Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt eine neue Kommunikationslösung zwischen der zentralen Leitwarte und den lokalen Geräten im Klärbecken vor. Diese Lösung basiert auf einer HOLLiAS-LEC G3 SPS und ermöglicht eine drahtlose Kommunikation zwischen Klärbecken und Leitwarte. Das System wurde bereits erfolgreich in der Abwasserbehandlung eingesetzt und zeichnet sich durch ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis aus. Schlüsselwörter: Drahtlose Kommunikation, Abwasserentsorgung, Profibus-DP-Netzwerk. 1 Einleitung: Mit der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung und der fortschreitenden Urbanisierung in meinem Land nehmen die Mengen an Industrie- und Haushaltsabwasser stetig zu. Um ein nachhaltiges und gesundes Wirtschaftswachstum sowie einen intakten ökologischen Kreislauf zu gewährleisten, ist die Behandlung von Industrie- und Haushaltsabwasser unerlässlich. In größeren Städten und wirtschaftlich entwickelten Gemeinden meines Landes wurden bereits Kläranlagen unterschiedlicher Größe errichtet. Die meisten Landkreise und Kleinstädte in wirtschaftlich unterentwickelten Gebieten ergreifen jedoch keine Maßnahmen zur Abwasserbehandlung, sondern leiten ihr Abwasser direkt in nahegelegene Flüsse ein. Angesichts der stetig steigenden Umweltauflagen werden auch Kleinstädte, die bisher keine Abwasserbehandlungsmaßnahmen ergriffen haben, in den nächsten Jahren zwangsläufig Kläranlagen bauen müssen. Kleinstädte sind zahlreich und weit verbreitet, und der Bedarf an Abwasserbehandlungsanlagen ist enorm. Gleichzeitig bevorzugen diese Kläranlagen aufgrund von Investitionsbeschränkungen wirtschaftliche und praktische Lösungen. Das in diesem Beitrag vorgestellte Überwachungssystem bietet ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und erfüllt die Anforderungen an einen sicheren und effizienten Betrieb der Abwasserbehandlungsanlagen. Es bietet gute wirtschaftliche und soziale Vorteile und hat vielversprechende Entwicklungsperspektiven. 2 Analyse des ursprünglichen Systems In einer Kläranlage sind die verschiedenen Abwasserbehandlungsanlagen relativ weit verstreut. Um die Betriebsparameter und den Betriebszustand der Anlagen vor Ort zu überwachen, ist ein zentrales Überwachungssystem erforderlich. Dieses System umfasst die Detektion vor Ort, die Datenerfassung und -verarbeitung, die Datenkommunikation und die zentrale Überwachung. Die von den Detektionsinstrumenten vor Ort erfassten Anlagenparameter und der Betriebszustand werden verarbeitet und über ein Computernetzwerk an die zentrale Leitwarte übermittelt. Die Bediener in der zentralen Leitwarte überwachen den Betriebszustand aller Anlagen über den Überwachungsrechner. Basierend auf den Betriebsparametern und dem Anlagenzustand geben die Bediener verschiedene Steuerbefehle aus. Diese Befehle werden über das Computernetzwerk an die Anlagen vor Ort übertragen, um die entsprechenden Aktionen der Anlagen zu steuern. Die Feldgeräte müssen sowohl analoge als auch digitale Signale überwachen. Zu den wichtigsten analogen Signalen gehören Durchflussrate, Flüssigkeitsstand, Druck und Ventilöffnungssignale. Die wichtigsten digitalen Signale umfassen Start-, Stopp-, Betriebs-, Positions- und Fehlerstatus des Schlammschabers und des Saugwagens sowie den Betriebszustand der Vakuumpumpe. Diese Feldgeräte befinden sich weit entfernt von der zentralen Leitwarte. Aktuell nutzen die meisten Überwachungssysteme verteilte Ein-/Ausgabegeräte (DIO) zur Erfassung und Steuerung. Der Datenaustausch zwischen Feldgeräten und der zentralen Leitwarte erfolgt zumeist über eine DP-Netzwerkverbindung. In der zentralen Leitwarte ist eine DP-Masterstation eingerichtet, an die die Feldgeräte als DP-Slave-Stationen angeschlossen sind. Ein vereinfachtes Systemstrukturdiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt. Eine Kläranlage umfasst mehrere Feldgeräte, die jeweils als DP-Slave-Station an den DP-Bus angeschlossen sind. Diese Verbindungsmethode erfordert umfangreiche Bauarbeiten vor Ort, da die Verlegung von Kabeln und Kabeltrassen notwendig ist, was mit hohen Kosten verbunden ist. Darüber hinaus sind die Kabelverbindungen zwischen den einzelnen DP-Slave-Stationen und der DP-Masterstation anfällig für Beschädigungen und die Wartung ist aufwendig. Abbildung 1 zeigt die Struktur eines herkömmlichen Überwachungssystems. Um die Schwächen traditioneller Steuerungssysteme zu beheben, schlagen wir eine drahtlose Lösung auf Basis der kleinen integrierten SPS HOLLiAS-LEC G3 von Hollysys vor. Die Systemstruktur dieser Lösung ist in Abbildung 2 dargestellt. Im Vergleich zu herkömmlichen Kommunikationslösungen nutzt diese Lösung die drahtlose Kommunikation zwischen Feldgeräten und der zentralen Überwachungszentrale. Dies bietet Vorteile wie große Übertragungsreichweite, hohe Zuverlässigkeit, starke Störfestigkeit, Kabeleinsparung und geringe Wartungskosten. Die Lösung (siehe Abbildung 2) verwendet das LM3107-CPU-Modul der kleinen integrierten SPS von Hollysys zur Datenerfassung und -übertragung. Das LM3107 verfügt über eine integrierte RS232-Schnittstelle, die über RS232 mit einer Antenne verbunden ist. Die Antennen verwenden das Modbus-Protokoll mit CRC-Prüfsumme, was ein einfaches und hochzuverlässiges Protokoll gewährleistet. Über die Antenne wird eine drahtlose Modbus-Kommunikation über große Entfernungen ermöglicht, die den Datenaustausch zwischen den einzelnen Abwassertanks (Modbus-Slave-Station) und der übergeordneten Ebene (Modbus-Master-Station) erlaubt. Anschließend verbindet sich die Modbus-Masterstation über das DP-Kommunikationsmodul mit dem DP-Bus und ermöglicht so den Datenaustausch zwischen allen Feldgeräten (Modbus-Slaves) und der zentralen Überwachungszentrale (DP-Masterstation). Dadurch werden Datenerfassung und Steuerungsfunktionen realisiert. Abbildung 2 zeigt das drahtlose Überwachungssystem auf Basis einer Hollysys-SPS. Abbildung 3 ist ein schematisches Diagramm des Datenflusses; die Kommunikation zwischen den Modulen ist bidirektional. Analoge Messwerte werden für die Daten aus dem Abwassertank über das Analogeingangsmodul LM3310 an das untergeordnete LM3107-Modul (Modbus-Slave) übermittelt, digitale Messwerte werden direkt an das untergeordnete LM3107-Modul (Modbus-Slave) übermittelt. Das übergeordnete System verwendet ein LM3107-CPU-Modul und ein LM3401DP-Slave-Modul, die an das DP-Netzwerk angeschlossen sind. Das untergeordnete LM3107-Modul ist als Modbus-Slave über RS232 mit dem drahtlosen Kommunikationsmodul verbunden, das übergeordnete LM3107-Modul fungiert als Modbus-Master. Das LM3107-Modul unterstützt das Standard-Modbus-RTU-Protokoll. Die Kommunikation zwischen den übergeordneten und untergeordneten LM3107-Modulen erfolgt daher über Modbus. Das LM3107-Modul am Host tauscht anschließend Daten über das Slave-Modul LM3401DP mit der zentralen Überwachungszentrale aus. Die drahtlose Kommunikation kann je nach Bedarf mit folgenden Modbus-Kommunikationsparametern konfiguriert werden: Parität: Ungerade, Gerade, Keine Parität; Bitanzahl: 7, 8; Baudrate: 300 bps, 600 bps, 1200 bps, 2400 bps, 4800 bps, 9600 bps, 19200 bps, 38400 bps. Abbildung 3: Datenflussdiagramm. 4. Vorteile der Lösung Die in diesem Beitrag vorgestellte Lösung bietet folgende Vorteile: 1. Für die Übertragung aller von den Abwassertanks erfassten Daten an die DP-Masterstation in der zentralen Überwachungszentrale ist nur eine DP-Leitung erforderlich. Im Vergleich zu herkömmlichen Kommunikationslösungen spart dies eine erhebliche Menge an Kommunikationskabeln, reduziert den Installationsaufwand und verbessert die Systemzuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit. 2. Bei drahtloser Kommunikation ist die Datenübertragung über große Entfernungen möglich. Die Daten werden über die Antenne übertragen, wobei die Übertragungsreichweite von der Antenne abhängt und maximal 5 km beträgt. 3. Der LM3107 ermöglicht die Vernetzung von bis zu 247 Modbus-Slave-Stationen und spart so die Kosten für DP-Slave-Stationsmodule für jeden Klärbehälter. Stattdessen fungiert jeder Klärbehälter als Modbus-Slave-Station, und es wird nur eine DP-Slave-Station benötigt, um den Datenaustausch zwischen allen Klärbehältern und der zentralen Überwachungsstation zu realisieren. 5. Fazit: Nach einer Phase der Fehlersuche und des Probebetriebs wurde das drahtlose Überwachungssystem mit der integrierten SPS der HOLLiAS-LEC G3-Serie erfolgreich in der Kläranlage implementiert. Die Praxis hat gezeigt, dass dieses Designkonzept niedrige Gesamtkosten, eine große Datenübertragungsdistanz, hohe Zuverlässigkeit, starke Störfestigkeit, geringe Wartungskosten und hohe Bedienbarkeit aufweist. Es ist im Markt sehr wettbewerbsfähig und bietet eine umfassende Lösung für die Abwasserbehandlungsindustrie. Referenzen: [1] HOLLiAS-LEC G3 kleines integriertes SPS-Hardwarehandbuch. Hangzhou Hollysys Automation Co., Ltd. [2] HOLLiAS-LEC G3 kleines integriertes SPS-Softwarehandbuch. Hangzhou Hollysys Automation Co., Ltd.