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Mit unseren Online-Anwendungen können wir den Betrieb Ihres Kanalnetzes optimal unterstützen. Ganz unterschiedliche Zielsetzungen, wie z.B. die Reduktion von Entlastungsfrachten und -häufigkeiten, der Schutz empfindlicher Gewässerabschnitte oder die schnelle Erkennung von Betriebsstörungen können dabei im Vordergrund stehen.
Kanalnetzsteuerungen werden am itwh seit vielen Jahren entwickelt und sind seit den 90iger Jahren in der Praxis im Einsatz.
Verbundsteuerungen optimieren in Echtzeit, auf Basis aktueller Messdaten wie Wasserstand und Abfluss, den Betrieb von Kanalnetz sowie bei Bedarf den der Kläranlage. In den neusten Entwicklungen werden darüber hinaus auch in Echtzeit mitlaufende Modelle des Kanalnetzes genutzt (=> digitaler Zwilling).
Inzwischen sind zahlreiche „Verbundsteuerungen“ (auch RTC Real-Time-Control genannt) in Deutschland und Nachbarländern installiert und optimieren in Echtzeit den Betrieb von Kanalnetz sowie bei Bedarf parallel den der Kläranlage.
Die meisten Steuerungen arbeiten auf Basis aktueller Messdaten wie Wasserstand und Abfluss. Neuere Entwicklungen nutzen darüber hinaus inzwischen auch parallel mitlaufende Modelle des Kanalnetzes (link => digitaler Zwilling).
Beispiele
Die Tabelle zeigt exemplarisch eine Übersicht der verschiedenen Randbedingungen und Zielsetzungen der Verbundsteuerungen in CAMPUS-Control, die derzeit in Einzugsgebieten in Nordrhein-Westfalen aktiv sind bzw. sich in der Planung befinden.
Die Entwicklung der Verbundsteuerungen in CONTROL erfolgt offline mit Kanalnetzmodellen in HYSTEM-EXTRAN oder KOSIM. Um in der Variantenstudie parallel die Kläranlage oder neben den Entlastungsfrachten auch die Immission zu fokussieren, kann eine Kopplung mit SIMBA (ifak, Magdeburg) erfolgen.
Nach Schaffung der Schnittstellen zum Leitsystem via OPC-UA-Server wird die zuvor entwickelte Steuerungsdatei in den Online-Betrieb überführt.
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines realen Prozesses oder Systems. In unseren Anwendungen repräsentieren Modelle (z.B. HYSTEM-EXTRAN) zu jedem Zeitschritt Abflussvorgänge im Kanalnetz. Um dauerhaft ein Abbild der Realität zu sein, müssen im Online-Modus je Zeitschritt Regendaten z.B. aus Radarinformationen einfließen und eine automatische Modellkalibrierung an vorhandenen Wasserstand- und Abflussmessdaten stattfinden.
Betreiber können den digitalen Zwilling nutzen, um auch Bereiche ohne Messungen effizient zu überwachen und durch Prognoseszenarien zu optimieren.
Der digitale Zwilling ist eine Basis einer modellbasierten Kanalnetzsteuerungen
Beispiele
Wir verwenden digitale Zwillinge derzeit in folgenden Projekten:
Im Auftrag der Stadtentwässerung Warschau wird eine Kanalnetzsteuerung (RTC) für das Warschauer Kanalnetz umgesetzt. An ca. 10 Steuerstellen im Mischwassernetz sollen Entlastungsvolumen und -häufigkeiten in die Weichsel reduziert werden. Alle großen Pumpwerke und Speicherräume sowie Messungen aus dem Kanalnetz (ca. 80 Geräte), 25 Regenschreiber und Radarregendaten werden in die Verbundsteuerung integriert.
Die Steuerung basiert auf Messdaten und einem digitalen Zwilling in HYSTEM-EXTRAN-ONLINE, der darüber hinaus auch Prognosesimulationen durchführt.
Nach einer einjährigen Testphase startet der Regelbetrieb, den das itwh mit Service und Support begleitet.
Für das Einzugsgebiet des 51 km langen Abwasserkanals Emscher (AKE) und der Kläranlagen Bottrop und Emschermündung in Dinslaken wird im Auftrag der Emschergenossenschaft stufenweise ein übergeordnetes Steuerungskonzept entwickelt („RTC BoDi“). Ziel ist die Reduktion kritischer Gewässerzustände z.B. durch fischtoxische Ammoniak-Konzentrationen bzw. Sauerstoffmangel.
Nach der Entwicklung von „klassischen“ Verbundsteuerungen für die acht relevanten Einzugsgebiete wird in der zweiten Stufe eine übergeordnete Steuerung entwickelt, die mit den einzelnen Steuerungen je Einzugsgebiet interagieren.
Die übergeordnete Steuerung der relevanten Bauwerke, die direkt in den AKE einleiten, wird besonders bei ungleicher Regenverteilung und entsprechenden Abflussverhältnissen wirksam. Freie Kapazitäten im Gesamtsystem werden genutzt, ohne die zulässigen Gesamtzuflüsse zum AKE zu überschreiten. Für diese Stufe 2 wird ein Online-Modell (HE-Online & KOSIM), ein digitaler Zwilling des AKE eingesetzt, um die Steuerung durch Abflussprognosen aus Niederschlagsvorhersagen (Radardaten) zu unterstützen.
Auf Basis relevanter Kläranlagenmessdaten wird in der 3. Stufe eine integrierte Steuerung ergänzt. Damit kann bei Bedarf eine Erhöhung/Reduktion bzw. Umverteilung der bisherigen Abflüsse zu den beiden Kläranlagen erfolgen.
Im Kanalnetz der Entwässerungsbetriebe Mannheim wurde ein digitaler Zwilling in HE-Online in Betrieb genommen, der als Basis für ein Management-Support-System dient.
Unser Management-Support-System (MSS) soll zukünftig Betreiber von Kanalnetzen bei der Entscheidungsfindung und beim Management des Betriebs optimal unterstützen. Durch das Zusammenführung von IT, Sensorik und Modellanwendungen entsteht die Basis, um zukünftig wasserwirtschaftliche Systeme besser zu verstehen und die Daten für relevante Prozesse nutzbar zu machen.
Dieses zusätzliche Prozesswissen kann als Grundlage für Entscheidungen und Betriebsstrategien dienen:
Gegenüber einer lokalen Steuerung verarbeitet die auf einem zentralen Rechner installierte Steuerungssoftware CAMPUS-Control die Informationen von mehreren Bauwerken oder Messtellen. Im Verbund kann das verfügbare Speichervolumen des Kanalnetzes dynamisch, in Abhängigkeit des jeweiligen Regens, bestmöglich genutzt werden. Je nach Einzugsgebiet können Reduktionen der Entlastungshäufigkeiten und Entlastungsfrachten in die Gewässer von bis zu 25% erreicht werden.
Die CAMPUS-Produktfamilie beinhaltet noch weitere Bausteine, welche zusammen wirken.
