AERZEN ist ein international führender Hersteller von leistungsfähigen Druckluftkompressoren und Anwendungsspezialist insbesondere auf dem Gebiet der Abwasseraufbereitung in Kläranlagen. AERZEN baut nicht nur Maschinen zur Verdichtung gasförmiger Medien. Der Hersteller hat auch Möglichkeiten entwickelt, diese Maschinen auf höchst effiziente Weise einzusetzen und zu steuern.
Im Bereich des Abwasserrecyclings in Kläranlagen werden Drehkolbengebläse, Drehkolbenverdichter, Schraubenverdichter und Turbogebläse für die Sauerstoffversorgung in Belebungsbecken eingesetzt. Die dafür erforderliche Erzeugung von Druckluft nimmt einen Großteil des Gesamtenergiebedarfs der Anlage in Anspruch. Daher ist es so wichtig, die Maschinen effizient zu steuern und gerade nur so viel Sauerstoff zu erzeugen, wie jeweils nötig. Werden die Aggregate bei geringem Sauerstoffbedarf zu hoch ausgelastet, schadet das der Effizienz der gesamten Anlage. Der Druckluftbedarf in Kläranlagen variiert jedoch stark. Tagsüber ist der Verbrauch hoch, in der Nacht geringer. Im Sommer wird mehr Wasser benötigt als im Winter. Auch während des Tages schwankt der Wasserverbrauch und daher auch der Bedarf an Sauerstoff in der Kläranlage.
Um jeweils einen dem aktuellen Bedarf angepassten Volumenstrom zu erzeugen, hat AERZEN verschiedene innovative und hocheffiziente Steuerungen entwickelt, die den Einsatz verschiedener Gebläse- oder Verdichterkombinationen ganz nach Bedarf automatisiert regeln. Die Maschinen können einzeln, zu zweit oder auch im Dreierverbund geschaltet werden. Damit gelingt es, die Maschinen effizient-optimiert sehr nahe gemäß der Lastkurve zu steuern und zu verhindern, dass Anlagen über die jeweilige Anforderung hinaus Sauerstoff liefern.
Mit diesen innovativen, vernetzten Lösungen und automatisierten Prozessen setzt AERZEN Meilensteine auf dem Weg zu Industrie 4.0 und fördert ein zukunftsweisendes, ressourcenschonendes Abwassermanagement im Sinne von Wasser 4.0.
Grundsätzlich kann man zwei verschiedene Steuerungen unterscheiden: die dezentrale Steuerung, die fest mit einer Maschine verbunden ist, und die zentrale Steuerung, die außerhalb der einzelnen Aggregate übergeordnet mehrere Maschinen koordiniert – des Weiteren muss man zwischen Einzelplatz- und Verbundsteuerungen unterscheiden. Eine Einzelplatzsteuerung steuert, wie der Name schon sagt, nur einen „Arbeitsplatz“ oder eine Maschine in der Anlage, eine Verbundsteuerung regelt mehrere Maschinen. Im Folgenden sollen diese Begriffe anhand der Beschreibungen der Druckluftsteuerungen AERtronic und AERsmart erklärt und beleuchtet werden:
AERtronic
Eine klassische lokale Aggregatesteuerung ist die AERtronic: AERtronic wird weltweit zur Steuerung der Maschinentypen Delta Blower, Delta Hybrid und Delta Screw von AERZEN eingesetzt. Als Steuerung für einzelne Gebläse wird sie in der Regel in die Schallschutzhaube einer Maschine eingebaut. Sie kann aber auch separat in ein Rack eingebaut werden.
Die Verdichtersteuerung eröffnet ein breites Spektrum an Möglichkeiten und Anwendungen für den Betreiber der Anlage: Auf ihrem übersichtlichen und intuitiv verwendbaren 4,3“-TFT-Display (Thin Film Transistor Display) mit Touchscreen können Techniker die Maschine lokal steuern, Prozessdaten wie Betriebsstunden, Servicestunden oder Betriebsereignisse ablesen und Prozesswerte vor Ort überwachen. Nach der Inbetriebnahme und Eingabe der Betriebsparameter (u. a. Warn- und Abschaltwerte) übernimmt die AERtronic selbstständig die Steuerung der Maschine. Sie regelt z.B. aufgrund der Kennzahlen die Nutzung der Maschine bei optimalem Betriebsdruck. Mittels eines Zusatzmoduls „WebView“ ist eine dezentrale Überwachung via Intranet im Werk und mit einem entsprechenden VPN-Client sogar eine externe Kontrolle über Smartphone, andere mobile Geräte oder PC von jedem Ort der Welt aus möglich. Aktuelle Betriebsdaten, die Übertragung von Fehlermeldungen, Betriebsstunden, Alarmmeldungen, Schwingungsüberwachung, Serviceplanung und die Darstellung sowie Auswertung von Prozessdaten über vordefinierte Zeiträume können auf diese Weise unabhängig vom Standort des Verdichters abgerufen werden.
Dieses Monitoring hat immense Vorteile: Vor allem bietet es die Möglichkeit, zeitnah auf Abweichungen, Fehler- oder Alarmmeldungen zu reagieren. Serviceeinsätze können effektiver geplant werden, durch Schwingungsüberwachung können Verschleißprozesse besser detektiert werden – bis hin zur Durchführung eines echten Condition Monitorings. Für die Kompressorsteuerung stehen alle gängigen Schnittstellen zur Verfügung: Neben dem Standard MODBUS RTU können auch PROFIBUS DP, MODBUS Gateway zwischen RTU und MODBUS TCT (Ethernet) sowie PROFINET© verwendet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Signale wie Eingangs- und Ausgangsdruck, Öldruck oder Temperaturen zu extrahieren und in Form eines 4-20 mA-Signals bereitzustellen. Als dezentrale Steuerung kann die AERtronic bis zu fünf AERZEN Maschinen gleicher Priorität und Bauart über MODBUS RTU sowohl einfach vernetzen als auch synchron steuern. Diese Grundlast-/Wechselschaltung ist in jeder AERtronic bereits installiert.
Mit der AERtronic wurde zudem eine neue Dimension der Maschinentransparenz erreicht, denn sie protokolliert Prozessdaten über den Betrieb des Kompressors oder des Gebläses mit dem entsprechenden Datum in einem Speicher – dadurch sind gezielte Analysen über Betriebsprozesse im Nachhinein möglich. Anhand der Daten können Wartungs- und Servicezeiten systematisch geplant und Korrekturmaßnahmen gezielter eingeleitet werden. Dies erhöht die Betriebszeiten der Maschine.
Das Ergebnis ist eine effizientere Druckluftsteuerung, die die im Verbund arbeitenden Maschinen je nach Bedarf einsetzt bzw. ab- oder hinzuschaltet. Leerlaufzeiten werden vermieden, Last- oder Leerlaufschaltspiele minimiert.
AERsmart
Im Unterschied zur AERtronic ist die neueste AERZEN Entwicklung im Bereich Steuerung, die AERsmart, gleich von Anfang an als Verbundsteuerung konzipiert. Speziell entwickelt für den Abwassermarkt, setzt sie den Energiesparmöglichkeiten der innovativen Performance3-Welt durch weiteres Energieeinsparpotenzial die Krone auf.
Performance3 beschreibt den effizienten Betrieb einer Gruppe von drei verschiedenen AERZEN Gebläsetechnologien: das Delta Blower, ein Drehkolbengebläse, das Delta Hybrid, ein Drehkolbenverdichter und das Aerzen Turbo, ein Turbogebläse oder Turboverdichter. Die einzelnen Maschinen sind für unterschiedliche Volumenstrombereiche optimiert. Die Vorüberlegung der Entwickler dieser innovativen Idee war also, die verschiedenen Maschinentechnologien in einem Verbund zusammenzubringen und somit die unterschiedlichen Stärken in Bezug auf Energieeffizienz der Maschinen bedarfsgerecht und flexibel zu nutzen: Der Turbo wird auch als Turbomaschine bezeichnet und bietet die effizienteste Leistung in der Nähe seines Nennpunktes. Delta Hybrid und Delta Turbo sind Verdrängermaschinen – sie haben auch im Teillastbetrieb einen guten Wirkungsgrad. Blower, Hybrid und Turbo können ganz nach Bedarf, einzeln, zu zweit oder im Dreierverbund eingesetzt werden. Dadurch wird der Energieverbrauch für jede Lastanforderung optimiert. Durch den variablen Einsatz dieser verschiedenen Technologien konnten in Kläranlagen Energieeinsparungen von über 30 % beobachtet werden. Die AERsmart-Steuerung erhöht zusätzlich die Effizienz des Performance3-Kombibetriebs: bis zu 15 % allein durch den Einsatz dieser innovativen Steuerung.
Dabei agiert die AERsmart wie ein Dirigent, der jeweils die effizienteste Maschine oder die effizienteste Kombination von Maschinen schaltet. Die Kennfelddaten der Aggregate und deren Wirkungsgrade werden im Algorithmus der AERsmart gespeichert. Durch die intelligente Auswertung dieser Angaben erfolgt eine aktive Regelung des Maschinenverbundes. Die Koordinierung und Steuerung von bis zu zwölf Maschinen, auch Fremdfabrikanten, ist auf diese Weise möglich. Die angeforderten Volumenströme werden intelligent auf die einzelnen Maschinen verteilt.
Darüber hinaus bietet sie wie die AERtronic die Speicherung und Analyse von Prozessdaten und deren Übermittlung an weitere Systeme. Während die AERtronic nur die Verdrängermaschinen steuert, also Gebläse und Verdichter, steuert die AERsmart auch weitere Technologien, wie das Turbogebläse.
Wie funktioniert das? Die im Belebungsbecken erforderliche Sauerstoffmenge, Druckluft- und Volumenstromwerte werden als Sollwert-Signal oder über eine Busanbindung an die Steuerung übertragen. Die AERsmart wählt danach die optimale Maschinenkombination des Verbundes aus. Der Volumenstrom wird auf diese Weise jederzeit punktgenau und lastgerecht erzeugt. Die geforderten Luftmengen werden optimal auf die verschiedenen Technologien und deren Wirkungsgrade verteilt. Dadurch wird die Sauerstoffversorgung im Belebungsbecken so effizient wie nie erzeugt – auch bei häufigen Lastwechseln entsteht eine nahezu optimale Leistungskurve.
AERsmart ist in zwei Ausführungen erhältlich: zur Wandmontage und als Konsolenmodell. Da sie immer eine zentrale Steuerung und keine Einzelsteuerung darstellt, wird sie nicht in eine Maschine verbaut. Ein benutzerfreundliches User-Interface und die intuitive Menüführung ermöglichen eine einfache Installation. Der hochauflösende 12“-Touchscreen zeigt die Gesamtprozessdaten sowie die Daten der einzelnen Maschinen in übersichtlicher Form an. Auf dem Monitor können z. B. Gesamtluftmenge und der Differenzdruck des letzten Tages, Detailinformationen über die Einzelmaschinen, die Auslastung pro Woche, Einzelluftmenge, oder Druckverlauf der letzten Tage angezeigt werden. Auf diese Weise können Performance und Lebenszyklus jedes Verdichters und auch des gesamten Maschinenparks verfolgt und analysiert werden. Dadurch schafft die AERsmart – wie die AERtronic – eine nie dagewesene Transparenz zu dem Gesamtlebenszyklus der Maschine bzw. des Maschinenverbundes. Die Steuerung kommuniziert über analoge Signale oder Bussysteme, wie MODBUS, PROFIBUS oder PROFINET. Sie ist mit dem Prozessleitsystem und anderen Systemen vernetzbar. Wie bei der AERtronic ermöglicht der Einsatz von AERZEN WebView die Ferndiagnose über ein Intranet oder das Internet. Auch die AERsmart verfügt ebenso wie die AERtronic über eine umfangreiche Sprachauswahl und stellt so die sichere Nutzung der Steuerung weltweit sicher.
Mit beiden Steuerungen, der AERsmart und der AERtronic, sind AERZEN wichtige Schritte in Richtung Industrie 4.0 und „Internet der Dinge“ gelungen. Denn beide Steuerungen eröffnen Möglichkeiten für eine digitalisierte, intelligente und ressourcensparende Produktion sowie eine Kommunikation von Maschine zu Maschine.
