Ecosoft INOX MO9 8″ Umkehrosmoseanlage mit Siemens-Steuerung

Der Ecosoft MO9TISIEM ist eine leistungsstarke industrielle Umkehrosmoseanlage, die für eine zuverlässige Produktion von gereinigtem Wasser entwickelt wurde. Sie kombiniert effiziente Leistung, digitale Steuerung und eine robuste Konstruktion aus Edelstahl.

Die Anlage kann in ein übergeordnetes Werksnetzwerk integriert werden, um technologische Prozesse über SCADA oder BMS zu überwachen und zu steuern.

Der Siemens S7-1200 unterstützt eine robuste Vernetzung über integriertes PROFINET und eignet sich damit für die Integration in werksweite SCADA-Systeme und erweiterte Fernüberwachung. Dank seines modularen Aufbaus können Betreiber bei Bedarf spezielle I/O-Module oder Kommunikationsprozessoren hinzufügen.

Systeme mit Siemens-Steuerung umfassen außerdem mehr Messtechnik, darunter Leitfähigkeitssensoren für Speisewasser und Permeat, elektronische Manometer, elektronische Durchflussmesser und elektronische Temperatursensoren. Die native Integration mit hochauflösenden HMI-Touchscreens ermöglicht die Echtzeitanzeige von Membrandaten und bietet dem Bediener eine detailliertere Prozesssteuerung.

Beide Steuerungstypen können Standardaufgaben der Umkehrosmose ausführen. Die Siemens SPS eignet sich besser für Industrieprojekte, bei denen Integration, Flexibilität und erweiterte Überwachung wichtig sind. Die OC5000- und OC6000-Steuerungen sind eine kompaktere und kosteneffizientere Lösung für Standard-Wasseraufbereitungssysteme, bei denen keine werksweite Netzwerkintegration erforderlich ist.

Modelle mit Siemens-Steuerung enthalten mehrere zusätzliche Messinstrumente. Der Leitfähigkeitssensor für Zulaufwasser, CE-01 im Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramm, und der Leitfähigkeitssensor für Permeat, CE-02, messen kontinuierlich gelöste Feststoffe, um die Wasserqualität zu überwachen.

Die hydraulische Leistung wird durch zwei elektronische Durchflusssensoren, EFI-01 und EFI-02, überwacht, die sich auf der Permeat- und Konzentratleitung befinden. Das System ist außerdem mit elektronischen Drucktransmittern, EPI-01 bis EPI-04, ausgestattet. Sie überwachen den Druck vor und nach den Sedimentfiltern, am Eingang der Membrandruckrohre und auf der Konzentratleitung.

Ein elektronischer Temperatursensor, ET-01, ist auf der Permeatleitung installiert und liefert Daten zur Permeattemperatur.

Die Drucksensoren vor und nach dem Sedimentfilter dienen zur Überwachung des Druckabfalls. Wenn sich Sand, Rost, Kalk und andere Partikel ansammeln, steigt der Filterwiderstand. Der Eingangsdruck bleibt ähnlich, während der Ausgangsdruck sinkt.

Wenn der Druckabfall über dem Sedimentfilter auf 0,6–0,8 bar steigt, sollte der Filter ersetzt werden. Wenn der Druck nach dem Sedimentfilter unter 2 bar fällt, wird der Niederdruckschalter aktiviert und die Anlage wechselt in den Fehlermodus.

Wenn der Niederdruckschalter defekt oder deaktiviert ist, erhält die Pumpe möglicherweise nicht genug Wasser. Ein Druck unter 2 bar kann Kavitation verursachen. Kein Druck kann zu Trockenlauf führen, wodurch die internen Komponenten der Pumpe innerhalb weniger Minuten beschädigt werden können. Wenn der Differenzdruck plötzlich auf null fällt, während der Durchfluss hoch bleibt, kann dies auf eine mechanische Beschädigung des Filters hinweisen. In diesem Fall sollte der Filter ersetzt werden.

Der Drucksensor zwischen Pumpe und Membrangehäuse ist das wichtigste Instrument zur Überwachung des Betriebsdrucks, der auf die Membran wirkt. Dieser Sensor arbeitet in einem Bereich von 0–16 bar.

Der erforderliche Druck kann am Frequenzumrichter eingestellt werden. Wenn der Sensor den eingestellten Wert erfasst, regelt der Frequenzumrichter die Pumpendrehzahl, um den erforderlichen Druck aufrechtzuerhalten.

Der Hochdrucksensor nach den Membrangehäusen befindet sich auf der Konzentratleitung. Er überwacht den hydraulischen Widerstand in den Membranelementen und unterstützt den sicheren Betrieb des Filtrationsprozesses.

Der Sensor vor der Membran zeigt den Druck an, der auf das System wirkt. Der Sensor nach der Membran zeigt den Restdruck des Konzentratwassers an, bevor es durch das Konzentratregelventil fließt. Mithilfe beider Messwerte kann die Siemens S7-1200-Steuerung den Differenzdruck über den Membranstapel anzeigen.

Der Differenzdruck ist einer der wichtigsten Indikatoren für Scaling oder Fouling. Wenn der Druckabfall zwischen Einlass und Auslass um 10–15 % steigt, kann dies darauf hinweisen, dass sich die Feed-Spacer in der Membran mit mineralischen Ablagerungen oder biologischem Material zusetzen. Der Betreiber kann dann entscheiden, ob eine chemische Reinigung erforderlich ist.

Es gibt zwei Leitfähigkeitsmesszellen: CE-01 auf der Zulaufwasserleitung und CE-02 auf der Permeatleitung, wie im Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramm dargestellt.

Die Leitfähigkeitsmesszelle für Zulaufwasser misst die elektrische Leitfähigkeit des einströmenden Wassers und liefert einen Ausgangswert für die gelösten Feststoffe, die in das System gelangen. Die Leitfähigkeitsmesszelle für Permeat misst die Permeatqualität und hilft zu bestätigen, dass der Umkehrosmoseprozess Salze wirksam entfernt.

Ein Anstieg der Permeatleitfähigkeit an CE-02 kann auf Membranschäden, Scaling oder die Notwendigkeit einer chemischen Reinigung hinweisen. CE-01 und CE-02 arbeiten normalerweise in einem ähnlichen Bereich von 0–2000 mg/L. Bei Bedarf können die Sensoren an spezifische Prozessanforderungen angepasst werden. Zum Beispiel kann am Zulaufwassereingang ein Sensor mit einem Bereich bis 4000 mg/L installiert werden, während am Permeatausgang ein empfindlicherer Sensor bis 200 mg/L verwendet werden kann.

Es gibt zwei elektronische Durchflussanzeigen: EFI-01 auf der Permeatleitung und EFI-02 auf der Konzentratleitung, wie im Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramm dargestellt.

EFI-01 misst die Menge des von den Membranen produzierten gereinigten Wassers. EFI-02 überwacht die Menge des Konzentrats, das in den Abfluss geleitet wird. Zusammen helfen diese Messwerte dem Betreiber, die hydraulische Balance und die Effizienz des Systems zu bewerten.

Die Steuerung zeigt diese Daten auf dem Bildschirm an. Durch die Analyse der Durchflusswerte kann der Betreiber Veränderungen der Systemleistung erkennen. Zum Beispiel kann ein Rückgang des Permeatdurchflusses an EFI-01 auf Membran-Fouling hinweisen.

Der analoge 4–20-mA-Füllstandssensor ist nicht im Standardpaket enthalten. Er kann jedoch als Überwachungsgerät für die Siemens S7-1200-Steuerung im Permeatsammeltank installiert werden.

Im Gegensatz zu einem einfachen Schwimmerschalter, der nur Ein/Aus-Signale liefert, gibt ein analoger Füllstandssensor dem Betreiber kontinuierliche Daten zum genauen Wasserstand und zum verfügbaren Volumen im Tank.

Die Frequenzsteuerung der Hochdruckpumpe bietet mehrere technische und betriebliche Vorteile. Sie hilft dem System, bei wechselnden Betriebsbedingungen einen stabilen Druck oder Permeatdurchfluss aufrechtzuerhalten, zum Beispiel bei Änderungen der Zulaufwassertemperatur oder bei zunehmendem Membran-Fouling.

In einem Standardsystem läuft die Pumpe mit voller Leistung. Mit einem Frequenzumrichter arbeitet die Pumpe nur so schnell, wie es für den aktuellen Druckbedarf erforderlich ist. Das kann den Energieverbrauch senken, die Betriebskosten reduzieren und die mechanische Belastung der Systemkomponenten verringern.

Der Kunde profitiert außerdem von einem leiseren Betrieb, stabilerer Wasserqualität und einer längeren Lebensdauer der Anlage.

Der Wassertemperatursensor auf der Permeatleitung ist wichtig, weil sich die Membrandurchlässigkeit mit der Temperatur verändert. Wenn das Wasser kälter wird, kann ein höherer Druck erforderlich sein, um denselben Durchfluss aufrechtzuerhalten.

Wenn der Betreiber Temperaturdaten mit Druck- und Durchflusswerten vergleicht, lässt sich leichter erkennen, ob eine geringere Leistung durch saisonale Abkühlung des Wassers oder durch Membran-Fouling verursacht wird. Das hilft dem Betreiber, Betriebsdruck und Ventilpositionen besser manuell anzupassen, um eine stabile Produktion aufrechtzuerhalten.

Der Datenaustausch in diesem System basiert hauptsächlich auf dem PROFINET-Protokoll. Dieser Industriestandard ermöglicht die Kommunikation zwischen der Siemens S7-1200-Steuerung und dem Siemens KTP700 Basic HMI-Panel.

Das System ist außerdem für die übergeordnete Integration in die Gebäudeleittechnik über SCADA- oder BMS-Systeme ausgelegt. Dies unterstützt Fernüberwachung und Steuerung über mehrere Betriebsebenen hinweg.

Druck-, Temperatur-, Leitfähigkeits- und Durchflusssensoren übertragen Echtzeitdaten über analoge und digitale Eingänge an die Steuerung. Die Ethernet-basierte PROFINET-Schnittstelle synchronisiert wichtige Parameter wie Pumpenausgangsdruck, Durchflussraten und TDS-Werte zwischen dem lokalen HMI und angeschlossenen Leitsystemen.

Der Betreiber kann die Anlage von einer Remote-Workstation aus verwalten. Das System kann im Notfall aus der Ferne gestoppt oder neu gestartet werden, wenn eine softwarebedingte Störung auftritt.

Das SCADA-System bietet außerdem eine Echtzeitvisualisierung der Sensordaten, einschließlich Druck, Temperatur und Leitfähigkeit. Dies ermöglicht eine umfassende Fernüberwachung, ohne dass der Betreiber physisch an der Anlage sein muss. Der Fernzugriff unterstützt eine schnellere Reaktion auf Alarme und reduziert den Bedarf an Vor-Ort-Eingriffen während des Routinebetriebs.

Das Siemens SIMATIC HMI KTP700 Basic Panel ist eine zentrale Touchscreen-Oberfläche, die Betriebsdaten und Systemsteuerungen in Echtzeit anzeigt.

Auf dem Hauptbildschirm OPERATE kann der Betreiber den aktuellen Betriebsmodus überwachen, zum Beispiel Service, Stop, Alarm oder Standby. Das Panel zeigt außerdem wichtige hydraulische Parameter an, darunter Durchflussraten von Permeat und Konzentrat, Permeattemperatur sowie TDS-Werte für Zulaufwasser und Permeat.

Das Display zeigt das Druckprofil der Anlage, einschließlich Zulaufdruck, Druck nach den Sedimentfiltern, Pumpenausgangsdruck und Druck nach den Membranen. Wenn ein analoger 4–20-mA-Füllstandssensor angeschlossen ist, kann das HMI den Füllstand des Permeattanks anzeigen. Wenn ein Schwimmerschalter angeschlossen ist, kann die Steuerung anzeigen, ob der Tank voll ist. Die Steuerung kann auch einen niedrigen Antiscalant-Füllstand anzeigen.

Zusätzlich zur Überwachung kann der Betreiber über das Panel motorisierte Ventile für Zulaufwasser, Vorwärtsspülung und Permeatspülung steuern. Außerdem können drei Alarmmodi angezeigt werden. Diese Elemente sind in einem Dashboard für lokale Systemverwaltung und schnelle Diagnose zusammengeführt.

Die höheren Kosten dieses Systems im Vergleich zu anderen Modellen sind hauptsächlich auf den Einsatz industrieller Komponenten zurückzuführen, darunter die Siemens S7-1200-Steuerung und die Frequenzsteuerung der Pumpe.

Obwohl die Anfangsinvestition höher ist, kann der Frequenzumrichter die Betriebskosten senken, indem er die Leistungsaufnahme der Pumpe an den tatsächlichen Bedarf und die Wassertemperatur anpasst. So wird unnötiger Energieverbrauch vermieden.

Die Siemens-Steuerung ermöglicht eine präzise Überwachung technischer Parameter. Dadurch kann der Betreiber die richtige hydraulische Balance aufrechterhalten und mechanische Belastungen reduzieren, die die Lebensdauer der Membranen verkürzen können. Langfristig können die Servicekosten sinken, da die detaillierte Überwachung Fouling frühzeitig erkennen lässt und eine rechtzeitige chemische Reinigung unterstützt, bevor ein Membranwechsel erforderlich wird.