Industrielle KI unterstützt Betreiber bei energieeffizientem und regelkonformem Anlagenbetrieb. (Quelle: Endress+Hauser)
Seit vielen Jahren unterstützt Endress+Hauser Kläranlagenbetreiber mit Automatisierungs- und Messtechnik, um Prozesse, wie Schlammentwässerung, Phosphatfällung und Belüftung, zu optimieren. Dabei analysieren die Messgeräte von Endress+Hauser unter anderem Nährstoffgehalte, Durchflussmengen, Methan- sowie Feststoffanteile. Ammonium- und Nitratmessgeräte steuern mit ihren Analysedaten die energieoptimierte Belüftung der Belebungsbecken. Im Zusammenspiel mit Sensoren für pH-Wert, gelösten Sauerstoff, Gesamtfeststoffgehalt (TSS) sowie ORP und Phosphat-Analysatoren sorgen sie dafür, die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten und die Betriebskosten zu optimieren.
Energie- und Chemikalieneinsatz reduzieren
Angesichts dieses breiten Technologieportfolios stellt sich die Frage, welchen zusätzlichen Beitrag künstliche Intelligenz über den bestehenden Automatisierungsgrad hinaus leisten kann. Die Antworten der Endress+Hauser-Kunden sind dabei so vielfältig wie die Wasser-, Abwasser- und Abfallwirtschaft selbst. „Die Anlagenbetreiber, mit denen ich gesprochen habe, nennen eine ganze Reihe von Aspekten – von der Senkung der Energiekosten über die Reduzierung des Chemikalienverbrauchs bis hin zu effizienteren internen Prozessen. In Anwendungen, wie Belüftung, Schlammaufbereitung, Kanalnetzmanagement, Trinkwasserpumpstationen und Verteilnetzen, ergeben sich Effizienzgewinne häufig durch verschlankte Abläufe, Zeitersparnis und einen geringeren Dokumentationsaufwand“, erklärt Emily Hoon, Global Industry Manager Water, Wastewater & Waste bei Endress+Hauser. Vor allem kleinere Betreiber haben zudem mit sehr zeitaufwendigen Reinigungs- und Kalibrierarbeiten zu kämpfen, insbesondere bei der Ammonium- und Nitratmessung. Hinzu kommen schwankende Stromtarife sowie zunehmend intensive klimatische Ereignisse, die für Betreiber aller Größenordnungen zunehmend zu einer zentralen Herausforderung werden.
Die Rolle von KI
„An dieser Stelle eröffnete sich im vergangenen Jahr eine neue Option: In einer Partnerschaft mit dem französischen Unternehmen Purecontrol werden gemeinsame Stärken gebündelt, um Anwendern mit entsprechendem Betriebs- und Reifegrad in der Wasser-, Abwasser- und Abfallwirtschaft die nächsten Schritte ihrer digitalen Transformation zu ermöglichen“, sagt E. Hoon.
Purecontrol analysiert die Betriebsabläufe von Anlagen und speist damit ihre selbst entwickelte KI-Lösung PurePilot. Interne Status- und Verbrauchsdaten sowie Messwerte fließen ebenso in die Analyse ein, wie externe Daten, die einen Einfluss auf die zu optimierenden Prozesse haben, wie insbesondere Energiekosten. Auf dieser Basis ermittelt die KI-Lösung optimale Regelungsstrategien, um den Anlagenbetrieb zu optimieren und gleichzeitig Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Die daraus resultierende Strategie basiert auf kontinuierlichem Lernen und wird in Echtzeit in der SPS umgesetzt. Ziel dabei ist es, die Prozesseffizienz fortlaufend zu verbessern.
Die Lösung von Purecontrol basiert auf analytischer KI, wie sie für Machine Learning, Advanced Process Control und DigitalTwin-Logiken verwendet wird. Bislang kommt sie bei mehr als 600 Kunden in Europa zum Einsatz. PurePilot kombiniert SoftSensing, prädiktive Modellierung und automatisierte Regelung. Dabei wird eine physisch messbare Größe aus anderen online verfügbaren Prozessdaten modelliert bzw. geschätzt. Somit macht die Software zwar nicht die komplette Messtechnik einer Anlage überflüssig, stattdessen nutzt sie vorhandene Sensorik und Prozessdaten, um Systemzustände rechnergestützt abzuleiten. Verfügt ein Betreiber beispielsweise nicht über einen Ammoniumsensor, kann der Algorithmus dies ausgleichen, indem die entsprechenden Werte aus anderen Parametern, wie gelöstem Sauerstoff und Durchfluss, virtuell abgebildet werden.
Gerade in der Wasser- und Abwasserwirtschaft spielt dabei auch Cybersecurity eine zentrale Rolle. Viele Betreiber, insbesondere im Umfeld kritischer Infrastrukturen, prüfen den Einsatz externer Systemkomponenten wie KI-Lösungen besonders sorgfältig. Purecontrol adressiert diese Anforderungen mit einem mehrschichtigen Sicherheitsansatz, der Systemzugang, Daten, Datenspeicherung und Schutzmechanismen gegen unbefugte Zugriffe umfasst. Zusätzlich stellt ein lokales Leitsystem sicher, dass der Anlagenbetrieb auch bei Störungen kontinuierlich und sicher aufrechterhalten werden kann. Damit bleibt die KI-basierte Optimierung in eine Betriebsarchitektur eingebettet, die nicht nur Effizienz, sondern auch Verfügbarkeit und Betriebssicherheit berücksichtigt.