Shanghai Zhonghan Electric: Projektbeispiel für die SPS-Steuersystemlösung einer Kläranlage

I. Projektübersicht

Eine kommunale Kläranlage wollte ihre Betriebsabläufe modernisieren, um die Effizienz zu steigern, eine konstant hohe Ablaufwasserqualität sicherzustellen und die Wartungskosten zu senken. Zu diesem Zweck beauftragte die Anlage Shanghai Zhonghan Electric mit der Konzeption, Fertigung, Programmierung sowie der Inbetriebnahme des umfassenden Automatisierungssteuerungssystems vor Ort. Das zentrale Ziel bestand darin, eine präzise, vollautomatische Steuerung des gesamten Klärprozesses bereitzustellen und so eine zuverlässige Leistung sowie einen stabilen, unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Im Mittelpunkt dieser Lösung stand ein maßgeschneidertes SPS-Steuerungssystem, das speziell auf die individuellen betrieblichen Anforderungen der Anlage ausgelegt und nahtlos in die bestehende Infrastruktur integrierbar war.

II. Kernprojektlösung & Konfiguration

(A) Steuerkernkonfiguration

Das SPS-Steuerungssystem wurde um die Siemens-S7-1500-Serie (CPU 1516-3PN/DP) aufgebaut, die als zentrale Steuereinheit aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit ausgewählt wurde. Dieses System wurde für etwa 800 E/A-Punkte (DI, DO, AI, AO) ausgelegt und ermöglicht eine umfassende Signalüberwachung und -steuerung sämtlicher Prozesseinheiten, darunter Siebung, Belüftung, Schlammrückführung und Klärung. Die Architektur folgte einem verteilten Konzept mit 1 Hauptstation und 3 Fernstationen, um eine zuverlässige Abdeckung der weitläufigen Anlagenanordnung sicherzustellen. Die Kommunikation zwischen Haupt- und Fernstationen erfolgte über Industrial Ethernet über Lichtwellenleiter und gewährleistete damit eine außergewöhnlich hohe Störfestigkeit sowie eine stabile Datenübertragung selbst in der rauen, elektrisch stark gestörten Umgebung der Anlage.

(B) HMI- und Hardware-Konfiguration

Um das SPS-Steuerungssystem zu ergänzen, umfasste das Projekt eine vollständig integrierte Hardware- und Überwachungslösung. Das zentrale Überwachungssystem basierte auf Siemens WINCC 7.5 und bot erweiterte Funktionen wie Visualisierung des Echtzeit-Prozessablaufs, historische Datenaufzeichnung, Alarmmanagement, automatisierte Berichterstellung sowie Fernsteuerungsmöglichkeiten. Der maßgefertigte SPS-Steuerungsschrank bestand aus hochwertigem kaltgewalztem Stahl mit elektrostatischer Pulverbeschichtung und erreichte eine Schutzart IP40, um den feuchten und korrosiven Bedingungen typischer Kläranlagen standzuhalten. Ein MCGS-(Kunlun Tongtai)-Touchscreen war an der Schranktür installiert, um den lokalen Vor-Ort-Betrieb und die lokale Vor-Ort-Überwachung für schnelle Anpassungen und Fehlerbehebung zu ermöglichen. Im Inneren des Schranks waren Komponenten renommierter Marken sorgfältig angeordnet und ordnungsgemäß verdrahtet, wobei strikt internationale elektrische Sicherheitsstandards eingehalten wurden, um eine langfristige Systemzuverlässigkeit zu gewährleisten.

III. Service- und Implementierungsprozess

Shanghai Zhonghan Electric lieferte einen Full-Service über den gesamten Lebenszyklus, um den Projekterfolg sicherzustellen:

• Konzeptentwicklung: Unser Team führte umfassende Vor-Ort-Recherchen durch, um die Produktionsprozesse der Anlage zu erfassen, erstellte detaillierte elektrische Schaltpläne und entwickelte sowohl die Touchscreen- als auch die Host-Computer-Benutzeroberflächen für eine intuitive Bedienung.
• Fertigung und Montage: Der SPS-Schaltschrank wurde exakt nach den Spezifikationen gefertigt, wobei der MCGS-Touchscreen integriert und alle internen Komponenten – darunter die Siemens-SPS, Stromversorgungen und Kommunikationsmodule – montiert wurden.
• Softwareentwicklung: Eine kundenspezifische SPS-Steuersoftware wurde entwickelt, um Kernprozesse – von der ersten Siebung bis zur endgültigen Ablaufwasserableitung – zu automatisieren. Die Bedieneroberflächen WINCC und MCGS wurden so konfiguriert, dass sie den Bedienern klare und handlungsorientierte Einblicke in die Systemleistung bieten.
• Inbetriebnahme vor Ort: Senior-Ingenieure wurden vor Ort eingesetzt, um die Verdrahtungsprüfung, die Netzwerkfehlersuche und die Systemintegrationsprüfung durchzuführen und sicherzustellen, dass das SPS-Steuerungssystem nahtlos mit Feldgeräten wie Pumpen, Ventilen und Sensoren kommunizierte.
• Schulung und Übergabe: Dem Team des Kunden wurde eine umfassende Schulung zum Betrieb und zur Wartung des Systems angeboten, die Themen wie Systemnavigation, Fehlerbehebung und regelmäßige Pflege umfasste. Die gesamte technische Dokumentation – darunter Schaltpläne, Handbücher und Software-Backups – wurde übergeben, um die Projektabnahme abzuschließen.

IV. Projektergebnisse

Nach der Inbetriebnahme ermöglichte das SPS-Steuerungssystem eine vollautomatische und intelligente Steuerung des gesamten Abwasserbehandlungsprozesses. Das System gewährleistete eine stabile Geräteleistung, eine schnelle Fehlererkennung und -reaktion sowie erhebliche Einsparungen bei den manuellen Arbeitskosten und machte ständige vor-Ort-Anpassungen überflüssig. Die Qualität des Ablaufwassers erfüllte und übertraf konsistent die gesetzlichen Anforderungen – selbst während Spitzenlastzeiten – und belegte damit die Fähigkeit des SPS-Steuerungsschranks, sich an dynamische Betriebsbedingungen anzupassen. Das Projekt wurde termingerecht und im Budgetrahmen abgeschlossen und erhielt vom Kunden hohe Anerkennung für seine Zuverlässigkeit, Benutzerfreundlichkeit sowie die positive Wirkung auf die betriebliche Effizienz.

V. Projektzusammenfassung

Dieses Projekt einer Kläranlage ist ein eindrucksvoller Beleg für die Kompetenz von Shanghai Zhonghan Electric im Bereich der Konzeption von SPS-Steuerungssystemen, der Fertigung von Anlagenteilen sowie der Inbetriebnahme vor Ort. Es unterstreicht unsere Fähigkeit, maßgeschneiderte Hochleistungslösungen anzubieten, die speziell auf die besonderen Herausforderungen städtischer Umweltinfrastruktur zugeschnitten sind. Shanghai Zhonghan Electric wird auch künftig ihre Präsenz im Bereich der Umweltautomation weiter ausbauen und dabei fortschrittliche Technologien wie das SPS-Steuerungssystem nutzen, um weltweit eine intelligente, effiziente und nachhaltige Entwicklung der Abwasserbehandlungsbranche voranzutreiben.