Fachbeitrag vom Autorenteam
- Marcus Warlich, Geschäftsführer Harzer Antriebstechnik GmbH
- Ralf Mosebach, Technischer Prokurist Harzer Antriebstechnik GmbH
- Michael Spuck, Produktmanager Frequenzumrichter & Softstarter ABB Automation Products GmbH
Der Automatisierungsspezialist Harzer Antriebstechnik hat die Steuerung der Abwasserhebeanlage der Kläranlage des Abwasserverbands Alme-Riehe modernisiert. Frequenzumrichter und Sanftanlasser von ABB spielen dabei eine wichtige Rolle. Nach dem Umbau profitiert der Betreiber von einer gleichmäßigen Auslastung der Pumpen sowie einem optimierten Notbetrieb bei nachhaltiger Ersatzversorgung.
Aufgabe des Abwasserverbands Alme-Riehe mit Sitz im niedersächsischen Sibbesse ist es, das bei seinen Mitgliedern anfallende Schmutzwasser der Verbandskläranlage Östrum zuzuführen, zu reinigen und danach schadlos abzuführen. Neben der Stadt Bad Salzdetfurth sind die Gemeinden Lamspringe und Sibbesse sowie ein Unternehmen aus der Lebensmittelindustrie Mitglieder des Verbands.
Eine in die Jahre gekommene Steuerungslösung mit störanfälligen Schaltgeräten machte an der Abwasserhebeanlage der Kläranlage in den Jahren 2019 und 2020 eine Modernisierung nötig. Unter anderem sollten die Anlaufströme reduziert werden, um die Anlage auch im Notbetrieb optimal fahren zu können.
Umbau bei laufendem Betrieb
Mit dem Umbau der Steuerung wurde die Harzer Antriebstechnik beauftragt. Der ABB-Partner mit Sitz in Bad Lauterberg im Harz ist ein Spezialist für regelbare Antriebslösungen im Bereich der Industrieautomatisierung inklusive zugehöriger Dienste und Leistungen. „Der Umbau musste bei laufendem Betrieb realisiert werden, weil mindestens zwei Pumpen stets verfügbar sein sollten“, berichtet Geschäftsführer Marcus Warlich – eine Herausforderung, welche gemeinsam mit dem Kunden gut und „just in time“ gelöst wurde.
Die Abwasserhebeanlage bestand ursprünglich aus vier Kreiselpumpen mit jeweils 30 kW Leistung, einem ABB-Frequenzumrichter ACS550 sowie vier Stern/Dreieck-Steuerungen. Die Niveauregulierung im Normalbetrieb erfolgte über eine kontinuierliche Füllstanderfassung. Im Notbetrieb wurde das Niveau des Schmutzwassers über fünf Schwimmerschalter reguliert. Beim Unterschreiten des vorgegebenen Grenzwertes wurden die Motoren gestoppt und beim Überschreiten gestartet. Gesteuert wurde die Anlage über die Leittechnik der Kläranlage.
Die Auswahl der Pumpe am ACS550-Frequenzumrichter erfolgte bislang über einen Wahlschalter. Die anderen Pumpen wurden, je nach Füllstand, über die Leittechnik in Stern/Dreieck-Anlauf bedarfsmäßig zugeschaltet. Bei ungünstiger Pumpenvorwahl am Frequenzumrichter kam es in der Vergangenheit zu einem Parallelbetrieb des Frequenzumrichters und der Stern/Dreieck-Steuerung an demselben Pumpenantrieb. Durch den Betreiber wurde daraufhin eine Pumpe fest auf den Frequenzumrichter geschaltet, wodurch die Pumpenlaufzeit dieser Pumpe ein Vielfaches der anderen drei Pumpen erreichte. Ein weiteres Problem bestand darin, dass im Notbetrieb über die Notstromeinspeisung ein Betrieb über Stern/Dreieck infolge des hohen Anlaufstromes nicht mehr möglich war; ein optimaler Anlagenbetrieb war damit nicht mehr gegeben.
Neue Ansteuerung der Pumpen
„Wir mussten die Ansteuerung der Pumpen anpassen, um die Anlaufströme für den Betrieb mit dem Notstromaggregat zu reduzieren. Zusätzlich sollte Energie eingespart und die Verfügbarkeit der Anlage erhöht werden. Alles zusammen sollte von der Leitwarte aus bedien- und steuerbar sein. Den Rückbau der nicht mehr benötigten Komponenten hat das Technik-Team der Harzer Antriebstechnik in diesem Zuge ebenfalls vorgenommen“, berichtet Marcus Warlich.
Die Experten der Harzer Antriebstechnik haben die Stern/Dreieck-Kombinationen gegen ABB-Sanftstarter vom Typ PSTX getauscht und mit einem ACS580 einen zweiten ABB-Frequenzumrichter installiert. Der Standard-Frequenzumrichter ACS580 (siehe auch hier) regelt vielfältige Applikationen mit variablem Drehmoment oder Konstantmoment, darunter auch zuverlässig Pumpen mit quadratischem Lastmoment. Im Modus Energie-Optimierung wird das maximale Drehmoment pro Ampere sichergestellt und der Energieverbrauch reduziert. Mit integrierten Energierechnern für verbrauchte und eingesparte kWh, CO2-Reduzierung und Energiekosteneinsparung kann der Klärwerksbetreiber nun nachhaltig Feinabstimmungen der Prozesse für eine optimale Energienutzung vornehmen.
Eine autarke Steuerung für den Notbetrieb ohne zusätzliche SPS konnte mittels adaptiver Programmierung mit dem Tool Drive AP, welches im Frequenzumrichter integriert ist, sowie dem grafischen PC-Tool von ABB, das Bestandteil der Inbetriebnahme-Software Drive Composer ist, realisiert werden.
Normal- und Notbetrieb optimiert
Im Normalbetrieb werden heute zwei Pumpen dauerhaft an jeweils einem Frequenzumrichter sowie zwei Pumpen an je einem Sanftanlasser betrieben. Ansteuerung und Pumpenwechsel erfolgen direkt aus der Leittechnik.
Bei einem Ausfall der Leittechnik werden zwei Pumpen im Notbetrieb dauerhaft an je einem Frequenzumrichter sowie zwei Pumpen an je einem Sanftanlasser betrieben. Ansteuerung und Pumpenwechsel erfolgen über das adaptive Programm im ACS580. Die Frequenzumrichter regeln über den internen PID-Regler den Füllstand zuverlässig.
Sollte der Füllstand über einen im Frequenzumrichter hinterlegten Grenzwert steigen, wird über das adaptive Programm eine weitere Pumpe mit dem ABB-Softstarter PSTX zugeschaltet. Sinkt der Füllstand wieder unter einen bestimmten Grenzwert, wird zuerst die Netz-Pumpe abgeschaltet. Mithilfe des adaptiven Programms wird der Status jeder Pumpe überwacht, sodass im Störfall eine andere Pumpe angesteuert werden kann.
Mit der adaptiven Programmierung wurde zusätzlich ein automatischer Pumpenwechsel der Netz-Pumpe, mit Softstarter, in der Antriebssteuerung/-regelung realisiert. Damit wird eine gleichmäßige Auslastung der Pumpen gewährleistet.
Wichtige Vorteile
Für den Betreiber ergeben sich infolge der neuen Automatisierungslösung mehrere Vorteile: Durch eine bessere Verteilung der Betriebsstunden auf die verschiedenen Pumpen werden diese gleichmäßig ausgelastet. Da immer nur zwei Pumpen laufen dürfen, ist außerdem eine Redundanz der Regelpumpen sowie der starren Netz-Pumpen gegeben. Durch den Einsatz der Frequenzumrichter und Softstarter werden nicht zuletzt die Anlaufströme reduziert, da die Anlage im Notfall über ein Notstromaggregat betrieben werden kann. Sollte einmal die Leittechnik ausfallen, ist hierdurch eine Betriebssicherheit der Kläranlage dennoch gegeben.
Zusätzliche Vorteile ergeben sich durch die Energieeinsparung durch zwei geregelte Pumpen, die eine Anpassung an die notwendige Fördermenge gewährleisten. Eine Wartung einzelner Pumpen im Regelbetrieb ist ohne Einschränkung möglich, da diese dafür abgeschaltet werden können. Im Zuge der Umbauarbeiten wurden des Weiteren das Notstromaggregat sowie der Netzumschalter erneuert.
