LTE). In den Anlagen unseres Verbandes wird daher je nach Verfügbarkeit entweder Mobilfunk (UMTS) oder auch Internet über Satellit verwendet, um die anfallenden Daten an die Zentrale zu senden. Unabhängig von der verwendeten Technologie wird die Datenübertragung immer über zertifikatsbasierte starke Verschlüsselung in einem Virtual Private Network (VPN) gesichert, um unerwünschte Eingriffe in die Infrastruktur zu unterbinden und die Integrität der Daten zu gewährleisten.

5 Die Bedienung von „Überall“

Der ausfallsichere Betrieb einer Zentrale zur Archivierung und Auswertung der in den Abwasseraufbereitungsanlagen anfallenden Daten ist aufwendig und erfordert für einen wirtschaftlichen Betrieb eine minimale Größe. Daher hat sich unser Verband frühzeitig für einen Cloud-Service statt Betrieb auf eigenen Servern entschieden. Dies erfordert allerdings einige grundlegende Vorbedingungen:

  • Serverstandort in Deutschland, betrieben von einer Firma unter deutschem Recht
  • jederzeitige Umstiegsmöglichkeit (unter „Mitnahme“ aller historischer Daten) zu einem Betrieb auf eigenen Servern.

Für den Anwender bedeutet dies einen geringen Aufwand, denn die Lösung zur Überwachung von Teichkläranlagen kann auf jedem PC einfach mit dem Internet-Browser genutzt werden. Tablets oder Smartphones sind als mobile Bedienstationen ebenfalls geeignet und ermöglichen so dem Wartungspersonal auch außerhalb des Büros einen unmittelbaren Video-Blick in entfernte Anlagen. Insbesondere wenn ein Alarm vorliegt, ist dies eine große Hilfe, die häufig eine genauere Einschätzung der Lage ermöglicht.

6   Praxiserfahrungen

Nun können wir auf ein Jahr Betriebserfahrung zurückblicken, in dem sich die Lösung im betrieblichen Alltag voll bewährt hat. Für die Mitarbeiter hat sich die tägliche Routinearbeitszeit durch die virtuelle Begehung deutlich reduziert. Dass zudem noch ein Teil des Verwaltungsaufwandes, der zuvor auf Papier erledigt wurde, automatisiert abläuft, ist für die Mitarbeiter ein höchst willkommener Effekt. Auch kommerziell rechnet sich die Investition schon knapp einem Jahr rentiert hat. Regional benachbarte Betreiber haben diesen Umstand ebenfalls erkannt und beginnen nun auch mit der Aufrüstung ihrer Teichkläranlagen mit der „virtuellen Begehung“.

audako im Einsatz – Software Lösung für Prozesssteuerung

audako im Einsatz – Software Lösung für Prozesssteuerung

Das Werk Fulda der DB Fahrzeuginstandhaltung hat mit Einsatz unserer audako Plattform die Digitalisierung seiner Prozesse bewirkt. Die Software beseitigt ineffiziente Strukturen, die endgültig der Vergangenheit angehören.

Mit audako wurden Prozesse für das ergonomische Lagerregal optimiert, in dem der gesamte Arbeitsablauf Software gesteuert ist. Das spart nicht nur Zeit und Ressourcen, sondern ist zeitgleich mit allerhöchster Effizienz steuerbar.

Die Überwachung der Prozessdaten erfolgt webbasiert – jegliche Störungen werden schnell und sicher an den richtigen Empfänger übermittelt.

audako bietet jeden Kunden eine maßgeschneiderte Lösung an, die individuell auf seine Bedürfnisse planbar ist.

Das folgende Projekt-Video „ALFOTEC realisiert ergonomisches Lagerregal für die Deutsche Bahn“ von unserem Partner ALFOTEC können wir daher zum Anschauen nur empfehlen.