Fachbeitrag von Boris Vaihinger
ABB ist seit langen Jahren Automatisierungspartner des kommunalen Wasserversorgers ENCW in Calw. Auch das Pumpwerk Kentheim wurde mit Automatisierungstechnik von ABB modernisiert. Seitdem gewährleisten dort das ABB Ability Operations Data Management zenon, eine SPS AC500 und ACQ580-Frequenzumrichter eine gleichmäßige Versorgung des Wasserwerks Schleiftal mit qualitativ gutem Rohwasser.
Über 24.500 Bürgerinnen und Bürger mit qualitativ hochwertigem Trinkwasser zu versorgen ist eine der Aufgaben, die die Energie Calw (ENCW) für die Schwarzwaldstadt erfüllt. Im Jahr 2021 betrug die Trinkwasserabgabe in Calw 1.157.000 Kubikmeter. Das Wasser wird zu 100 Prozent von den Stadtwerken Calw bezogen. Es stammt zu rund 81 Prozent aus Eigengewinnungsanlagen, etwa 19 Prozent wird als Fremdwasser von verschiedenen Zweckverbänden eingekauft.
Die Stadt Calw einschließlich der Ortsteile werden über die beiden Wasserwerke Schleiftal in Calw und Schweinbachtal in Hirsau mit Wasser versorgt, die wie alle Wassergewinnungsanlagen von den Stadtwerken Calw betrieben werden. Das Wasserwerk Schleiftal, das größere der beiden, bezieht sein Rohwasser aus verschiedenen Brunnen und Quellen. Ein wichtiger Wasserlieferant ist das Pumpwerk Kentheim. Das ehemalige Wasserwerk ist heute eine Sammelstation, in die das Wasser von sechs Tiefbrunnen und von einer Stollenquelle einläuft.
Stollenquelle ist ein wichtiger Wasserlieferant
Die Stollenquelle hat eine wichtige Bedeutung für die Wasserlieferung von diesem Standort. Ihr Ursprung liegt rund 200 Meter tief im Berg. Sie schüttet ihr Wasser in freiem Gefälle in den Sammelbehälter des Pumpwerks aus. Die einfließende Wassermenge wird dabei mithilfe eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers von ABB gemessen.
„Die Quelle liefert zum Jahresende und im Frühjahr mehr Wasser, während ihr Wasserangebot im Sommer zurückgeht. Um Energie zu sparen, soll vorrangig das Quellwasser, das nicht gepumpt werden muss, in den Sammelbehälter einlaufen. Wird mehr Wasser benötigt als die Stollenquelle liefern kann, gehen ab einem bestimmten Behälterstand die Brunnengruppen mit dazu. Bei ihnen fördern Pumpen das Wasser“, berichtet Jörg Friedrich, Teamleiter der Wasserversorgung bei ENCW.
Die ENCW setzt in allen Anlagenteilen der Wasserversorgung, den beiden Wasserwerken wie auch 15 Hochbehältern auf ABB-Komponenten. Als das Pumpwerk Kentheim 2018/2019 modernisiert wurde, kam ebenfalls wieder Steuerungs- und Antriebstechnik von ABB zum Einsatz, und zwar ABB Ability Operations Data Management zenon, eine SPS AC500 und drei ACQ580-Frequenzumrichter.
Rasche Montage der neuen Technik
Die Inbetriebnahme und der Umschluss der neuen Technik erfolgten im August 2019 in einer der heißesten Wochen des Jahres mit sehr hohem Wasserbedarf. Die Schränke, Schaltanlagen sowie die komplette Verdrahtung wurden durch ABB vormontiert. Dadurch konnte die Montage sehr schnell erfolgen und der hohe Wasserbedarf in dieser Zeit stets gedeckt werden.
Die drei Pumpen für die Brunnengruppen werden seitdem durch drei ACQ580-Frequenzumrichter geregelt. Angetrieben werden sie von energieeffizienten IE4-Synchronreluktanzmotoren, die ebenfalls von ABB stammen.
Der robuste und kompakte ACQ580 wurde speziell für die Bedürfnisse der Wasser- und Abwasserbranche entwickelt. Er verfügt über pumpenspezifische Applikationsregelungsprogramme, die helfen, einen optimalen Betrieb der Wasser- bzw. Abwasserpumpe sicherzustellen und Stromkosten zu senken. Die vorprogrammierten Pumpenregelungsfunktionen können mit Assistenten einfach ausgewählt und aktiviert werden.
Eine SPS AC500 regelt den Zulauf zum Wasserwerk und steuert die drei Frequenzumrichter. Sie ist die leistungsstärkste SPS von ABB. Für das Automatisierungssystem gibt es spezielle Bibliotheken für den Wassersektor. Die Wasser-Bibliotheken ermöglichen erweiterte Pumpenfunktionen, Datenspeicherung, den Fernzugriff und eine zuverlässige Datenübertragung.
Gleichmäßige Auslastung der Pumpen
Die AC500 steuert die Frequenzumrichter im Pumpwerk Kentheim so, dass alle drei Pumpen abwechselnd laufen, um eine gleichmäßige Belastung zu gewährleisten. Wenn Wasser aus den Brunnen gefördert wird, läuft zuerst eine Pumpe an. Wird mehr Wasser benötigt, schaltet eine zweite dazu. Beim nächsten Förderzyklus springt eine andere Pumpe als Erste an. Durch diese Regelung werden alle drei Pumpen gleichmäßig belastet.
Die gleichmäßige Auslastung verlängert die mittlere Reparaturzeit und spart Wartungskosten durch einen langfristigen Ausgleich der Betriebszeiten aller Pumpen. Jörg Friedrich betont: „Pumpen, die nicht regelmäßig laufen, setzen eher aus. Indem wir den Betrieb auf mehrere Schultern verteilen, sparen wir auch für jede einzelne Pumpe Betriebsstunden.“
Bei zu hoher Trübung des Rohwassers aus der Stollenquelle sorgt die Steuerung dafür, dass das Wasser automatisch in die Entwässerung abgeführt wird. Beim intelligenten Stollenbetrieb wird die Schüttung der Quelle so überwacht, dass immer die maximale Wassermenge aus dem Stollen genutzt wird.
Überwacht und visualisiert werden die Steuerung und die Frequenzumrichter mit der Software ABB Ability Operations Data Management zenon. Das offene und skalierbare System bietet eine sichere Überwachung, Bedienung, Prüfung, Datenerfassung, Planung und Berichterstellung für die Automatisierungskomponenten. zenon ist außerdem durch ein Sicherheitssystem geschützt, das für den Einsatz in kritischen Infrastrukturen ausgelegt ist.
Jörg Friedrich ist mit Automatisierungstechnik von ABB seit rund zwei Jahrzehnten vertraut: „Die Zuverlässigkeit der Technik ist hoch und die Bedienbarkeit hat sich stark verbessert. Mit ABB pflegen wir eine gute Partnerschaft.“
Aktuell steht die Modernisierung der Automatisierungstechnik für die beiden Wasserwerke, die 15 Hochbehälter und anderer Wassergewinnungsanlagen an. Auch bei diesem Projekt setzt man bei der ENCW wieder auf Technik von ABB.
Über die ENCW
Die Energie Calw (ENCW) ist ein Dienstleistungsunternehmen für die Sparten Strom, Erdgas, Wasser und Wärme. Gesellschafter der ENCW sind die Stadtwerke Calw (51 Prozent) und das Energieversorgungsunternehmen EnBW (49 Prozent). Mit Beteiligungen am Offshore Windpark EnBW Baltic I, zwei Wasserkraftanlagen und acht Photovoltaikanlagen trägt die ENCW dazu bei, die Bedürfnisse der Bevölkerung im Hinblick auf nachhaltig produzierten Strom zu decken.
