Projektpartner von W-Net 4.0

Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB (Karlsruhe) ist eines von 72 Fraunhofer-Instituten und beschäftigt zur Zeit ca. 500 Mitarbeiter. Die Schwerpunkte der FuE-Aktivitäten des IOSB liegen in den Bereichen automatisierte Bildauswertung, leittechnische Systeme sowie Informations- und Kommunikationsmanagement.

Vorarbeiten

Das IOSB ist seit einigen Jahren im Bereich Industrie 4.0 in Gremien, Normungsaktivitäten und Forschungsprojekten aktiv. So arbeitet das IOSB im Rahmen des Projektes Industrial Data Space an der Entwicklung von Referenzarchitekturen und Geschäftsmodellen mit. Das IOSB ist Partner der Plattform Industrie 4.0 sowie Mitglied des Fachausschuss VDI/VDE-GMA 7.21 Industrie 4.0.

Um Unternehmen bei der Ausschöpfung der neuen Potenziale und damit bei der Entwicklung Industrie 4.0-fähiger Dienstleistungen und Geschäftsmodelle zu unterstützen, wurde u.a. durch das IOSB das Europäische Service Institut ESI gegründet. Auch das Thema IT-Sicherheit im Kontext Industrie 4.0 wird am IOSB intensiv bearbeitet. Das IOSB hat bereits eine erste Web-basierte Plattform zur Datenanalyse von Produktions- und Umweltprozessen etabliert, welche in das Projekt eingebracht wird. Im Bereich Monitoring von Trinkwassernetzen (z.B. Überwachung der Wasserqualität) basierend auf maschinellen Lernverfahren war das IOSB in die BMBF-Projekte SMaRT-Online^WDN  und ResiWater involviert.

Schwerpunkte im Projekt

Das IOSB koordiniert das Gesamtvorhaben und ist für den Aufbau der Datenanalyseplattform verantwortlich.

Kontakt:
Dr. Thomas Bernard (Projektkoordinator)
Fraunhofer IOSB
Fraunhoferstr. 1
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721-6091-360
E-Mail: thomas.bernard@iosb.fraunhofer.de

Die 3S Consult GmbH bearbeitet seit mehr als 30 Jahren erfolgreich mit eigener Software Hydraulik- und Asset-Engineering-Aufgaben. Einen Schwerpunkt bildet dabei die Entwicklung von mathematischen Modellen für die thermo-hydraulische Simulation von Druckrohrsystemen, wie sie z. B. in der Trinkwasserversorgung, Gasversorgung und in der Fernwärme anzutreffen sind. 3S Consult beschäftigt zurzeit 20 Mitarbeiter in den Bereichen Ingenieurberatung und Softwareentwicklung. Das Hauptgeschäftsfeld von 3S Consult besteht aus der Kombination von Entwicklung und Verkauf der proprietären Softwareprodukte SIR 3S^® (Hydrauliksimulation, Rohrnetzberechnung), KANEW 3S^® (Asset Management) und HYDKA 3S (Kläranlagensimulation) mit einem umfangreichen Beratungs- und Dienstleistungsangebot zu hydraulischen Problemstellungen.

Vorarbeiten

3S Consult war innerhalb der letzten Dekade als Partner an der Durchführung zahlreicher nationaler und internationaler Forschungsprojekte beteiligt. Thematisch standen dabei in den beiden vom BMBF geförderten Vorhaben SMaRT-Online^WDN und ResiWater sowie im EU-Projekt SAFEWATER  die Sicherheit und die Resilienz von Trinkwasserversorgungssystemen im Vordergrund, während in TWIST++ Anpassungsmöglichkeiten an aktuelle und neue Herausforderungen untersucht wurden. Außerdem wurden im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme KMU-Innovativ die Projekte AWaRe, Onsopt und 3SmartX bearbeitet.

Werkzeuge zur Simulation der Hydraulik und von Qualitätsparametern im Netz als planerische Werkzeuge sind Stand der Technik. Dennoch finden stetig Weiterentwicklungen statt. Unter anderem im Rahmen der genannten Forschungsvorhaben wurde bei 3S Consult an der Verbesserung der zu Grunde liegenden mathematischen Verfahren hinsichtlich Effizienz und Stabilität der Berechnungen gearbeitet. Im vergangenen Jahrzehnt wurden auch erste Online-Simulationswerkzeuge entwickelt. Im Unterschied zu Planungsrechnungen, die in der Regel für einen fiktiven Spitzen- oder Schwachlastfall durchgeführt werden, bilden Online-Simulationen den realen hydraulischen Zustand des gesamten Systems in (Nahe-)Echtzeit ab. Problemstellen im Netz (niedrige Drücke, Stagnationszonen, Ausbreitung von Verunreinigungen) lassen sich so auch in Bereichen ermitteln, die nicht durch Messungen abgedeckt sind.

Im Zuge dieser Arbeiten wurden verschiedene Schnittstellen zum Austausch von Daten mit Prozessleitsystemen und GIS-Datenbanken entwickelt, die die Grundlagen für die Systemintegration in W-Net4.0 bilden.

Schwerpunkte im Projekt

Die von 3S Consult entwickelte hydraulische Simulationssoftware SIR 3S^® soll im Rahmen des Vorhabens W-Net4.0 in das GIS-basierte Auskunftssystem integriert und um die folgenden Funktionen erweiterte werden:

• GIS-integrierter Schulungs- und Trainingssimulator, der speziell auf die Bedürfnisse von kleineren Wasserversorgungsunternehmen ausgerichtet ist. Die Evaluierung erfolgt anhand der am Projekt beteiligten Wasserversorger des SchwarzwaldWASSER-Verbundes.
• Online-Abfrage der Auswirkungen von Schalthandlungen auf die Netzhydraulik hinsichtlich Versorgungssicherheit, Löschwasser, Wasserqualität, Resilienz. Durch die GIS-integrierte Simulation lassen sich damit sogenannte „What-If“-Berechnungen auch über mobile Apps des Systems COSVega ansteuern.
• Automatisierte Diagnose von problematischen Betriebszuständen (z.B. Stagnationszone, zu hoher oder zu niedriger Druck, zu hohe Temperatur)
• Integrierten Risikobewertung und Vorschläge für Rehabilitationsmaßnahmen auf Basis der Netzmanagementsoftware KANEW 3S^®
• Vorschläge für systemglobale Automatisierungslösungen unter Berücksichtigung bestehender lokaler Systeme (SPS) durch Simulation der gesamten Prozesskette

Ein weiterer Schwerpunkt besteht in der Erarbeitung von Schulungskonzepten und -materialen in Kooperation mit dem Projektpartner SchwarzwaldWASSER.

Kontakt:
Dr. Jochen Deuerlein
3S Consult GmbH
Albtalstraße 13
76137 Karlsruhe
Tel.: +49 721 / 33503-360
E-Mail: deuerlein@3sconsult.de

Die COS Geoinformatik GmbH & Co. KG (vormals COS Systemhaus OHG) wurde 1999 gegründet und entwickelt das Geographische Informationssystem COSVega mit zahlreichen aufgabenspezifischen Fachschalen für Kommunale Versorgungsunternehmen, Gemeinden,Industriebetriebe und Ingenieurbüros.

COSVega ist aktuell bei 13 Wasser-und Energieversorgern operativ im Einsatz, unter anderem zur Unterstützung des Betriebs, der Instandhaltung, Planung und Simulation von Wasser-, Gas-, Fernwärme-, Strom-, Telekommunikationsnetzen.

Neben dem GIS-System COSVega bietet COS zahlreiche Softwarelösungen, die bei namhaften Kunden eingesetzt werden, neben verschiedenen Stadtwerken beispielsweise auch dem Umweltbundesamt, dem Staatlichen Hochbauamt Heidelberg, dem Karlsruher Institut für Technologie, dem Leibniz-Institut Berlin oder der MerckAG Darmstadt.

COS war als KMU bereits an zwei BMBF-Verbundprojekten zur GIS-Unterstützung beteiligt:
IWRM (01.2009 – 12.2012): Integriertes Wasserressourcen-Management in Gunung Kidul, Java, Indonesien
AWaRe (05.2012 – 10.2014): GIS-integrierte automatisierte Wassermengenanalyse zur Reduzierung von Wasserverlusten in der Trinkwasserversorgung

Vorarbeiten

Bei der Dokumentation der Wassernetze der Wasserversorgungsunternehmen (WVU) im GIS-System COSVega wird neben der geographischen Darstellung der Leitungen und Netzein-bauten die logische Netztopologie abgebildet. Es werden die leitungsrelevanten Sachinformationen wie Material und Dimension und die hydraulisch wichtigen Netzeinbauten mit ihren Sachinformationen wie Schieberstellung, Durchfluss, Innenleben von Wasserbehältern, Pumpenkennlinien etc. verwaltet. Dadurch kann das System Netzverfolgungen von der Einspeisung bis zum Hausanschluss rechnen, Wasserzonen bilden und visualisieren. Externe Sachdaten, wie die Verbräuche aus der Verbrauchsabrechnung oder das Leitsystem können an die entsprechenden Einbauten gekoppelt und das Wassernetz über gängige Schnittstellen-formate wie STANET netztopologisch korrekt an Berechnungsprogramme ausgespielt wer-den. Auch die Rückübernahme der Berechnungsergebnisse und deren Visualisierung im GIS (wie Löschwassermengen, Druckzustände) ist bereits gängige Praxis.

Bereits im KMU-innovativ Verbundprojekt AWaRe wurde am Praxisbeispiel des Kunden Stadtwerke Pforzheim die Softwarelösung „Wassermengenanalyse“ des Instituts für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie das Hydraulische Netzberechnungsprogramm SIR3S des Partners 3SConsult erfolgreich ange-bunden.

Schwerpunkte im Projekt

Innerhalb des GIS-System COSVega wird eine zentrale webbasierte Auskunftsplattform geschaffen. Da mehrere WVUs unterschiedlicher Größe im GIS abgebildet werden sollen, ist dazu die Definition eines einheitlichen Datenmodells notwendig, in das die Daten der WVUs migriert werden. Dynamische und sichere Kopplungen zu der Datenanalysesoftware des Fraunhofer-Instituts IOSB und zur Simulationssoftware SIR3S werden entwickelt. Außerdem sollen externe Daten beispielsweise aus der Verbrauchsabrechnung und dem Leitsystem angebunden, das GIS auf mobilen Endgeräten zur Verfügung gestellt, ein automatisiertes Meldungssystem implementiert und Konzepte für den künftigen Datenfluss erarbeitet werden. COS ist zudem beteiligt an der Entwicklung von Schulungskonzepten und wird im Rahmen der modellhaften Realisierung der Wassernetze engen Kontakt zu den WVUs Bühl, Glatten, Messkirch und Nagold pflegen.

Kontakt:
Armin Canzler
COS Geoinformatik GmbH & Co. KG
Karlsruher Str. 10b
76275 Ettlingen
Tel.: +49 7243 / 3241-11
E-Mail: armin.canzler@cosgeo.de

Die Berliner Wasserbetriebe und ihre 4.336 Mitarbeiter liefern jährlich aus neun Wasserwerken rund 204 Millionen Kubikmeter bestes Trinkwasser und reinigen in ihren sechs Klärwerken ca. 261 Millionen Kubikmeter Abwasser. Dazwischen liegen fast 19.000 Kilometer lange Rohr- und Kanalnetze. Dabei spielt das gleichermaßen ökologische, ökonomische und sozial nachhaltige Management des Wasserkreislaufs eine besondere Rolle.

Um diese Aufgabe bei optimalem Ressourceneinsatz und sich ändernden Rahmenbedingungen zu erfüllen, entwickeln die Wasserbetriebe innovative Verfahren und Lösungen für heutige und künftig zu erwartende Herausforderungen. Als einziges Unternehmen der Branche verfügen sie über eine zertifizierte Forschungsabteilung, die in enger Abstimmung mit den operativen Bereichen Forschungsthemen identifiziert und diese bearbeitet. Die Wasserbetriebe profitieren durch das Vernetzen mit nationalen und internationalen Projektpartnern und können dank des gebündelten Fachwissens innovative Lösungen auf wichtige Fragen und Betriebsprobleme finden.

Vorarbeiten

Die Digitalisierung wird auch die Wasserwirtschaft betreffen. Der Betrieb der Infrastruktur der Berliner Wasserbetriebe wie Klärwerke, Pumpwerke und Wasserwerke wird schon heute immer stärker automatisiert. Die Wasserbetriebe beschäftigen sich deshalb mit der Weiterentwicklung und Standardisierung der Automatisierungstechnik. Hinzu kommt der zunehmende Einsatz von Sensoren zur Analyse und zur Steuerung von Prozessen, der ein Management der Datenflut notwendig macht. Und wie können die automatisch gesammelten Daten automatisiert überprüft werden, denn auch Sensoren messen nicht immer richtig? Dabei muss die Sicherheit der kritischen Infrastruktur der Wasserversorgungsunternehmen immer gewährleistet sein.

Dafür sind die Berliner Wasserbetriebe an einer Vielzahl von Verbundforschungsvorhaben beteiligt. Für eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung wurde beispielsweise im Projekt SMaRT-Online^WDN ein ganzheitliches System und Entscheidungstool für Versorgungsunternehmen entwickelt.

Das Projekt ging davon aus, dass in naher Zukunft die Entwicklung von Sensoren zur Überwachung der Trinkwasserqualität und zeitnahen Detektion von gesundheitsgefährdenden Kontaminationen so weit fortgeschritten sein wird, dass diese in Trinkwassernetzen eingesetzt werden können und untersuchte die optimale Sensorplatzierung, Alarmgenerierung und Ausbreitung der Kontamination und Identifikation der Kontaminationsquelle.

Schwerpunkte im Projekt

Innerhalb des Projekts W-Net 4.0 sollen für große Wasserversorger neuartige und einfach handhabbare Datenanalyse- und Optimierungswerkzeuge und entsprechende Dienstleistungskonzepte zur Verfügung gestellt werden. Es sollen geeignete Algorithmen zur Validierung und Plausibilisierung von Daten anhand spezifischer Anwendungsfälle getestet werden. Dazu wird die Datenanalyseplattform des Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) genutzt, die über sichere Schnittstellen eine Sichtung, Vorverarbeitung (Filterung) sowie eine komplexe Analyse der Daten erlaubt. Dafür steht eine Vielzahl von Algorithmen und Methoden der Statistik und Modellbildung zur Verfügung (Data Mining Verfahren, maschinelle Lernverfahren). Die Datenanalyse-Plattform soll anhand von geeigneten Use Cases evaluiert werden, z.B.:

• Korrelation der chemischen Qualitätsparameter der Wasserwerke mit Daten aus Biosensoren,
• Algorithmen zur Plausibilisierung von Labordaten zur Trinkwasserqualität,
• Analyse des Feststofftransports im Abwasserdruckleitungs-System
• Validierung der gemessenen Sauerstoffkonzentration und der Steuerung der Luftmenge im Belebungsbecken.

Kontakt:
Dr. Alexander Sperlich
Berliner Wasserbetriebe
Neue Jüdenstraße 1
10179 Berlin
Tel.: +49 30 / 8644 - 62057
E-Mail: alexander.sperlich@bwb.de

• Bühl
• Nagold
• Glatten
• Meßkirch

Bühl: Die Wasserversorgung der Stadt Bühl, Landkreis Rastatt, wird von der Stadtwerke Bühl GmbH durchgeführt. Das Versorgungsgebiet umfasst die Kernstadt mit ihren Ortsteilen. Neben der Eigengewinnung im Quellgebiet beziehen die Stadtwerke Trinkwasser aus Grundwasser vom Zweckverband Wasserversorgung Bühl und Umgebung. Jährlich werden ca. 1,6 Mio. m³/a Wasser verkauft, davon stammen rd. 43 % aus Quellwasser, der Rest aus Grundwasser.

Meßkirch: Die Energie- und Wasserversorgung der Stadt Meßkirch, Landkreis Sigmaringen, wird als Eigenbetrieb geführt mit Sitz in Meßkirch. Das Versorgungsgebiet umfasst die Kernstadt mit ihren Ortsteilen. Neben der Eigengewinnung beziehen einige Ortsteile Trinkwasser vom Zweckverband Heuberg rechts der Donau und vom Zweckverband Wald. Länge des Leitungsnetzes: 110 km, 2.700 Hausanschlüsse

Nagold: Die Stadt Nagold (ca. 22.000 Einwohner) versorgt sich hauptsächlich mit Wasser aus eigener Gewinnung 730.000 m³/a und ca. 480.000 m³/a Bezug von Dritten. Die Verluste liegen bei ca. 10 %. Länge des Leitungsnetzes: 190 km, 5.600 Hausanschlüsse

Glatten: Die Gemeinde Glatten bezieht zu 100 % ihr Trinkwasser vom Zweckverband Haugenstein mit Sitz in Waldachtal. Für die Versorgung mit Trinkwasser werden ca. 127.108 m³/a benötigt. Die Verluste im Netz belaufen sich auf ca. 7.000 m³/a. Länge des Leitungsnetzes: 25 km, 900 Hausanschlüsse