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© ifm electronic gmbh Weltweiter Branchenvertrieb KIE - hp Stand: 29/05/2008 Seite 1

Kostensenkung & EnergieeffizienzKostensenkung & Energieeffizienzdurch nachhaltige Umsetzungdurch nachhaltige Umsetzung

Projekt:Projekt:Stadtbad Plauen

Viktor Schauberger (1885-1958)österreichischer Naturforscher und Erfinder

Autor: Heiko Peters


"Irgendwann in diesem Jahrhundert wird eine

Flasche mit reinem Wasser mehr kosten als

eine Flasche Wein."


Inhaltsverzeichnis:

• Einleitung• Kurzbericht zum historischen Stadtbad in Plauen............... 3

• Anlagenbeschreibung• Grenzstandüberwachung im Schwimmbad....................... 4• Verdrahtungssystem AS-i in der Badewassertechnik....... 5• Schema zur Vernetzung von Schwenkantrieben............... 6• Kostenvergleich Verdrahtungsvarianten............................ 7• Energieeffizienz in der Drucklufterzeugung....................... 8• Moderne Pumpendiagnose mit Schwingungssensoren..... 9• Schwingungsdiagnose mit Teleservicekonzept............... 10

• Schlusswort• Zusammenfassung und Kurzprofil der ifm electronic....... 11• Beteiligte Firmen.............................................................. 12


„Aus alt wird modern“An alte Zeiten sollte angeknüpft werden,ein Bad für sportliche Betätigung neuerstrahlen.In den Jahren 2004 bis 2007 wurden derUmbau und die Erweiterung des Sport-bades durchgeführt. Auch bei derModernisierung stand der sportlicheGedanke im Vordergrund, denn nicht nurdie Badegäste sollen zukünftig zuHöchstleistungen angetrieben werden.Weiterhin sollen in puncto Wirtschaftlich-keit beim Betrieb des Bades und bei dertechnischen Ausstattung Spitzenwerte

Plauen liegt im Tal und an den Uferhängen der Weißen Elster. Im Bereich der Einmündungder Syra in die Weiße Elster weitet sich das Tal zu einem Becken. Hier befindet sich dasStadtzentrum. Zu weltweitem Bekanntheitsgrad gelang Plauen um die Jahrhundertwendedurch die Herstellung der Plauener Spitze. (Quelle: Wikipedia; http://de.wikipedia.org/wiki/Plauen)

Genau hier befindet sich das einst fortschrittlichste Schwimmbad Deutschlands. Erbaut inden Jahren 1909 bis 1912, wurde es damals als „König-Albert-Bad eingeweiht“, direkt amElsterufer in der Nähe des Plauener Zentrums. Mit seiner Herren- und Damenhalle,medizinischen Bädern und Sauna hatte es eine prägende Erscheinung. .In den Kriegsjahren des 2. Weltkriegs wurde die Damenhalle durch Bomben zerstört, derSaunabereich und die Herrenhalle konnten gerettet und Mitte der 50er Jahre wiedergenutzt werden. Auf Grund des schlechten Zustandes des Gebäudes und der in die Jahregekommenen technischen Ausstattung wurde der Betrieb 2004 eingestellt.

Das historische Stadtbad in Plauen

erzielt werden. Die Planung des Gebäudekonzepts durch OBERMAYER Albis-BauplanGmbH macht dieses in Bezug auf ein nachhaltiges Energiekonzept zur Reduzierung derEnergiekosten ganz klar sichtbar. Der Einsatz einer RLT-Anlage (Raumlufttechnische-Anlage) in Kombination mit einer Solar-Luftkollektoranlage sowie der Wärme-rückgewinnung setzen hier Zeichen.Die eigentliche Technik, welche von Badegästen nie wahrgenommen wird, aber docheigentlich das Herzstück eines Schwimmbades ausmacht, wurde von dem renommiertenund in Plauen ansässigen Unternehmen WTA Plauen GmbH (WassertechnischerAnlagenbau Plauen GmbH) geliefert, montiert und in Betrieb genommen.

Bild 1: Neue Sportschwimmhalle mit Vario- Schwimmbecken vonca. 50 m x 16,7 m, mit Blick auf die Weiße Elster


Amortisationszeit einer Überfüllsicherung im Worst CaseBei einem durchschnittlichen Wasserpreis von 1,85 €/m³ (Quelle: BDEW-Wassertarifstatistik 2007)

und einer Rohwasserpumpe mit einer Förderleistung von ca. 250 m³/h, kann rechnerisch(fiktiv), folgendes betrachtet werden:Kosten €/h beim Versagen einer Füllstandmessung: 250 m³/h x 1,85 €/m³ = 462,50 €/hUmgerechnet belaufen sich die Kosten pro Minute auf: 7,71€Die Kosten eines Niveausensors, inkl. Kabeldose, belaufen sich auf ca. 105 €. Dieses er-gibt eine Amortisationszeit, im Worst Case, von ca. 14 min. Unberücksichtigt bleiben dieeigentlichen Hauptkosten, welche durch eine Instandsetzung der Anlage und Einnahme-ausfälle des Bades, sowie Kollateralschäden entstehen.

Wie zuvor erwähnt befindet sich die Haupttechnik des Schwimmbades im Kellerbereich.Der Schutz dieses wichtigen Gebäudeteils sollte nicht vernachlässigt werden. Ein über-fluteter Technikbereich bedeutet Schäden in enormer Kostenhöhe. Dies ist ein Grund, sichfür eine einfache, effektive und kostengünstige Hochwassermeldung zu entscheiden.

Kapazitive Grenzstandsensoren der BaureiheLI50xx und LI20xx sind in diesen Applikatio-nen als Bodensonde oder mit ihrer Zulassungnach WHG als Teil einer Überfüllsicherung inkritischen Anwendungen einsetzbar. Das mo-dulare Montagekonzept reduziert die sonstübliche Typenvielfalt. Einfache Einstellung perTastendruck und eine gut sichtbare Betriebs-und Schaltzustandsanzeige via LED gibt derAnlage die Sicherheit, die Sie benötigt.

• Sichere Medienerkennung auch bei Verschmutzung und Schaumbildung• Einfache Einstellung auf den Grenzstand per Tastendruck• Zuverlässig als Überfüllsicherung gemäß WHG §19

Die Überwachung von Pumpen-sümpfen und Bodenkanälen ist „nur“eine in zweiter Linie greifende Instanz.Eine präventive Maßnahme im Vorfeldverhindert, bei geringen Mehrkosten,einen exponentiell höheren Schaden;in diesem Fall eine binäre Überlauf-meldung der offenen Filter. Zum Ein-satz kommen die Niveausensoren vomTyp LI5041. Die Niveauregelung wirddurch eine hydrostatische Füllstand-messung mit dem benötigten Analog-signal versorgt.

Bild 3: Niveausensorvom Typ LI5041

Bild 2: Niveausensor vom Typ LI5041 als Bodensonde

Sichere Grenzen

Bild 4: Filteranlage von Firma WTAmit Überlaufmeldung


Das SmartLink (AC1335) mit integriertem AS-i Masterfungiert als Gateway zum Profibus DP und wird zu-sammen mit einem AS-i Kommunikationsnetzteil(AC1218) dezentral im Feld montiert. Die Fa. EBROArmaturen GmbH bietet eine bereits „steckerfertige“Feldlösung mit zuvor genannten Komponenten der ifmelectronic gmbh an. Das AS-i SmartLink agiert im Profi-bus DP Netzwerk als Slave. Durch die dezentrale Anord-nung des Profibus DP Slaves (SmartLink) und der AS-iSlaves ist ein Teil der Intelligenz (I/O-Baugruppen) derAnlage ins Feld versetzt worden. Dadurch werdenEinsparungen, vor allem durch kleinere Schaltschränke,deutlich sichtbar. Erweiterungen der Anlage sind ohneVeränderungen am Schaltschrank leicht realisierbar. Dasintelligente Verdrahtungssystem AS-i lässt sich nicht nurzur Verarbeitung von digitalen Signalen und Ansteuerungvon binären Aktuatoren einsetzen. Es ist ebenso zumEinsammeln von analogen Prozessdaten im Feld nutz-bar.

Zeit- und „Kostenfresser“, speziell in technischen Anlagen, verbergen sich z. B. bei denInstallations- und Verdrahtungszeiten, sowie dem benötigten Leitungs- und Verlege-material. Genau hier setzt das intelligente Verdrahtungssystem AS-i (Aktuator SensorInterface) an. Es vereinfacht und minimiert bereits bei der Erstellung der Schalt- undVerlegepläne die Arbeit. Anstelle von unzählig vielen Einzelleitungen wird nur eine2-adrige, gelbe AS-i Leitung verlegt. Die standardisierte Durchdringungstechnik sorgt füreine schnelle und kostengünstige Montage ohne das Auftrennen der Leitung und dasKonfektionieren der Einzeladern. Die Minimierung der Leitungsmengen, durch denEinsatz von AS-i, trägt erheblich zur Brandlastensenkung in öffentlichen Gebäuden bei.

Als zentrale Steuerungs-technik wurde eine handels-übliche SPS mit Profibus DPMaster eingesetzt. Zur Kom-munikation auf der AS-i Seiteund als Schnittstelle zurProfibus DP Umgebung wirdein AS-i SmartLink DP(AC1335) der ifm electroniceingesetzt.Die Softwareeinbindung alsProfibus DP-Slave in der SPSerfolgt über GSD-Dateien.Diese GSD-Dateien sind vonKunden in diversen Anwen-dungen getestet und stehenzum Download auf der ifmHomepage bereit.

Bild 5: Oben AC1335 ( Smart Link DP) und AC1218 (AS-i Netzteil 8A);unten Filtertechnik von Firma WTA mit EBRO Schwenkantrieben;rechts Schwenkantriebe am Schwallwasserbehälter mit AS-i Ansteuerung

Bild 6: Filter von Firma WTA mit AS-iModulen AC2516 und AC2507

Anlagenbau in Bestzeit


Allgemeines AnlagenschemaAllgemeines AnlagenschemaVernetzung von SchwenkantriebenVernetzung von Schwenkantrieben

in der Schwimmbadtechnikin der Schwimmbadtechnik

Filtration Kreislauf 2

Schwimmbecken

Schwallwasserbehälter

Rohwasser-pumpe 1

Rohwasser-pumpe 2

Filtrat-pumpe

Filtrat-pumpe

Zum Kreislauf 1

Schematischer Ausschnitt vom Kreislauf 2 der Filtration des Schwimmbeckens.Der verwendete SmartLink (AC1335) verwaltet insgesamt, im Kreislauf 1 + 2 derAufbereitung, 29 pneumatische Schwenkantriebe, welche mit AS-i Dualsensor T5ausgerüstet sind. Zusätzlich werden die Analogwerte der Drucksensoren (z. B. PE3004)und Grenzstandmeldungen (LI5041) über die AS-i Feldmodule eingesammelt. = Grenzstandmeldung = hydrostatischer Filterdruck = Pumpendruck Saugseite

FilterFilter

Profibus DPzur Zentral-SPS

PS

S

PS

PE

S

S PS PE

PE


Standardisierte Analog- und Binärsignale, wie z. B. kontinuierlicheFüllstandsmessung, Temperaturen oder binäre Überfüllmeldungenkönnen, mit geringem Aufwand, vor Ort erfasst und über dasintelligente Verdrahtungssystem AS-Interface an die eingesetzteSPS übertragen werden. Die hohe Schutzart von IP67 der AS-iClassicLine Feldmodule ermöglicht z. B. einen direkten Einsatz amFilter ohne zusätzlichen mechanischen Schutz. Die AD-Wandlungfindet direkt im AS-i Modul statt und erleichtert um einWesentliches die Systemprogrammierung. Einsparungen in derVerkabelung zur Sensorik und Aktuatorik werden durchstandardisierte Verbindungsleitungen ermöglicht.

Bild 7: AS-i FeldmodulAC2516 mit 4 analogenEingängen

Ziehen wir zur Betrachtung die pneumatisch angetriebenen Schwenkantriebe von Firma.EBRO ARMATUREN GmbH heran, lässt sich das Einsparpotential leicht ermitteln.

Erläuterung zur Berechnung:Gegenüber gestellt werden die reinen „Verdrahtungszeiten“ und die daraus resul-tierenden Kosten (Kennzahlen vom Zentralverband der Deutschen Elektro- undInformationstechnischen Handwerke).

Bild 8: Filtratwasserleitung mit T5-Anschaltung

Zum Vergleich ziehen wireinen Schwenkantrieb mitSchaltkasten und integriertenmechanischen Endschalternheran. Im direkten Wettbe-werb hierzu ein Antrieb mitAS-i Anschaltung, einem AS-iDualsensor T5.Beide Varianten werden vonFirma EBRO ARMATURENGmbH ab Werk mit Magnet-ventil und vormontiert amSchwenkantrieb angeboten.Beide genannten Variantenwerden getestet ausgeliefert.

Verarbeitung von analogen und binären Signalen

Kostenvergleich AS-i zur konventionellen Verdrahtung :


Damit beim Baden nicht die Luft ausgehtIn den zwei Kreisläufen dieses Projektes zurWasseraufbereitung sind 29 pneumatischangetriebene Schwenkantriebe installiert. Diesewerden in den Erstfiltratleitungen, an Schwall-wasserbehältern, Rinnenumschaltungen undden vier offenen Filtern von Firma WTA be-nötigt. Wie bereits beschrieben, handelt es sichum pneumatische Antriebe, die mit Druckluftangetrieben werden. An zentraler Stelle in derHaupttechnik wird mittels eines Doppelkom-pressors der benötigte Druck erzeugt. Auch hierkann, wie durch Firma WTA umgesetzt, amGedanken der Energieeffizienz mitgewirktwerden. Die bei der Drucklufterzeugungbenötigte Energie ist ein kostbares Gut undsollte aus diesem Grund bedacht und gutdosiert eingesetzt werden.

Bild 10: Drucklufterzeugung via Doppelkompressormit Druckschalter PK6524 und DruckluftzählerSD6000

hier dem Anwender eine kostengünstige Möglichkeit, den aktuellen Druckluftverbrauchsowie den Gesamtverbrauch präzise zu messen. Hierfür ist der Sensor werksseitig ineiner Messstrecke montiert und abgeglichen. Die Möglichkeit der Kostenzuordnung für dieGesamtbetrachtung des Gebäudes kann somit bis auf die Prozessebeneheruntergebrochen werden. Auf Grund der hohen Empfindlichkeit werden auch kleinsteMengen, wie sie z.B. bei Leckagen auftreten, frühzeitig erkannt und können beseitigtwerden. Der Einsatz zur Optimierung der Anlage wurde von Firma WTA Plauenaufgegriffen und aus eigenem Interesse in der Anlage implementiert. Ein elektronischerDruckschalter vom Typ PK6524 überwacht den Anlagendruck. Der kompakte ifm-Druckschalter der Baureihe PK verfügt als erster elektronischer Druckschalter über einegelungene Kombination aus einfachster Einstellbarkeit und hoher Langzeitstabilität.Faszinierend ist die einfache Bedienung: Die radialen Stellringe mit einer deutlichablesbaren Einheitenskala erlauben jedem Benutzer eine schnelle und genaueEinstellung des Schalt- und Rückschaltpunktes, auch ohne anstehenden Druck.

Bild 11: DruckschalterPK6524

Bild 12: Druckluftzählerefector metris SD6000

Ein Luftverlust in der Druckluftanlage, auf Grundeiner nur 1 mm kleinen Leckage, verursacht beieinem Druck von 6 bar Energieverluste von0,3 kWh. Das entspricht einem Betrag von ca.144 €/Jahr (kWh x 0,06 € x 8.000 Bh/a). Beieinem 12 bar Druckluftnetz entstehen, untero. g. Situation, Kosten von 480 €/Jahr.(Quelle: www.druckluft-effizient.de)

Was kostet eine Leckage?

Der ifm Druckluftzähler efector metris bietet


Moderne PumpendiagnoseUm zu einem reibungslosen Betrieb der Pumpen und so zu einem ungestörtenProzessablauf beizutragen, gibt es verschieden Ansätze. Ein wichtiger Punkt ist dieVermeidung eines Trockenlaufs oder Lagerschadens der eingesetzten Pumpen. Diesesführt nach kurzer Zeit zu einem Defekt und somit zu Kosten für Instandsetzung und ggf.Ausfall von Einnahmen. Ein Weg ist der Einsatz von handelsüblichenStrömungswächtern, z. B. der Baureihe SI5000 von ifm electronic, als Trockenlaufschutz.

Mit bekannter und ausgereifter Technik hat sich Firma WTAPlauen GmbH schon über Jahre hinweg einen sehr guten Ruf imSegment der Schwimmbadtechnik erarbeitet. Aber nicht nur aufdas Altbekannte sollte zurückgegriffen, sondern auchInnovationen dem Betreiber angeboten und aufgezeigt werden.So wurde beschlossen, die eingesetzten Rohwasserpumpen vonFirma Fluvo, sowie die Filtratpumpen von Firma HERBORNERPUMPENFABRIK mit kostengünstigen Schwingungssensorenund Auswerteeinheiten von ifm electronic auszustatten.

Bild 13: 4 Rohwasserpumpen an den Schwallwasserbehältern Bild 14: Filtratpumpen an den Filtern

Der Schwingungssensor VSA001 dient zur Messdatener-fassung speziell für die octavis Diagnoseelektronik TypVSE002. Die kompakte und äußerst robuste Ausführungbietet selbst bei widrigsten Umweltbedingungen großeLangzeitstabilität.• Die permanente Überwachung erkennt Schäden an Komponenten bereits in der Entstehung.• Wartungsarbeiten werden nur nach Bedarf ausgeführt und können rechtzeitig geplant werden, nach dem Prinzip des RTM (Real Time Maintenance).• Gegenüber der präventiven Wartung kann eine Kosten- ersparnis von weiteren ca. 18% erzielt werden. Stillstände werden dadurch reduziert.

Schwingungsdiagnose mit Sensoren der ifmBild 15: Filtratpumpenmit efector octavis

Bild 16: Schwingungssensor efectoroctavis VSA001


Mit der efector octavis Diagnoseelektronik ist esmöglich, gleichzeitig die Messsignale von bis zuvier Schwingungssensoren mit der octavis Tech-nologie kontinuierlich zu analysieren und zubewerten. Voralarm und Alarm werden elektrischüber Schaltausgänge gemeldet. Bis zu 2.000Werte werden in der Diagnoseelektronik ge-speichert.

Mit Hilfe der Ethernet-Schnittstelle kann diedezentrale Diagnose zusätzlich in überge-ordnete Systeme eingebunden werden. Durchdie Datenkompatibilität (OPC) können die Diag-nosewerte in jede handelsübliche Visualisier-ungsumgebung bequem eingebunden sowie imRahmen von Teleservicekonzepten einerFerndiagnose zugänglich gemacht werden.

In dieser modernen Schwimmbadtechnik wirdvon Firma WTA Plauen GmbH gezeigt, wie dieDiagnosedaten der eingesetzten Schwingungs-sensoren von ifm electronic gleich 2-fach genutztwerden können. Über die menügeführteParametriersoftware und die integrierte Wälz-lagerdatenbank ist die Inbetriebnahme zurLagerüberwachung der Pumpen mit wenigenSchritten möglich. Die Überwachung aufTrockenlauf bedarf gewisser Vorkenntnisse imBereich der Schwingungsanalyse. Hier wurdenmit vereintem Wissen von Firma WTA PlauenGmbH und von ifm electronic gmbh die ent-sprechenden Einstellungen vorgenommen. DieMontagemöglichkeit direkt am Pumpengehäuseermöglicht einen Einsatz ohne zusätzlichemechanische Vorkehrungen.

efector octavis Diagnoseelektronik

Bild 17: efector octavis Diagnoseelektronik TypVSE002

Der Doppelnutzen dieser Technologie soll noch einmal klar hervorgehoben werden.Der Trockenlaufschutz mit gleichzeitiger Wälzlagerüberwachung der eingesetzten Pumpenist herstellerunabhängig. Eine Montage kann nachträglich durchgeführt werden. Die Anlagewird für Servicemitarbeiter und den Betreiber noch transparenter. Wird die Ferndiagnosegenutzt, kann z. B. der Servicedienst die benötigten Ersatzteile bei der ersten Anfahrt imFahrzeug mitführen. Die hohe Diagnosetiefe und der Vorteil des Anlagenmonitoring wurdenvon Firma WTA Plauen GmbH erkannt und in dieser Anlage umgesetzt. WTA Plauen GmbHsteht für Innovationen und modernsten Anlagenbau.

Bild 15: Diagnoseelektronik VSE002 im Einsatz,vor Ort Diagnose via Laptop


ZusammenfassungVorteile des Anlagenerrichters:• Reduzierung des Verdrahtungsaufwandes• Kurze Installationszeit• Schnelle Inbetriebnahme• Minimierung der möglichen Verdrahtungsfehler• Einsparung an Installations- und Verdrahtungsmaterial• Hohe Diagnosefähigkeit, bis zur Pumpendiagnose

Vorteile des Anlagenbetreibers:• Geringerer Personalaufwand in Betrieb und Wartung• Minimierte Stillstandzeiten, dadurch hohe Anlagenverfügbarkeit• Übersichtlicher Anlagenaufbau• Reduzierung der Brandlasten• Einfache Instandhaltung• Hoher Diagnosegrad = frühzeitige Erkennung von Schäden und rechtzeitige Wartung• Detaillierte Kostenstellenbetrachtung bis in die Anlagentechnik

Positionssensorik und ObjekterkennungInduktive Sensoren, kapazitive Sensoren, Magnetsensoren, Zylindersensoren,Sicherheitstechnik, Ventilsensorik, optische Sensoren, Objekterkennung, Drehgeber

Fluidsensorik und DiagnosesystemeFüllstandsensoren, Strömungssensoren, Drucksensoren,Temperatursensoren, Diagnosesysteme

Auswertesysteme und NetzteileBussysteme

(Kommunikations- und Steuerungssysteme für Prozess- und Industrieanwendungen)IdentifikationssystemeSteuerungssysteme (Steuerungen für den mobilen und robusten Einsatz)Verbindungstechnik

Produkte und Systeme von ifm electronic

Kurzprofil der ifm electronicifm electronic gmbh ist weltweit einer der führenden Hersteller von Automatisierungs-technik. In über 70 Ländern entwickeln mehr als 3.000 Mitarbeiter Lösungen für 80.000Kunden aus Maschinenbau und Industrie. Mit der Optimierung technischer Abläufe in derAutomobil-, Lebensmittel, Chemie- und Kosmetikindustrie oder in der Umwelt- undGebäudetechnik setzt ifm electronic immer wieder neue Maßstäbe und sichert so dieProduktionsprozesse von morgen.


Wir danken der

WassertechnischerWassertechnischer Anlagenbau Plauen GmbH Anlagenbau Plauen GmbH

und allen Beteiligtenund allen Beteiligten

für die gute Zusammenarbeit

Haben Sie Fragen zu diesem Projektbericht oder sind Sie auch an anderenBerichten interessiert, so wenden Sie sich bitte an:

ifm electronic gmbhWeltweiter BranchenvertriebTeichstraße 4,45127 Essen, DeutschlandTel.: +49 201/ 24 22 – 468Fax: +49 201/ 24 22 – 654e-mail: [email protected] www.ifm.com

Anlagenbau und Systemintegration:Wassertechnischer Anlagenbau Plauen GmbHTel.: +49 (0) 3741/5584-0e-mail: [email protected] www.wta-plauen.de

Anlagenbetreiber:Freizeitanlagen Plauen GmbHNach dem Stadion 8008525 PlauenTel.: +49 (0) 3741/550974

Folgende ifmifm - Mitarbeiter haben das Projekt betreut:ifm electronic gmbh, Vertrieb Deutschland, Niederlassung OstAP: Herr Andres Glöckner, AS-i Fachberater Tel.: +49 (0) 307/720809-0AP: Herr Ralf Leinweber, Fachberater FluidsensorikTel: + 49 (0) 36601/ 771-0

Beteiligte Firmen:

Systempartnerschaft:

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