Wasser & Abwasser: 4G-SCADA-Überwachung für 300 verteilte Stationen

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Sophie Durand
Sophie Durand
Referentin für technische Inhalte

Ein Netzwerk von Pumpstationen zu verwalten, die über eine Fläche von 3.000 km² verstreut sind, ohne dass an jedem Standort ein eigener Techniker zur Verfügung steht – das ist der Alltag der Wasser- und Abwasserbetreiber. Hier erfahren Sie, wie 4G LTE und die Cloud-Überwachung diese Herausforderung in einen betrieblichen Vorteil verwandeln.

Die Herausforderung dezentraler Wasserversorgungsnetze​

Ein Trinkwasser- oder Abwassernetz umfasst Hunderte von Standorten, die ständig überwacht werden müssen:

  • Pumpstationen (Förderung, Druckbeförderung, Druckerhöhungsanlagen)
  • Speicher und Wassertürme (Füllstand, Qualität)
  • Chlorungsanlagen (Dosierung, Restchlorgehalt)
  • Ferngesteuerte Ventile (Absperrung, Regelung)
  • Kläranlagen (Belüftung, Absetzung, Filtration)

Die meisten dieser Standorte sind abgelegen: kein Glasfaseranschluss, kein ADSL, oft in ländlichen Gebieten oder im Wald. Das einzige verfügbare Kommunikationsmittel ist das Mobilfunknetz.

Jahrelang musste man sich mit GPRS begnügen: 20 kbps Übertragungsrate, hohe Latenzzeiten, mäßige Zuverlässigkeit. Heute sorgt 4G LTE für eine Wende.

Typische Architektur: 300 Basisstationen im 4G-Netz​

Kommunikationsinfrastruktur​

Typische Ausrüstung pro Station​

KomponenteSpezifikation
GatewayEziwan Gateway, 35-mm-DIN-Schiene
Stromversorgung12–48 V DC (Stationsstromversorgung)
SIM-KarteDual-SIM Orange + SFR
SPS-AnschlussRS-485 Modbus RTU
AntenneAußenantenne + verlustarmes Kabel (Standorte in Hohlräumen)
Temperatur-40 °C / +75 °C (unbeheizte Schaltschränke)

Modbus-Datenerfassung: Die Daten, auf die es ankommt​

Typische Pumpstation​

# Erfasste Modbus-Register — Pumpstation
slaves:
  - id: 1
    name: "Pompe principale"
    polling: 30s
    registers:
      - address: 0    # Pumpenzustand (0=Aus, 1=Ein, 2=Fehler)
        name: etat_pompe
      - address: 1    # Betriebsstunden (×10)
        name: heures_fonctionnement
        scale: 0.1
      - address: 2    # Momentaner Durchfluss (m³/h × 10)
        name: debit_instantane
        scale: 0.1
      - address: 3    # Tagesvolumen (m³)
        name: volume_journee
      - address: 10   # Druck auf der Ausgangsseite (bar × 100)
        name: pression_aval
        scale: 0.01
      - address: 11   # Planenhöhe (cm)
        name: niveau_bache
        
  - id: 2
    name: "Analyseur eau"
    polling: 300s
    registers:
      - address: 0    # Restchlorgehalt (mg/l × 100)
        name: chlore_residuel
        scale: 0.01
      - address: 1    # Trübung (NTU × 100)
        name: turbidite
        scale: 0.01
      - address: 2    # pH (× 100)
        name: ph
        scale: 0.01

Konfigurierte kritische Warnmeldungen​

ParameterAlarmschwelleKritische SchwelleMaßnahme
Pumpenfehler—SofortSMS an den Bereitschaftsdienst + E-Mail
Niedriger Füllstand der Folienwanne< 30 %< 15 %E-Mail / SMS + Fernabschaltung
Restchlorgehalt< 0,1 mg/l< 0,05 mg/lSMS an den Bereitschaftsdienst + Bericht an die ARS
Druck auf der Ausgangsseite< 1,5 bar< 1,0 barSMS im Bereitschaftsdienst
Verbindung unterbrochen> 5 min> 15 minE-Mail an den Vorgesetzten

Dual-SIM: Die geforderte Dienstkontinuität​

Wasserversorgungsnetze sind kritische Infrastrukturen. Die lückenlose Überwachung ist eine gesetzliche Verpflichtung und keine Option.

Bei 300 Standorten in ländlichen und stadtnahen Gebieten ist die Netzabdeckung nie einheitlich. An manchen Orten ist Orange hervorragend, an anderen SFR. Und es kommt zu Netzausfällen.

Verhalten des Eziwan-Dual-SIM-Geräts – Pumpstation St-Étienne-du-Bois:

08:42  SIM1 Orange active — RSRP : -82 dBm — Latence : 28ms
09:15  SIM1 Orange mit Signalabfall — RSRP: -101 dBm — 3 Pings ausgefallen
09:15  → Bascule automatique SIM2 SFR
09:15  SIM2 SFR active — RSRP : -79 dBm — Latence : 31ms
09:16  SCADA-Dashboard: Wiederverbindung erkannt (45 Sekunden Unterbrechung)
12:30  SIM1 Orange revenue — RSRP : -80 dBm
13:00  → Zurück zu SIM1 Orange (Priorität konfiguriert)

Bei einer Flotte von 300 Stationen sind typischerweise 15 bis 30 SIM-Wechsel pro Monat zu verzeichnen – für die Überwachung völlig transparent.

Fernzugriff über SCADA: Die Techniker können eingreifen, ohne vor Ort sein zu müssen​

VPN-Zugriff auf die Steuerungen​

Über das OpenVPN/IPSec-VPN von Eziwan greifen die Techniker direkt auf die Feldsteuerungen zu:

# Techniker, der vom Überwachungszentrum aus verbunden ist
# VPN (OpenVPN/IPSec) aktiv → Zugriff auf das lokale Netzwerk jeder Station

# Zugriff auf die Benutzeroberfläche der Station Montceau-les-Mines
http://192.168.15.100 → Lokale Web-Überwachungsschnittstelle

# Zugriff auf die Schneider-SPS TM3
# Logiciel EcoStruxure → IP : 192.168.15.10
# Diagnose, Änderung der Parameter, Zurücksetzen von Fehlern

Durchschnittliche Einsparung: 65 % der Einsätze, die bisher einen Vor-Ort-Einsatz erforderten, werden innerhalb von weniger als 20 Minuten aus der Ferne gelöst.

Automatischer Bericht für die ARS​

Eziwan kann die von der regionalen Gesundheitsbehörde geforderten Wasserqualitätsberichte automatisch erstellen:

  • Verlauf des Restchlorgehalts nach Messstelle (Export als CSV/PDF)
  • Konformitätsquote im Berichtszeitraum
  • Qualitätswarnungen mit Zeitstempel und Dauer

Anwendungsbeispiel für Kommunen anzeigen → · Leitfaden zur Wasserüberwachung herunterladen →

Einführung: Erfahrungsbericht zu 300 Stationen​

Beispielplan​

PhaseDauerInhalt
Vor-Ort-Prüfung2 WochenBestandsaufnahme der Steuerungen, Netzabdeckung
ZTP-Konfiguration1 WocheProfile nach Stationsart
Pilotphase1 Monat20 Testarbeitsplätze
Massenbereitstellung3–4 Monateverbleibende 280 Arbeitsplätze
Schulung der Bediener2 TageDashboard, Warnmeldungen, VPN-Zugang

ZTP-Profile nach Stationsart​

Ein einziges Profil deckt alle Stationen desselben Typs ab. Die Konfiguration wird automatisch übernommen, sobald das Gateway eine Verbindung herstellt:

  • Standard-Pumpprofil: 85 % der Stationen
  • Qualitäts-Speicherprofil: 10 % der Stationen (mit Analysegeräten)
  • Profil-Aufbereitungsanlage: 5 % der Anlagen (erweiterte Konfiguration)

M-Bus-Integration für die Fernauslesung von Zählern​

In Wasserversorgungsnetzen nutzen Verbrauchszähler und automatische Ablesestationen häufig das M-Bus-Protokoll (EN 13757-2) über Kabel oder Wireless M-Bus 868 MHz (EN 13757-4) über Funk. Das Eziwan-Gateway lässt sich über einen M-Bus/Modbus-Konverter oder direkt über das Wireless-M-Bus-Modul in diese Architekturen integrieren:

# Beispiel für die Konfiguration einer Fernauslesung mehrerer Zähler über M-Bus RS-485
mbus:
  baudrate: 2400                    # Standard-M-Bus-Geschwindigkeit
  slaves:
    - address: 1                    # Adresse M-Bus primaire (0-250)
      name: "Compteur eau zone A"
      manufacturer: "Itron"
      data_records:
        - drec: 0x01               # Gesamtenergie in m³
          name: volume_total
          unit: m3
        - drec: 0x02               # Momentaner Durchfluss (m³/h)
          name: debit_instantane
          unit: m3h
        - drec: 0x06               # Kaltwassertemperatur
          name: temperature
          unit: degC
    - address: 2
      name: "Compteur eau zone B"
      manufacturer: "Kamstrup"

Vorteil von M-Bus gegenüber 4–20 mA: Der M-Bus übermittelt in einem einzigen Datenrahmen das kumulierte Volumen, den momentanen Durchfluss, die Temperatur und die Alarme (Überschreitung des maximalen Durchflusses, Rücklauf, defektes Modul), ohne dass für jede Variable eine separate analoge Verkabelung erforderlich ist.

RPQS-Konformität und behördliche Daten​

Betreiber im Rahmen einer öffentlichen Dienstleistungskonzession (DSP) sind verpflichtet, jährlich einen Bericht über Preis und Qualität der Dienstleistung (RPQS) zu erstellen für die auftraggebenden Kommunen und das ONSB (Nationales Observatorium für Wasser- und Abwasserdienstleistungen) zu erstellen.

Die RPQS-Leistungskennzahlen, die direkt aus den Eziwan-Daten gespeist werden:

RPQS-IndikatorCodeModbus-Quelle Eziwan
Mikrobiologische KonformitätsrateP101.1Qualitätszähler für Chlor/Trübung
Linearer Verbrauchsindex (ILC)P104.3Fördermengen + Zählerindex
NetzverlustquoteP106.3Verteiltes Volumen vs. gemessene Volumina
ReklamationsquoteP155.1N/A (CRM-Daten)
Wirkungsgrad des VerteilungsnetzesP106.3Erzeugte Menge im Vergleich zur verteilten Menge
AusfallzeitP151.1Protokollierte Alarmzeiten von Pumpen/Netz

Der automatische Export dieser Daten im CSV-Format von der Eziwan-Plattform – einschließlich des Kalenderzeitraums und der Stations-ID – ermöglicht es, die RPQS-Tabellen direkt auszufüllen, ohne dass eine manuelle Neueingabe erforderlich ist.

Für Anlagen, die der Überwachung durch die ARS (Agence Régionale de Santé) unterliegen, können die Qualitätsdaten (Restchlorgehalt, Trübung, pH-Wert) in einem zeitgestempelten Format exportiert werden, das den Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit entspricht.

FAQ​

Müssen bei der Umstellung von 2G-GPRS auf 4G-LTE alle Steuerungen ausgetauscht werden? Nein. Die Feldsteuerungen (Schneider TM3, Wago, Siemens usw.) behalten ihre seriellen RS-485-Modbus-RTU-Protokolle bei. Es wird lediglich das Kommunikationsmodem bzw. der Router ausgetauscht – das LTE-Gateway wird an den bestehenden RS-485-Bus angeschlossen. Es sind keine Änderungen am SPS-Programm erforderlich.

Wie hoch ist der 4G-LTE-Datenverbrauch einer Standard-Pumpstation? Bei einer Pumpstation, die alle 30 Sekunden 20 Modbus-Werte über MQTT überträgt, liegt der Verbrauch bei etwa 30 bis 80 MB pro Monat, einschließlich VPN. M2M-IoT-SIM-Karten mit Tarifen von 100–500 MB/Monat sind in der Regel ausreichend. Bei einer Flotte von 300 Stationen belaufen sich die SIM-Kosten typischerweise auf 8 bis 15 € pro Standort und Monat, alles inklusive.

Wie lassen sich die Meldepflichten gegenüber der DDASS/ARS im Rahmen der 4G-Überwachung erfüllen? Die Eziwan-Plattform ermöglicht den automatischen Export von Qualitätsdaten (Restchlorgehalt, Trübung, pH-Wert) im CSV- oder PDF-Format mit Zeitstempel, die direkt für die DDARS/ARS-Berichte verwendet werden können. Warnmeldungen bei Überschreitung von Grenzwerten werden mit präzisem Zeitstempel protokolliert, was die vorgeschriebenen Meldungen erleichtert.

Ist Dual-SIM in ländlichen Gebieten mit schlechter Netzabdeckung wirklich nützlich? Genau dort ist es am nützlichsten. In ländlichen Gebieten deckt oft nur eine einzige Mobilfunkantenne Ihr Gebiet ab – wenn diese ausfällt (Blitzschlag, Hardwarefehler, Wartungsarbeiten), haben Sie keinen Netzempfang mehr. Mit zwei Anbietern und zwei getrennten Antennennetzen ist die Wahrscheinlichkeit eines gleichzeitigen Ausfalls beider Netze sehr gering (< 0,1 % pro Jahr).

Welche Netzabdeckung sollte für eine Station in einem Gebiet ohne jegliche Netzabdeckung vorgesehen werden? Abgesehen von der LTE-Abdeckung gibt es Alternativen: VHF/UHF-Funk (für proprietäre Netzwerke von Wasserversorgungsunternehmen), LEO-Satelliten (Starlink, Iridium, Eutelsat OneWeb) oder LoRaWAN, sofern die Gemeinde über einen LoRa-Konzentrator in Reichweite verfügt. Eziwan lässt sich für wirklich abgelegene Standorte in Satelliten-Backhaul-Lösungen integrieren.

Weiterführende Informationen​

Fazit​

300 Wasser- und Abwasseranlagen mit zwei Bereitschaftstechnikern und ohne unnötige Fahrten überwachen – das ist heute dank 4G LTE, Dual-SIM mit automatischem Failover und Cloud-Überwachungstools möglich.

Die Investition macht sich schnell bezahlt: weniger Bereitschaftsdienste, weniger Dienstreisen, einfachere Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und vor allem ein Echtzeit-Überblick über den Zustand Ihres Netzes, den Sie mit GPRS nicht hatten.

Ihr Wasser-/Abwasserprojekt besprechen → · SCADA-Überwachungsdemo ansehen →

Weitere Ressourcen​