Gerade mittelständische Betreiber tun sich mit dem Mega-Thema ‚Digitalisierung‘ vielfach noch etwas schwer – sie sehen sozusagen vor lauter Wald die Bäume nicht mehr. Der Rat kann deshalb generell nur lauten: Langsam Schritt für Schritt starten, nicht unmittelbar auf ein Gesamtkonzept setzen. Viele Digitalisierungsspezialisten sagen, nicht die Technologie sei die Herausforderung, sondern der Change-Prozess: „Digitalisierung ist ein Menschen-Thema, kein Technologie-Thema. Der Mindset muss stimmen“, so der Chief Digital Officer eines Anlagenbauers im Rahmen einer Diskussionsveranstaltung auf der Achema 2018.

Die Digitalisierungs-Strategie von Grundfos rüttelt das bisherige Verständnis über das Geschäftsmodell eines Maschinenbauers gehörig durch: ‚Produktentwicklung‘ in der herkömmlichen Denk- und Vorgehensweise hatte die analoge Pumpe im Fokus – diese wurde gemäß einem zuvor erarbeiteten Lastenheft und den darin beschriebenen (zumeist umfangreichen) Funktionalitäten konzipiert. Nun steht für Grundfos nicht mehr nur die analoge Pumpe im Mittelpunkt, sondern die an den individuellen Kundenanforderungen orientierte spezifische Produkt-Konfiguration (Customizing), ergänzt durch neuartige digital-basierte Geschäftskonzepte (Digital Commercial Offerings).

Pumpe 4.0 ist insbesondere ein Thema von Systemintegratoren, die eine Pumpe in ein Anlagenkonzept einzubinden haben - eine Zielgruppe, mit der Grundfos in Zukunft noch mehr als heute zu tun haben wird. Für diese Systemintegratoren stellt Grundfos nicht allein Hardware bereit, sondern vermehrt bereits realisierte und bewährte Softwarelösungen. Ziel ist es dabei beispielsweise, eine Industriepumpe in kürzester Zeit in ein Bussystem integrieren zu können – Programmierbeispiele kann sich der Systemintegrator aus dem Netz herunterladen.

Die Basis: iSolutions

Grundfos hat als Basis das Konzept der iSolutions entwickelt: Integrierte Pumpenlösungen und flexible modulare Systeme, bestehend aus Pumpen, Motoren und Antrieben, Steuerungs- und Sicherungsmodulen sowie Mess- und Datenübertragungseinheiten. Es ist ein ganzheitlicher Systemansatz, bei dem mit intelligenter MSR-Technologie ausgerüstete Pumpen und Systeme an die Gegebenheiten der jeweiligen Infrastruktur (Trinkwasser, Abwasser, Kühlung, Heizung) angepasst werden können, um eine optimale Förderleistung, einen hohen Gesamtwirkungsgrad und ein Höchstmaß an Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Funktechnik bzw. Ethernet-Bus machen die Pumpensysteme Industrie 4.0-ready. Auf diese Weise können smarte Pumpen spezifische Funktionalitäten ausführen, optional auch andere Prozessparameter über zusätzliche freie Schnittstellen mit überwachen.

Eine bemerkenswerte Funktionalität bietet AutoAdapt, die in einer Reihe von Grundfos-Pumpen verfügbar ist: Diese Funktion sichert eine präzise Konfiguration der Anlage und damit maximale Energienutzung. Dazu analysiert die Pumpe kontinuierlich die Anlagenanforderungen auf Veränderungen und nimmt anschließend zur Sicherung der Gesamtanlageneffizienz eine Leistungsanpassung vor.

Mit iSolutions ist es Grundfos gelungen, alle einzelnen Pumpenkomponenten ganzheitlich miteinander zu verzahnen und diese über zentrale Kommunikationsmodule und über die Smartphone-App GO Remote gezielt zu verwalten – gleichgültig welche Einheiten verbaut sind. Das sichert Flexibilität für jeden Anwendungsfall.

Ergebnis ist eine nahtlose Systemintegration mit intelligenter Kommunikation aller Produkte untereinander für einen optimalen und wirtschaftlichen Pumpenbetrieb während des gesamten Lebenszyklus der Anlage:

• Synchronisierter Betrieb: Intelligente Kommunikation zwischen allen verbauten Produkten, gezieltes Sammeln und Aufbereiten von Daten
• Höherer Komfort: Konstanter Druck an allen Entnahmestellen und 100prozentige Versorgungssicherheit
• Höhere Zuverlässigkeit: Minimale Ausfallzeiten und Wartungskosten
• Höhere Energieeffizienz: Übertrifft die Anforderungen der aktuellen Normen und Vorschriften
• Höhere Simplizität: Keine überflüssigen Komponenten.

Keine Frage: Der smarte Umgang mit den generierten Daten, deren Analyse ist der weitaus wichtigere Teil der digitalen Transformation. In Zukunft werden Industriepumpen noch mehr in der Lage sein, aus Erfahrungen zu lernen und auf dieser Basis zu handeln – Stichwort ‚Künstliche Intelligenz (KI‘).

Die IoT-Plattform: iSolutions-Cloud

Die Grundfos iSolutions-Cloud (GiC) ist eine vorgefertigte Online-Überwachungs- und Steuerungsplattform, die in Sekundenschnelle an Kundenbedürfnisse angepasst werden kann.

Auf der iSolutions-Cloud sind derzeit für Kunden aus dem Industriesektor zwei digital-basierte Geschäftskonzepte (Digital Commercial Offerings) realisiert: Der Grundfos Condition Monitor und die Chemicals App. Betreiber aus dem Bereich Wasserwirtschaft finden innerhalb der Wastewater Networks spezifische Angebote wie ‚Instandhaltung‘, ‚Fremdwassereintrag‘ und ‚Hochwasserwarnung‘.

Stellt sich die Frage, welchen konkreten Nutzen der Betriebsingenieur von solchen Lösungen hat? Sein Vorteil ist die vertiefte Transparenz und damit die höhere Verfügbarkeit der Anlage, verbunden mit einer verbesserten Produktivität. Auch Sicherheits- und Umweltschutzaspekte spielen eine Rolle – wer die relevanten Prozessparameter stets im Blick hat, vermeidet bzw. reduziert Fehler.

Gespeist werden neue iSolutions über zwei Quellen – zum einen über das eigene F&E-Team am Hauptsitz in Bjerringbro (Dänemark) mit Experten für die Materialforschung, die Produktentwicklung sowie neue Produktionstechnologien und Produktionsmethoden. In vielen Entwicklungsprojekten bezieht Grundfos selbstverständlich auch externe Fachleute und Wissenschaftler mit ein, arbeitet intensiv mit Universitäten und öffentlichen Einrichtungen zusammen, sowohl bei der Grundlagenforschung als auch bei der praktischen Anwendung von Technologien.

Die zweite Quelle für neue iSolutions ist nicht minder ertragreich: Es sind die vielen spezifischen Lösungen, die Grundfos zusammen mit Kunden erarbeitet und die anschließend als ‚Best Practices‘ prinzipiell allen Betreibern mit ähnlicher Aufgabenstellung zur Verfügung stehen.
Siemens und Grundfos haben beispielsweise eine Lösung entwickelt, wie die Datenübertragung zwischen Grundfos-Pumpen und einem Siemens-Prozessleitsystem durchgeführt werden kann.

Dosierung 4.0: Grundfos ISOLUTIONS Cloud und Chemicals App

Fehlanschlüsse von Gebinden an eine Dosierpumpe ziehen im harmlosesten Fall nur eine Qualitätseinbuße des Prozesses nach sich. Im schlimmsten Fall können jedoch gesundheitliche Gefahren entstehen, wenn z.B. die Gebinde von Säure und Chlorbleichlauge verwechselt werden (Chlorgasentstehung). Ebenso wäre es ein großer Mehrwert, den aktuellen Füllstand der Gebinde online und ohne teure Füllstandssensorik   überwachen und die Nachlieferung der Chemie in Abhängigkeit der Beschaffungszeit abstimmen zu können. Aber auch die Überwachung des Mindesthaltbarkeitsdatums der Chemie, Sperrung einer Charge im Feld oder Gefahren- und Sicherheitshinweise für den Gebindewechsler vor Ort standen oben auf der Wunschliste.

Aber auch um Chemiehändlern neue Geschäftsmodelle zu ermöglichen, kann durch exklusives Koppeln von Dosierpumpe und Chemie ein Kontraktmodell angeboten werden, während bei traditionellen Geschäftsmodellen ein Bonussystem angeboten werden kann.

Die Chemicals App sammelt Daten an der Verwendungsstelle (point of use) und kommuniziert via Mobilfunk oder WLAN mit der dazugehörigen Dosierstation in der Grundfos iSOLUTION Cloud. Somit ergeben sich folgende Hauptmerkmale:

• Verhindert Fehlanschlüsse durch“Verheiraten“ von Pumpe und Chemie
• Online-Füllstandstendenz der Gebinde ohne teure Sensorik
• Benachrichtigung bei niedrigem Füllstand (frei definierbar)
• Gefahren- und Hinweissymbole für den Gebindewechsler
• Sperren von Chargen mit Hinweistext in der Chemicals App
• Sperren bei Überschreitung des MHD mit Hinweistext.

Die dazugehörige Dosierpumpenüberwachung in der Grundfos iSOLUTION Cloud bietet folgende Merkmale:

• Online Überwachung von Smart Digital DDA Dosierstationen
• Zeitgleiche Darstellung von DDA Systemmeldungen und Werten auf der X Achse
• Ferneinstellung
• Hochladen von spezifischen Dokumentationen
• Benachrichtigungs- und Alarmmanagement.

Um ein Produkt an die iSolutions-Cloud anzubinden, ist eine einzigartige Seriennummer des Produktes für eine eindeutige Identifikation unabdingbar. Smart Digital DDA Dosierpumpen können neben ihrer eindeutigen Seriennummer auch weitere produktspezifische Informationen in die Cloud senden, wie z.B. die Produktbezeichnung, Bestellnummern von Wartungskits oder das Zeitintervall bis zur nächsten Wartung. Neben den produktspezifischen Informationen übermittelt die Pumpe auch aktuelle Betriebsparameter.

Über den eigenen Kommunikations-Bus können bis zu 10 Smart Digital DDA Dosierpumpen in Reihenverdrahtung an ein iSOLUTIONS-Cloudgate angebunden werden, das die bidirektionale Datenkommunikation per Mobilfunk oder Ethernet zwischen den Pumpen und der Cloud-Plattform ermöglicht. Kommt es kurzzeitig zu einer Kommunikationsunterbrechung, speichert das Cloudgate die Daten mehrere Tage zwischen, um diese bei Wiederherstellung der Verbindung nachträglich mit Zeitstempel nachzusenden. Selbstverständlich sind die Daten Ende-zu-Ende verschlüsselt, damit diese auf dem gesamten Transportweg nicht abgefangen oder verändert werden können.
Neben der Chemicals App für den Verwender, bietet Grundfos auch eine Install App für den OEM/Anlagenbauer an. Mit dieser App lässt sich das Cloud Gateway nur durch Scannen des QR Codes auf der Rückseite und der Auswahl des verbundenen Dosiersystems aus der internen Datenbank in Sekundenschnelle in Betrieb nehmen. An einer gleichzeitigen Parametrierung der Dosierpumpen (z.B. Dosiermenge, Tastensperre) wird momentan ebenfalls gearbeitet.

Die Grundfos Chemicals App bietet drei verschiedene Menüs, von denen die beiden erstgenannten Administrator-Rechte erfordern:

• Datenbank: In der Gebinde-Datenbank erfasst der Administrator alle relevanten Gebinde mit Name, Bild, Gebindegröße, Links zu Sicherheitsdatenblättern und dem QR- oder Barcode.
• Verheiraten: Der Administrator scannt mit der App den QR-Code der Dosierpumpe und anschließend den Barcode des Gebindes. Auch unterschiedliche Gebindegrößen einer Chemikalie lassen sich mit der Dosierpumpe verheiraten.
• Austausch: Steht ein Gebindewechsel an, scannt der Benutzer den QR- oder Barcode an der Dosierpumpe und anschließend den des Gebindes. Werden Pumpe und Gebinde in der Gebinde-Datenbank als verheiratet erkannt, liegen keine Sperrvermerke für die Charge vor und ist das MHD gültig, gibt die iSolutions-Cloud die Dosierpumpe frei. Anderenfalls zeigt die App dem Benutzer korrekte Hinweise an und lässt den letzten Schritt wiederholen.

Die Vorteile der Chemicals App auf einen Blick:

• Fertig vorkonfigurierte Cloud-Plattform
• Höhere Prozesssicherheit durch das Vermeiden von Fehlanschlüssen
• Haftungsminimierung durch Anzeige von Gefahren- und SicherheitshinweisenUnterschiedliche Geschäftsmodelle (Kontrakt- oder Bonussystem)
• Automatisierte Nachlieferung der Chemikalien durch sensorlose Online-Überwachung der Gebindefüllstände

Fazit: Die Chemicals App von Grundfos bietet dem Betreiber implementierte Sicherheit (keine Verwechslung von Gebinden) ebenso wie dem Chemikalienhändler (Produkt-Rückruf, Produkt-Mindesthaltbarkeit, Produktbeobachtung).

Überwacht CR-Pumpen: Condition Monitor

Mit Hilfe des neu entwickelten Grundfos Condition Monitors (GCM) kann der Betreiber den Betriebszustand von mehrstufigen CR-Pumpen überwachen und Prozessausfälle vermeiden. Der Monitor ist in industriellen Anwendungen wie in der Wasseraufbereitung, Temperierung und der Prozessindustrie, aber auch in der Gebäudetechnik und anderen verwandten Anwendungen einsetzbar.
Der Condition Monitor verfolgt den Betriebszustand der überwachten Pumpe und erkennt mögliche Systemfehler wie Lagerschäden, Unwucht oder Wasserschlag und erfasst auch schwer protokollierbare Bedingungen wie Trockenlauf und Kavitation, die bei der Pumpe zu starken Beschädigungen führen können. Der wesentliche Unterschied zu anderen Produkten auf dem Markt besteht darin, dass der CMU präzise die Systemfehler aufzeigt, statt nur Datendiagramme zu liefern; der Betreiber erhält rechtzeitig ein klares Überwachungsergebnis.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der GCM nicht nur die Vibrationen einer Pumpe nachverfolgt, um Verschleißprobleme in Lagern aufzudecken. Die meisten Pumpenausfälle sind auf Prozessausfälle zurückzuführen. So kann ein Trockenlauf z.B. schnell zu einer Beschädigung der Wellenabdichtung führen. Das Gerät überwacht nicht nur die Funktionstüchtigkeit einer Pumpe, sondern auch sämtliche Faktoren, die zu einer schlechten System- und Pumpenleistung betragen.

Beispiel: Zustand der Lager; eine Warnanzeige wird gelb, wenn die Lager einer Pumpe beginnen, mechanische Beschädigungen anzuzeigen. Auf diese Weise kann der Anwender Wartungsarbeiten planen, wann immer es am zweckmäßigsten ist. Leuchtet die Warnanzeige rot, fordert das Gerät zum schnellstmöglichen Austausch der Lager auf, um Ausfallzeiten zu vermeiden.

Das Herzstück des GCM – ein kleiner intelligenter Sensor – wird an der Ablassschraube in der Motorlaterne montiert. Der Sensor misst eine Vielzahl wichtiger Leistungsdaten über das Erfassen von Vibrationen, Temperatur und Ultraschall. Neben einer Anzeige an der Pumpe selbst kann das Gerät an verschiedene Überwachungssysteme angeschlossen werden. Es verbindet sich drahtlos mit der iSolutions-Cloud und bietet Benutzern die Möglichkeit, die Einstellungen für Fernwarnungen anzupassen und eine Vielzahl von Grundfos-Diensten zu aktivieren. Die Anbindung an BUS-Systeme erfolgt ebenfalls über Standard-Kommunikationsprotokolle.

Der Grundfos Condition Monitor ist für ungeregelte als auch geregelte Pumpen der Baureihe CR verfügbar und kann auch für bereits in Betrieb befindliche Pumpen nachgerüstet werden.

Die Qualität des Sensors ist natürlich von hoher Bedeutung, wichtiger ist aber die Interpretation der Daten – dazu bedarf es des Know-hows von Grundfos-Spezialisten, das im Condition Monitor hinterlegt ist.

Abwassernetze optimieren: Wastewater Networks

Die Grundfos iSolutions-Cloud für Wastewater Networks – das ist die Interpretation von Grundfos in Sachen Abwasser 4.0: Eine cloud-basierte Lösung, um den Betrieb und die Wartung im Abwassernetz zu analysieren und Optimierungspotentiale aufzuzeigen (‚datenpunkt-basierte Optimierung‘). Wastewater Networks unterstützt das Anlagenmanagement, erhöht die Betriebssicherheit und senkt die Betriebskosten. Ergebnis: ein smartes Entwässerungsnetz.

Wichtig mit Blick auf bestehende Systeme: Wastewater Networks ist herstellerunabhängig kompatibel zu allen vorhandenen Pumpstationen und kann ohne weiteres nachträglich eingebunden werden.

Die strategische Zusammenarbeit zwischen Grundfos und der dänischen Kommune Haderslev zeigt, welche konkreten Vorteile ein Abwasserentsorger durch Nutzung dieser iSolutions-Cloud hat. Ziel war es, neben Verbesserungen beim Anlagenmanagement neue Wege zu finden, Energie zu sparen, Fremdwasser zu ermitteln sowie Starkregenereignisse und gefährliches Hochwasser besser vorherzusehen, um die gesamte Netz-Effizienz zu steigern.

Die Ergebnisse dieser strategischen Zusammenarbeit:

• Aus der kontinuierlichen Analyse von Pumpen und Pumpstationen über bestimmte Zeiträume hinsichtlich von Durchflüssen und Energieverbrauch, lässt sich eine Auslastungsmatrix erstellen, die Aufschluss gibt zu möglichen Optimierungen (Energieeinsparung, Sanierungspotentiale, zu lange Verweilzeiten des Abwassers und daraus folgend die Bildung von Schwefelwasserstoff).
• Volumenstrommessung im Vorfluter bzw. in den Pumpstationen: Die Pumpen- und Sensordaten ermöglichen es, den Volumenstrom in den Schächten und Rohrleitungen zu ermitteln. Mit dieser Analyse erkennt der Betreiber den aktuellen Status in allen Bereichen des Netzwerks, um Sanierungsmaßnahmen zielgerichteter zu planen und umzusetzen.
• Kategorisierung eines möglichen Fremdwasserzuflusses in einem bestimmten Einzugsgebiet: Pumpen- und Sensordaten ermöglichen es zu bestimmen, ob und in welcher Form Fremdwasser zufließt (Regen-oder Grundwasser etc., langsam oder schnell). Die Bestimmung des Fremdwasserzuflusses gibt frühzeitig Aufschluss darüber, welche Maßnahmen im Falle einer Sanierung zu priorisieren wären.
• Warnung bei nahendem Hochwasser: Die proaktive Warnmeldung bei drohenden Hochwasserereignissen schützt vor Schäden und minimiert Kosten. Die Warnmeldung erfolgt vor dem Hochwasserereignis mit gleichzeitiger Indikation, an welcher Stelle das Abwassernetz suboptimal läuft, um beispielsweise Niveau und Laufzeiten der Pumpen rechtzeitig darauf abzustimmen.
• Fehlervoraussage im Hinblick auf Anlagenmanagement und Systemoptimierung: Der Fokus liegt hier auf der frühzeitigen Ermittlung einer Fehlfunktion (was passiert gerade im Abwassernetz?); Ziel sind planbare und kostensparende Wartungsintervalle. Mögliche Schwachstellen im gesamten System werden ermittelt: Zum Bereich der Systemoptimierung zählen Hinweise auf eine abnehmende Pumpenleistung, zunehmende Rohrleitungswiderstände, Identifizierung von Verstopfungen, Undichtigkeiten/Defekte von Rückschlagklappen, fehlerhafte Pumpenmontagen, ungleichmäßige Pumpenauslastung und die Schalthäufigkeit der Pumpen.

Kurz: Das GiC for Wastewater Networks in der iSolutions-Cloud ist ein Optimierungsmodul für Abwasser-Infrastrukturen – es liefert Wissen über das Geschehen im Netz, reduziert Betriebszeiten und hilft dabei die Effizienz zu steigern.

Fazit: Schon heute auf Morgen vorbereiten
Es ist zwar nicht unbedingt immer erforderlich oder gar ratsam, gleich jede technische Neuentwicklung mit zu machen. Jedoch ist es empfehlenswert, für die kommenden technischen Möglichkeiten vorzusorgen, und bereits heute vernetzbare Komponenten zu verbauen und diese zu vernetzen. Dieser Aufwand dafür ist im Rahmen der Neuinstallation gering und überschaubar. Der zweite Schritt, die vernetzen Komponenten auf einem System aufzuschalten und die so gewonnen Daten zu nutzen, bleibt dann überwiegend nur noch ein Software-Thema.