Herausforderung Wireless

Wer sich bei Monopoly mit Aussicht auf dicke Gewinne die Besitzrechte an dem Wasserwerk gesichert hatte, wurde meist enttäuscht. Selten landete ein Mitspieler darauf – und wenn doch, so reichten die Einnahmen kaum für eine Nacht in der Schillerstraße aus. Auf ganz andere – illegale – Einnahmen haben es Rohstoffdiebe abgesehen, die immer häufiger Kupferrohre, Stromleitungen, Messingbauteile oder Eisenbahnschienen entwenden. Auch die RWW Rheinisch-Westfälischen Wasserwerke in Mülheim an der Ruhr mussten diese Herausforderung meistern und potenziellen Tätern den Diebstahl von Kupfer- und Messingteilen an Brunnendeckeln nahezu unmöglich machen. Zwar wären für den Versorger schon die Rohstoffdiebstähle an sich ein erheblicher Schaden, doch weitaus unberechenbarer sind offene Brunnendeckel: Neben der Unfallgefahr besteht dabei auch das Risiko, das das Trinkwasser absichtlich oder unabsichtlich verschmutzt oder im Extremfall sogar vergiftet werden könnte. Man sah sich gezwungen, eine dauerhafte Erfassung der Brunnendeckel einzurichten, um eine zuverlässige Überwachung zu gewährleisten. 2010 entschied sich der Mülheimer Versorger, den korrekten Verschluss der Deckel kontinuierlich zu überwachen. Da bei mehreren Hundert Brunnen, die im Endausbau überwacht werden sollen, allein die Erdarbeiten für eine Verkabelung schlicht unbezahlbar wären, blieb als einzige sinnvolle Alternative nur eine drahtlose Überwachungslösung mit Batteriebetrieb.

Auch wenn Diebstahlsicherungen und Alarmanlagen nicht unbedingt das Kerngeschäft eines Automatisierungsspezialisten sind, konnte Turck die Anforderungen von RWW an ein kabelloses Sicherungssystem der Brunnendeckel am besten erfüllen. „Das Sicherungssystem sollte zuverlässig und kabellos die Öffnung der Brunnendeckel registrieren und an die zentrale Leitstelle melden“, sagt Frank Siepmann, verantwortlich für die Elektrotechnik-Instandhaltung bei RWW. „Die weiteren Details sollten die angefragten Unternehmen dann individuell ausarbeiten. Da wir mit Turck bereits gute Erfahrungen bei der Sensor- und Interfacetechnik gemacht hatten, haben wir auch dort angefragt.“ Nach einem Auswahlverfahren im Sommer 2010 haben sich die RWW-Verantwortlichen letztlich für die Turck-Lösung entschieden, die der Mülheimer Automatisierungsspezialist in engem Kontakt mit den zuständigen RWW-Mitarbeitern entwickelt hat. „Die individuell zugeschnittene Lösung und nicht das Bereitstellen eines technisch ausgereiften Testsystems vor Ort hat uns überzeugt“, erklärt Siepmann die Gründe.

Heute ist bei RWW ein System im Einsatz, das aktuell den Status von mehr als 50 Brunnen erfasst und diesen an die zentrale Leitwarte des Wasserwerks übermittelt. Das unbemerkte Öffnen der Brunnen und damit das Risiko der Wasserverunreinigung ist seitdem zuverlässig ausgeschlossen. An weiteren Standorten werden derzeit zusätzliche 90 Brunnen ausgerüstet. Die nächste Ausbaustufe ist für das laufende Jahr geplant.

Im Prinzip ist die Überwachungslösung so einfach wie durchdacht: Am äußeren Rand des Brunnendeckels sitzt ein induktiver Näherungsschalter der uprox-Reihe, der den Metallrand des Brunnens erfasst, solang der Deckel geschlossen ist. Wird der Deckel geöffnet, „sieht“ der Sensor ins Leere und ändert sein Signal. Weil die Brunnendeckelränder aus unterschiedlichen Metallen (u.a. Aluminium) gefertigt sind, setzt Turck hier uprox-Faktor-1-Sensoren ein, die auf alle Metalle den gleichen Schaltabstand haben.

Der batteriebetriebene Wireless-Sender der DX80-Serie von Partner Banner Engineering sendet das Sensorsignal im 2,4GHz-Band per Funk an das DX80-Gateway in der Filterhalle, von wo aus das Signal per Modbus RTU an die Warte in der Filterhalle und den zentralen Leitstand weitergeleitet wird. In der Warte wird der Zustand aller Brunnendeckel auf einem HMI visualisiert, so dass auf einen Blick erkennbar ist, wenn es an einem Brunnen Probleme gibt. Die DX80-Serie erlaubt es, an einem Gateway bis zu 48 Sender (Nodes) mit je zwei digitalen oder analogen Sensoren anzuschließen. Das System bei RWW könnte also problemlos um weitere Sensoren an den Nodes erweitert werden, die dann beispielsweise den Füllstand eines Brunnens erfassen und drahtlos an die Steuerung übermitteln.

Neben dem digitalen Schaltsignal für den korrekt geschlossenen Deckel sendet das DX80 eine Statusinformation, um die reibungslose Funktion der Datenübertragung anzuzeigen. Bleibt diese Statusinformation aus, gibt das Empfänger-Gateway eine Sabotage-Meldung an das Leitsystem weiter. So lässt sich die tatsächliche Öffnung des Deckels von einem Übertragungsproblem durch Stromausfall, Funkstörungen oder andere Defekte unterscheiden. Die Kommunikation zwischen Node und Gateway erfolgt bidirektional, die Nodes sind also Sender und Empfänger. Die Batterie versorgt sowohl den Node als auch den angeschlossenen Sensor, wobei ein intelligentes Power-Management das System so steuert, dass es mehr als zwei Jahre mit einer Batterie senden kann.

Eine drahtlose Funkstrecke ist schnell und komfortabel installiert, hat aber auch manchmal ihre Tücken: So ist bei dem einen oder anderen Brunnen die Übertragung immer mal wieder kurzzeitig gestört, was zur Ausgabe einer Sabotagemeldung führt. Die Ursache vermutet man darin, dass Bäume oder hohes Gras die Funkübertragung zwischen Sender und Gateway kurzzeitig stören. Eine Lösung für diesen Fall: Einzelne Nodes können zu einem Unternetzwerk verknüpft werden, dessen Signale dann gebündelt über ein DX80 Data Radio an das gemeinsame Gateway gesendet werden. So lassen sich auch diejenigen Sensoren sicher ans Netzwerk binden, deren direkter Kontakt mit der zentralen Antenne aufgrund ungünstiger topografischer Gegebenheiten problematisch ist. Mit den eingesetzten DX80 Nodes kann diese Funktionalität ohne Weiteres umgesetzt werden.

Derzeit arbeitet Turck mit den RWW-Spezialisten daran, auch diese Herausforderung zu meistern. Nach den bisherigen Erfahrungen ist Frank Siepmann zuversichtlich, dass dies in Kürze gelingen wird: „Natürlich hatten wir bei der Umsetzung der Funkstrecke ein paar Startschwierigkeiten, aber auftretende Probleme wurden bisher immer kurzfristig gelöst.

Lars Franke, Vertriebsspezialist bei Turck, Mülheim