Datenerfassung, lokale Dashboards und Datenübermittlung an Behördenplattformen in Kläranlagen

Bei der Schichtübergabe müssen die Messwerte der Wasserqualitätsmessgeräte, die Zustände von Pumpen und Gebläsen im PLC sowie die Durchflusswerte im Schichtprotokoll häufig getrennt geprüft werden. Für die Datenmeldung sind außerdem Messstellenbezeichnungen, Erfassungszeiten und das von der Plattform geforderte Format abzugleichen. Die Daten sind bereits in den Geräten vorhanden, doch es fehlt ein durchgängiger Weg, um sie übersichtlich anzuzeigen und an andere Systeme zu übermitteln.

Als Beispiel dient ein veranschaulichendes Szenario in einer typischen Kläranlage: Ein Woody Industrial Intelligent Gateway liest freigegebene Gerätedaten aus, zeigt sie gebündelt in einer lokalen App auf dem Gateway an und bereitet sie anschließend nach den Vorgaben der Behördenplattform auf und übermittelt sie dorthin. Dies ist ein allgemeiner Integrationsansatz, kein Bericht über ein umgesetztes Kundenprojekt und keine Aussage darüber, dass eine bestimmte Aufsichtsplattform die Lösung bereits abgenommen hat.

Zunächst die Gerätedaten anbinden

In diesem Beispiel kommt das WD2EC mit seinen zwei Ethernet-Ports, mehreren seriellen Schnittstellen und seiner 4G-Anbindung zum Einsatz. Ein PLC mit Modbus TCP wird über Ethernet2 angeschlossen; Online-Messgeräte mit Modbus RTU werden über RS485 mit COM1 verbunden. Das Gateway liest die Variablen anhand der vom jeweiligen Gerät bereitgestellten Adresstabelle. Erfassungsintervalle, Datentypen und Kommunikationsparameter müssen entsprechend den Geräteanforderungen konfiguriert werden.

Mögliche Variablen sind Durchfluss, Füllstand, pH-Wert, chemischer Sauerstoffbedarf (COD), Ammoniumstickstoff sowie die Betriebszustände von Pumpen und Gebläsen. Dies sind lediglich mögliche Messstellen. Welche Daten tatsächlich erfasst werden können, hängt von den vor Ort installierten Messgeräten, den bereits im PLC zusammengeführten Daten und den erteilten Zugriffsrechten ab. Daraus folgt nicht, dass sich alle Geräte direkt anbinden lassen. Das Gateway liest Kommunikationsdaten aus; es misst die Wasserqualität nicht selbst. Analoge Signale der Messgeräte werden in diesem Beispiel ebenfalls nicht direkt an das Gateway angeschlossen.

Nach der Anbindung werden Variablennamen, Messstellencodes, Einheiten, Zeitstempel und Gültigkeitsstatus nach einem vereinbarten Schema vereinheitlicht. Wird beispielsweise die Kommunikation mit einem Messgerät unterbrochen, muss der letzte Aktualisierungszeitpunkt erhalten bleiben und der Wert als ungültig gekennzeichnet werden, statt den vorherigen Messwert weiterhin als aktuellen Wert darzustellen. Wenn sowohl Gerätezeit als auch Gateway-Zeit verwendet werden, sind auch die Zeitquelle und das Synchronisationsverfahren festzulegen.

Die Abbildung zeigt die 4G-Verbindung des WD2EC als Beispiel für den Internetzugang. Ethernet1 ist mit dem anlageninternen Verwaltungsnetz verbunden, damit der Browser in der Leitwarte auf das Gateway zugreifen kann. Die Adressplanung und Zugriffsrechte auf Geräte- und Verwaltungsseite sowie die ausgehende 4G-Route müssen anhand der Netzwerkkonfiguration vor Ort überprüft werden. Eine automatische Umschaltung zwischen kabelgebundenem und drahtlosem Zugang wird nicht vorausgesetzt. Auf Lösungsebene sind WiFi, 4G oder ein kabelgebundener Zugang möglich; dafür muss jeweils ein geeignetes Modell gewählt werden. Werden stattdessen sowohl das Internet als auch der PLC kabelgebunden angeschlossen, wird Ethernet1 für die Internetseite und Ethernet2 für die Geräteseite verwendet.

Daten im Browser der Leitwarte gebündelt anzeigen

Das Betriebspersonal muss sich nicht zunächst bei einer externen Cloud-Plattform anmelden. Über das anlageninterne Verwaltungsnetz kann es im Browser eines Computers oder einer Großbildanzeige die lokale App aufrufen, die in die Web-Verwaltungsoberfläche des Gateways eingebettet ist. Die Seite kann aktuelle Werte nach Prozessbereichen ordnen und gleichzeitig Aktualisierungszeiten sowie den Kommunikationsstatus anzeigen. Um Veränderungen nachzuvollziehen, lassen sich historische Trends aufrufen, die nach der festgelegten Strategie gespeichert wurden.

Beispielsweise lassen sich Behandlungseinheiten, Rohrleitungen sowie Durchfluss- und Wasserqualitätsmessstellen in einem gemeinsamen Prozessbild anordnen. Zusammen mit Gerätezuständen und Messstellentabellen ermöglicht dies eine bereichsbezogene Übersicht statt einer langen Liste von Variablennamen.

Betriebsdemo eines lokalen App-Prozessbilds mit simulierten Daten. Messwerte, Gerätezustände und Ereigniszeiten sind simuliert und keine Mess- oder Abnahmeprotokolle einer realen Anlage. Der tatsächliche Prozess und die Messstellen sind an den Standort anzupassen. Die Abbildung zeigt ausschließlich die Überwachung und enthält keine Gerätebedienung.

Dieses Dashboard für die Abwasserbehandlung ist keine vorinstallierte Fertiganwendung. Das Gateway stellt ein lokales App-Framework bereit. Die konkreten Seiten werden mit JS/CSS/HTML entwickelt, die Datenverarbeitung und Backend-Schnittstellen in Lua geschrieben. Für historische Aufzeichnungen kann die integrierte SQLite-Datenbank genutzt werden. Die Anordnung der Messstellen, die Statusdarstellung, die Aufzeichnungshäufigkeit, historische Abfragen und der Zugriffsumfang der Benutzer müssen entsprechend den Projektanforderungen konfiguriert oder entwickelt werden.

Mit dieser Aufbereitung lässt sich bei der Schichtübergabe auf derselben Seite prüfen, welche Werte aktuell eingelesen werden, wann die Daten zuletzt aktualisiert wurden und zu welchen Geräten die Kommunikation ausgefallen ist. Eine scheinbar unauffällige Zahlenreihe ist dann nicht mehr die einzige Grundlage. Aufbewahrungsdauer, Abtast- oder änderungsbasierte Aufzeichnungsstrategie und Sicherungsverfahren sind anhand der Speicherressourcen des Gateways festzulegen. Eine unbegrenzte Speicherung wird nicht zugesagt.

Daten nach den Vorgaben der Behördenplattform übermitteln

Die lokale Anzeige und die Datenmeldung an eine Plattform erfüllen unterschiedliche Aufgaben: Die App dient der Anzeige vor Ort und der Speicherung nach festgelegten Regeln. Das Veröffentlichungsmodul bereitet die vereinbarten Daten dagegen als Nachrichten im Format der Zielplattform auf. Beide können dieselben geprüften Erfassungsvariablen verwenden. Dass Werte auf einer Seite sichtbar sind, bedeutet jedoch nicht, dass die Plattform sie bereits empfangen hat.

Vor der Anbindung müssen die Schnittstellendokumentation der Plattform und die erforderliche Zugangsberechtigung vorliegen. Zu klären sind Messstellencodes, Zeitstempelformat und Zeitzone, Einheiten und Datendefinitionen, die Darstellung des Gültigkeitsstatus, Authentifizierungsverfahren, Meldeintervalle sowie die Bedeutung der Rückmeldungen. Das Gateway unterstützt technische Übertragungswege wie HTTP/HTTPS und MQTT; eigene Veröffentlichungslogik kann in Lua programmiert werden. Welcher Weg tatsächlich genutzt wird und wie die Nachrichten aufgebaut werden, richtet sich weiterhin nach den Anforderungen der Zielplattform.

Verlangt die Plattform ein spezielles Protokoll oder ein besonderes Zulassungsverfahren für die Anbindung, müssen die Machbarkeit gesondert geprüft und anschließend Anpassung und gemeinsame Integrationstests durchgeführt werden. Diese Lösung beansprucht keine Unterstützung für noch nicht bestätigte Protokolle wie HJ 212. Ebenso ist eine Netzwerkverbindung nicht mit der Berechtigung zur Anbindung an eine Aufsichtsplattform gleichzusetzen.

Bei der Übermittlung sollten auch Sendefehler, Fehlerrückmeldungen und verfügbare Empfangsbestätigungen der Plattform protokolliert werden. Zeigt das Dashboard den Status „empfangen“ an, muss dieser auf einer entsprechenden Bestätigung der Plattform beruhen. Eine abgesendete Anfrage oder die Aufnahme von Daten in einen Zwischenspeicher allein belegt keinen erfolgreichen Empfang.

Bei Unterbrechungen zwischen Erfassungs- und Übermittlungsfehlern unterscheiden

Fällt die Gerätekommunikation aus oder sind Daten ungültig, werden zunächst die betroffenen Messstellen gekennzeichnet. Fehlende Messwerte und ungültige Zustände sind gemäß den Vereinbarungen mit der Plattform zu behandeln. Alte Werte dürfen nicht als normale aktuelle Daten eingesetzt werden. Bei einer Störung der Internet- oder Plattformverbindung wird dagegen der Übermittlungsfehler protokolliert und die Offline-Zwischenspeicherung des Gateways entsprechend der Konfiguration genutzt.

Speicherkapazität, Aufbewahrungsdauer, Verhalten bei vollem Speicher und Wiederholungsstrategie sind bei der Umsetzung festzulegen. Nach Wiederherstellung der Verbindung dürfen erneute Übertragungsversuche oder Nachmeldungen nur wie vereinbart innerhalb des von der Plattform erlaubten Zeitfensters und gemäß ihren Regeln zur Vermeidung von Duplikaten erfolgen. Nicht jede Plattform akzeptiert die nachträgliche Übermittlung historischer Daten. Zwischengespeicherte Daten sind nicht gleichbedeutend mit von der Plattform empfangenen Daten; auch lässt sich daraus keine Zusage ableiten, dass niemals Daten verloren gehen. Der Status der lokalen Anzeige und der ausgehenden Datenmeldung sollte getrennt dargestellt werden, damit das Betriebspersonal die betroffene Stelle in der Datenkette erkennen kann.

Was vor der Anbindung zu klären ist

• Geräte und Messstellen: Modelle von PLC und Messgeräten, Kommunikationsprotokolle, Adresstabellen, Datentypen, Einheiten und Leseberechtigungen prüfen. Sicherstellen, dass für die vorgesehenen Kenngrößen zuverlässige Datenquellen vorhanden sind.
• Seiten und Aufzeichnungen: Entwicklungsumfang der lokalen App, Kriterien für ungültige Daten, Zeitquellen, Zugriffsrechte, Aufbewahrungsdauer und Sicherungsstrategie festlegen.
• Netzwerk und Plattform: Verwaltungs- und Gerätenetz, 4G-Abdeckung sowie ausgehende Routen prüfen. Plattformdokumentation und Zugangsberechtigung beschaffen und Felder, Authentifizierung, Meldeintervalle, Rückmeldungen und Nachmelderegeln gemeinsam testen.
• Behördliche Anforderungen: Mit der zuständigen Behörde oder dem Plattformbetreiber klären, ob eine direkte Gateway-Anbindung zulässig ist, ob vorgegebene Datenerfassungsgeräte, zertifizierte Geräte oder ein privates Netz vorgeschrieben sind und welche Abnahmeanforderungen gelten.

Die Anzeige anlageninterner Betriebsdaten ist nicht mit gesetzlich vorgeschriebenen Überwachungsergebnissen gleichzusetzen. Das Gateway ersetzt weder die Kalibrierung der Wasserqualitätsmessgeräte noch gesetzlich vorgeschriebene Überwachungsgeräte oder die Bewertung durch die Behördenplattform. Dieses Beispiel beschränkt sich auf das Auslesen, Anzeigen und Übermitteln von Daten; es umfasst keine Fernsteuerung, automatische Chemikaliendosierung oder Sicherheitsverriegelungen.

Von getrennten Abfragen zu einer nachvollziehbaren Datenkette

Für Kläranlagen mit bereits kommunikationsfähigen PLCs und Online-Messgeräten verbindet dieser Ansatz das Auslesen der Geräte, die lokale Anzeige und die Übermittlung an eine Plattform. Das Betriebspersonal prüft die Betriebsinformationen gebündelt im Browser, während Integratoren die Nachrichten an klar definierte Schnittstellen anpassen. Es geht nicht darum, eine weitere isolierte Tabelle hinzuzufügen. Entscheidend ist, dass Datenquelle, Aktualisierungszeit, Gültigkeit und Meldeergebnis jeweils nachvollziehbar sind und die Zuständigkeiten von Geräten, Anwendung und Aufsichtsplattform gewahrt bleiben.