Automatisierung von Fischtzuchtanlagen

Das The­ma Auto­ma­ti­sie­rung tritt gera­de in der heu­ti­gen Zeit immer öfter in Erschei­nung. Vor allem in der Indus­trie, wo stets eine hohe Pro­duk­ti­vi­tät als Ziel gesetzt wird und Pro­zes­se zuneh­mend digi­ta­li­siert wer­den (Indus­trie 4.0), sind vie­le ver­schie­de­ne Anwen­dun­gen der Auto­ma­ti­sie­rung zu fin­den. Aller­dings lie­gen die Anfän­ge der elek­tro­tech­ni­schen Auto­ma­ti­sie­rung schon ein paar Jahr­zehn­te zurück. Ein gro­ßer Schritt war die Ent­wick­lung der soge­nann­ten Spei­cher­pro­gram­mier­ba­ren Steue­rung, kurz SPS, in den 1970er Jah­ren. Die­se Tech­no­lo­gie wur­de seit­dem stän­dig wei­ter­ent­wi­ckelt, um immer mehr Auf­ga­ben zu über­neh­men. Heut­zu­ta­ge fin­det die Pla­nung und Umset­zung elek­tro­tech­ni­scher Anla­gen qua­si nicht mehr ohne eine sol­che SPS statt.

 

Die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

Eine Spei­cher­pro­gram­mier­ba­re Steue­rung ist im Grun­de das Gehirn einer tech­ni­schen Anla­ge. Ihre Auf­ga­be ist es, die opti­ma­le Funk­ti­on der jewei­li­gen Anla­ge zu gewähr­leis­ten. Aus­schlag­ge­bend für ihren Ein­satz sind dabei die Lang­le­big­keit und Zuver­läs­sig­keit unter schwe­ren Bedin­gun­gen. Das heißt, dass die SPS nicht von Staub, Kor­ro­si­on oder Hit­ze beein­träch­tigt wird und die Anla­ge somit ohne stän­di­ge Auf­sicht arbei­ten kann.

Die Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten einer SPS sind sehr weit gefä­chert. Die gewünsch­ten Funk­tio­nen, wel­che die SPS umset­zen soll, wer­den ent­spre­chend pro­gram­miert und auf den Spei­cher gela­den. Wäh­rend dem Betrieb wer­den dann Ein­gangs­si­gna­le erfasst und anhand der Pro­gram­mie­rung ver­ar­bei­tet, um anschlie­ßend Aus­gangs­si­gna­le aus­zu­ge­ben, die ande­re Kom­po­nen­ten steu­ern. Neben ein­fa­chen Anwen­dun­gen sind dabei auch hoch­kom­ple­xe Auf­ga­ben­stel­lun­gen zu rea­li­sie­ren, wodurch sie viel­sei­tig ein­setz­bar ist. Trotz­dem lie­gen die Bear­bei­tungs­zei­ten nur im Mil­li­se­kun­den­be­reich, womit ein schnel­les Reagie­ren auf Ereig­nis­se mög­lich ist.

Neben der Rege­lung des nor­ma­len Betrie­bes dient die SPS auch der gene­rel­len Über­wa­chung und dem Fest­stel­len von Feh­lern. Falls eine Stö­rung vor­lie­gen soll­te, wird die­se direkt erkannt und dem Anwen­der über ver­schie­de­ne Warn­sys­te­me und mit detail­lier­ten Infor­ma­tio­nen gemel­det, damit ein schnel­les Han­deln bzw. Gegen­steu­ern erfol­gen kann. Sol­che Mel­dun­gen wer­den im soge­nann­ten HMI, dem „Human Machi­ne Inter­face“ aus­ge­ge­ben. Dabei han­delt es sich um ein Dis­play, das mit der SPS ver­bun­den ist. Neben der Anzei­ge von Mel­dun­gen und Nach­rich­ten ist über die­ses Dis­play aber auch die Steue­rung ein­zel­ner Anla­gen­tei­le und die Beob­ach­tung ver­schie­de­ner Grö­ßen möglich.

Automatisierung von Kreislaufanlagen

Auch in Kreis­lauf­an­la­gen wer­den ver­mehrt spei­cher­pro­gram­mier­ba­re Steue­run­gen ver­baut. In geschlos­se­nen Kreis­lauf­sys­tem sind vie­le ver­schie­de­ne Para­me­ter zu regeln, um eine gute Was­ser­qua­li­tät zu gewähr­leis­ten. Die­se ist essen­zi­ell für das Wohl und die Gesund­heit der Tie­re und damit für den Produktionserfolg.

Zur Mes­sung von Para­me­tern wer­den Sen­so­ren ver­baut, die regel­mä­ßig  Mes­se­wer­te erfas­sen und die­se an die SPS wei­ter­lei­ten. Die Anla­ge reagiert dann auto­ma­tisch auf Schwan­kun­gen und erstellt Ver­laufs­kur­ven, die vom Anla­gen­be­trei­ber ein­seh­bar sind. Fol­gen­de Sen­so­ren sind zur Mes­sung von Para­me­ter in Aqua­kul­tu­ren verbaut:

    • Tem­pe­ra­tur
    • Füll­stand
    • Redox
    • PSU / Salzgehalt
    • pH
    • O2
    • Durch­fluss
    • CO2

Neben der Ein­stel­lung der Para­me­ter liegt aber auch das Steu­ern sämt­li­cher Akto­ren und Sub­sys­te­me im Auf­ga­ben­be­reich der SPS. Hier kön­nen fol­gen­de Kom­po­nen­ten an die Auto­ma­ti­sie­rung ange­bun­den werden:

    • Pum­pen
    • Kom­pres­sor
    • Ven­ti­le
    • Trom­mel­fil­ter
    • Deni­tri­fi­ka­ti­on
    • Ozon­ge­ne­ra­tor
    • Sedi­men­ta­ti­on
    • Fut­ter­au­to­ma­ten
    • Sauer­stoff­er­zeu­gung
    • Licht
    • Belüf­tung

Aqua­kul­tur­anla­gen nach dem Stand der Tech­nik sind häu­fig mit Soft­ware­lö­sun­gen für Teil­ab­schnitt bzw. ein­zel­ne Aggre­ga­te (z.B. nur für den Trom­mel­fil­ter) aus­ge­stat­tet, ver­fü­gen jedoch nicht über eine Auto­ma­ti­sie­rung des kom­plet­ten Pro­zes­ses. Dadurch ist die Daten­durch­gän­gig­keit gekop­pel­ter Pro­zes­se nicht gege­ben und der Arbeits­auf­wand ist schwer zu pau­scha­li­sie­ren. 

 
Der vollautomatisierte SEAWATER Cube

Für den SEAWATER Cube haben wir eine eige­ne Auto­ma­ti­sie­rungs­lö­sung nach moder­nen Stan­dards ent­wi­ckelt. Die­se basiert auf Tech­nik von Sie­mens und ver­fügt über mehr als 30 Funk­tio­nen (z.B. füt­tern, spü­len, belüf­ten) und regelt damit rund 20 Teil­sys­te­me, was zu einer Voll­au­to­ma­ti­sie­rung des gesam­ten Pro­zes­ses führt. In unse­rer Steue­rung ist das Fisch­wis­sen hin­ter­legt, wel­ches für einen rei­bungs­lo­sen Anla­gen­be­trieb nötig ist. So muss der Bedie­ner nicht zwin­gend Bio­lo­ge oder Fisch­wirt sein, um die Auf­zucht steu­ern zu kön­nen. Die Anla­ge kennt alle wich­ti­gen Richt­gren­zen und Warn­wer­te und ist in der Lage, selbst­stän­dig auf ver­än­der­li­che Gege­ben­hei­ten zu reagie­ren. Bei Pro­ble­men ruft die Anla­ge den Bedie­ner an und es kann per Fern­war­tung auch von außer­halb auf die Steue­rung zuge­grif­fen wer­den. Durch die Voll­au­to­ma­ti­sie­rung ergibt sich außer­dem ein plan­ba­rer Arbeits­auf­wand im Anla­gen­be­trieb von durch­schnitt­lich 1h pro Tag. Eine Clou­dan­bin­dung ermög­licht den exter­nen Zugriff auf alle Daten rele­van­ter Prozessgrößen.

Das Panel, wie es im SEAWATER Cube ange­zeigt wird. Hier zu sehen ist die Über­sichts­sei­te, auf der alle rele­van­ten Kom­po­nen­ten gelis­tet sind. Es gibt ver­schie­de­ne Wege, in Unter­me­nüs zu gelan­gen und mehr Details zu sehen und zu steuern.

In die­ser Ansicht ist eine Steue­rungs­me­nü zu sehen, hier bei­spiel­haft am Trom­mel­fil­ter. Über die Fel­der „Betriebs­art“ kön­nen Teil­funk­tio­nen vom Auto­ma­tik- in den Hand­mo­dus umge­stellt werden. 

Zusam­men­fas­send lässt sich also sagen, dass der SEAWATER Cube durch den Ein­satz einer Spei­cher­pro­gram­mier­ba­ren Steue­rung moder­ne Auto­ma­ti­sie­rungs­tech­no­lo­gie nutzt, um einen opti­ma­len Betrieb der Anla­ge bei über­schau­ba­rem Arbeits­auf­wand sicher­zu­stel­len. Der Stand der Tech­nik in der Fisch­zucht wird damit auf ein neu­es Level gehoben.