Die industrielle IoT-Lösung von Siemens ermöglicht Chengdu Xihui Water Environmental die Nutzung von Datenerkenntnissen

Das 2016 in Chengdu, China, gegründete Unternehmen Chengdu Xihui Water Environmental Co., Ltd. (Chengdu Xihui) baut und betreibt Kläranlagen (Stationen) und Versorgungsnetze.

Chengdu Xihui verwaltet sieben Anlagen, darunter die industrielle Abwasseraufbereitungsanlage im Ande Industrial Park im Bezirk Pidu sowie die Kläranlage in der Stadt Tuanjie, die über eine tägliche Behandlungskapazität von bis zu 190.000 Tonnen verfügt. Trotz des Erfolgs von Chengdu Xihui ist der Betrieb einer Kläranlage mit inhärenten Schwierigkeiten verbunden.

Der Abwasserbehandlungsprozess ist langwierig und erfolgt über isolierte Anlagen und Segmente. Die meisten Schritte beinhalten manuelle Verfahren mit sehr geringer Automatisierung. Da jedoch die Zahl der gesetzlichen Compliance-Vorschriften zunimmt, sind manuelle Abläufe ein Nachteil. Um im Wettbewerb erfolgreich zu sein, müssen Kläranlagen einen Weg finden, den Betrieb zu digitalisieren. Nur so wird es ihnen gelingen, Vorschriften einzuhalten sowie Zeit und Geld zu sparen.

Im Jahr 2019 erkannte Chengdu Xihui die Notwendigkeit einer digitalen Transformation und suchte nach einer Lösung für das industrielle Internet der Dinge (IIoT). Die Wahl fiel auf Insights Hub, die industrielle IoT-Lösung von Siemens für eine verbesserte operative Entscheidungsfindung. Damit konnte Chengdu Xihui seine IoT-Funktionen erweitern und fast alle kritischen Anlagen und Prozesse in seinen Werken vernetzen. Das Unternehmen optimierte zudem seine Betriebstransparenz sowie die Betriebskosten – Wartung, Energie und Chemikalien –, während es die Qualität der Wasserleistung gewährleistete.

Durch die Implementierung von Insights Hub hat Chengdu Xihui drei große Herausforderungen in Angriff genommen. An erster Stelle stand die Wasserqualität, die für Chengdu Xihui oberste Priorität hat. In der Vergangenheit verwendete Chengdu Xihui ein manuelles Verfahren, um Fragen der Wasserqualität zu lösen, beispielsweise die Konzentration des gelösten Sauerstoffs (DO), die Menge der Wasserzufuhr, der Umfang der Belüftung, die Dosierung der Chemikalien und die Rückflussrate. Die Sensoren für den Sauerstoffgehalt und das Oxidations-Reduktionspotenzial (ORP) haben die Konzentration des gelösten Sauerstoffs gemessen und die Daten dann über die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) in die Überwachungs- und Datenerfassungssysteme (SCADA) hochgeladen. Erst dann wurden Anpassungen vorgenommen. Aufgrund dieser langwierigen manuellen Prozesse war es sehr schwierig, die Wasserqualität auf einem stabilen Niveau zu halten.

Eine weitere Herausforderung für Chengdu Xihui waren die Betriebskosten. Die drei wichtigsten Betriebskosten sind die Wartung von Maschinen und Teilen, der Energieverbrauch und die Chemikalien. Ohne Mess- und Prozesstransparenz sind die Kläranlagen gezwungen, übermäßig Chemikalien zu verwenden und zu behandeln, damit das Ausgangswasser den Vorschriften entspricht. Der übermäßige Einsatz von Chemikalien wiederum erhöht die Auslastung und den Wartungsbedarf der Maschinen und den Energieverbrauch.

Ungeplante Anlagenstillstände waren die dritte Herausforderung. Wenn acht Kläranlagen gleichzeitig betrieben werden, wirkt sich der Ausfall einer Kläranlage nicht nur auf die Qualität der Wasserleistung aus, sondern auch ganz erheblich auf die ausfallbedingten Betriebskosten.

Nutzen Sie IoT-Lösungen für vollständige betriebliche Transparenz

Nach der Bereitstellung von Insights Hub begann Chengdu Xihui mit der Vernetzung isolierter kritischer Anlagen und Prozesse, um Barrieren zu überwinden. MindConnect® 2040, die Plug-and-Play-Konnektivitätslösung, ermöglicht die reibungslose Vernetzung von Anlagen und Prozessen. Chengdu Xihui verwendet jetzt MindConnect 2040, um SPS mit kritischen Anlagen und Prozessen zu verbinden und Echtzeit-Erkenntnisse aus IoT-Daten zu gewinnen.

Chengdu Xihui nutzte auch viele der Anwendungen und Lösungen des Insights Hub, um die IoT-Implementierung weiter voranzutreiben – viele dieser Lösungen werden durch die Zugehörigkeit zur Siemens Xcelerator Business Platform aus Software, Hardware und Services ermöglicht.

Mit dem Industrial IoT Asset Manager hat Chengdu Xihui beispielsweise IoT-Datenmodelle erstellt, um IoT-Datenerfassungsstellen zu definieren und Anlagenressourcen zu verwalten. Das Unternehmen verwendet den Insights Hub Monitor, um alle Werke, Produktionslinien und Maschinen in der Cloud darzustellen und die werks- und produktionslinienübergreifende Remote-Überwachung zu realisieren, indem es eigene Alarmregeln und Reaktionsereignisse definiert. Mit dem Insights Hub Monitor kann Chengdu Xihui zudem die Betriebsdaten jeder Anlage überprüfen und die Betriebsinformationen der Maschinen gemäß Definition im Insights Hub Monitor in Echtzeit über KPI-Warnmeldungen (Key Performance Indicators) an den Maschinenausrüster übermitteln und ihn zur Fehlerbehebung per Fernwartung auffordern.

„Als zuverlässiger Partner in der industriellen Automatisierung bietet Siemens hochwertige Produkte und erstklassige Services“, sagt Zhang Chenghui, General Manager von Chengdu Xihui. „Siemens versteht inzwischen die Abwasserindustrie und worauf es uns ankommt. Insights Hub bietet uns die notwendige Transparenz und datengesteuerten Einblicke, die wir benötigen, um die richtigen Entscheidungen zu treffen und unsere Digitalisierungsstrategie zu optimieren.“

Nutzung des IoT zur Verfolgung und Reduzierung des Energieverbrauchs

Der Energieverbrauch kritischer Anlagen, beispielsweise eines Gebläses, in einer Kläranlage muss konsequent überwacht und bewertet werden. Der Energieverbrauch eines Gebläses macht 50 Prozent der Gesamtbetriebskosten aus. Jede Möglichkeit, den Energieverbrauch der Gebläse zu reduzieren, bringt Chengdu Xihui erhebliche Vorteile. Basierend auf einer umfassenden Analyse von IoT-Daten in Verbindung mit Insights Hub können sie nun die Gebläseleistung mit den aktuellen Strompreisen verknüpfen, die Strompreise außerhalb der Spitzenzeiten nutzen und so die Ausgangsleistung des Gebläses steuern und gleichzeitig die Qualität der Wasserleistung gewährleisten. Dadurch wird die Gebläseleistung auf einem niedrigeren Niveau gehalten, um die Stromkosten zu minimieren.

„Dank Insights Hub werden kritische Anlagen jetzt gut verwaltet“, sagt Li Junwen, Maintenance Manager bei Chengdu Xihui. „Wir können die Wartung vorab planen und auch eng und effizient mit dem Maschinenausrüster und Serviceanbieter zusammenarbeiten.“

Laut einer industriellen IoT-Analyse hat Chengdu Xihui seine monatlichen Stromkosten erfolgreich um 10 Prozent gesenkt und durch die Verfeinerung und Digitalisierung des umfangreichen Modells zur Chemikalienverabreichung Kosteneinsparungen von 10 Prozent erzielt.

„Mit Insights Hub können wir unsere Prozess- und Betriebskosten messen, analysieren und optimieren“, erläutert Jiang YuLiang, Digital Transformation Director, Chengdu Xihui. „Wir können nicht nur jeden Engpass eindeutig zuordnen, sondern auch den Zusammenhang zwischen Fehlfunktionen und Kosten herausfinden.“

Intelligente Wartung ermöglichen

Basierend auf Echtzeit- und historischen Daten, die von den Gebläsen gesammelt werden, können maschinelles Lernen (ML) und fortschrittliche Analysen das Wartungspersonal frühzeitig vor dem Ausfall eines Gebläses warnen. Warnungen lassen sich zur Ferndiagnose bzw. zum Zurücksetzen der Maschine an den Maschinenausrüster eskalieren. Durch Anwendungen, die echtzeitbasierte IoT-Daten mit historischen Leistungsdaten zusammenführen, können Maschinenausrüster ihre Arbeit viel genauer und schneller erledigen.

Mit fortschrittlichen Analyse- und ML-Funktionen verlagerte sich die Anlagenwartung von einem reaktiven bzw. geplanten Lösungsansatz zu einer proaktiven Vorgehensweise. Derzeit können Anlagen auf der Grundlage von Betriebsdaten und des tatsächlichen Zustands gewartet werden, anstatt unnötige Wartungsarbeiten zu planen, oder, wenn eine Anlage bereits ausfällt. Dies reduziert Ausfallzeiten und ermöglicht einen konsistenten Betrieb von Anlagen bei hoher Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit.

Übersicht

Durch die unternehmensweite Einführung von Insights Hub hat Chengdu Xihui nicht nur Überwachung und Verwaltung des gesamten Abwasseraufbereitungsprozesses digitalisiert, sondern auch eine wissenschaftlich fundierte Balance zwischen Produktqualität und Kosten gefunden, indem es durch eine sehr detailliere IoT-Datenanalyse erhebliche Kosteneinsparungen erzielen konnte.

Chengdu Xihui hat seine geschäftlichen Herausforderungen gelöst und zugleich sein industrielles Wissen und seine Erfahrung in Insights Hub-Anwendungen umgewandelt. Mit seinem Branchenwissen, das in diese Anwendungen einfließt, sind diese besonders wertvoll und bedeutsam für die gesamte Branche. In Zukunft beabsichtigt Chengdu Xihui, seine neu entwickelten Anwendungen im Insights Hub Store zu veröffentlichen und damit ein neues serviceorientiertes Geschäftsmodell zu schaffen. Chengdu Xihui plant nicht nur die Bereitstellung von IoT-Anwendungsservices für große Maschinenausrüster, sondern auch für die gleiche Art von Kläranlagen. Mit dem Insights Hub will Chengdu Xihui der gesamten Branche ein neues Geschäftsmodell anbieten: Operations as a Service.

„Mit Transparenz und datengesteuerten Einblicken, die von Insights Hub unterstützt werden, haben wir den wissenschaftlich fundiertesten und genauesten Weg gefunden, um für eine stabile Wasserqualität zu sorgen und zugleich enorme Kosteneinsparungen zu erzielen“, sagt Zhang. „Wir haben unsere Anwendungen entwickelt, von denen auch andere Unternehmen in unserer Branche profitieren könnten.“