-
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Überwachung mindestens eines Mediums in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Flüssigkeitsversorgungsnetz oder einem Gasversorgungsnetz.
-
Versorgungsnetze für Gase oder Flüssigkeiten, beispielsweise öffentliche, kommunale oder regionale Versorgungsnetze oder auch Netze in einem Unternehmen, dienen dazu, ein zu verteilendes Medium, beispielsweise Erdgas oder Trinkwasser, an eine Vielzahl von Endverbrauchern, beispielsweise Haushalte, Gewerbegebäude oder Fabriken, zu verteilen. Ein Versorgungsnetz umfasst in der Regel ein Netz von mediumsführenden Leitungen, durch die das Medium, gegebenenfalls mittels einer oder mehrerer Pumpen transportiert wird, eine Vielzahl von Absperrelementen, insbesondere Ventile oder Absperrschieber, die dazu dienen, einzelne Leitungen oder eine Gruppe von Leitungen von dem übrigen Versorgungsnetz zu trennen und eine Vielzahl von Verbrauchszählern. Die Verbrauchszähler sind den Endverbrauchern, also beispielsweise den einzelnen Haushalten, Gewerbegebäuden und Fabriken, zugeordnet, um den Verbrauch des Mediums zu erfassen. Die Verbrauchszähler umfassen eine Messeinrichtung, die den Verbrauch des Mediums, beispielsweise in Form eines Volumendurchflusses, erfasst und speichert. Moderne Messeinrichtungen in Verbrauchszählern weisen Kommunikationsmittel zur drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikation von Verbrauchsdaten an übergeordnete Einheiten zur Datenerfassung und Datenverarbeitung, beispielsweise an mobile Ableseeinheiten, wie Mobiltelefone oder andere tragbare Datenempfangs- und Datenverarbeitungseinheiten, auf. Derartige Versorgungsnetze sind beispielsweise aus
US 4,553,094 oder aus
EP 2141 892 A2 bekannt.
-
Es besteht seit langem der Wunsch nach Überwachung der Qualität der Medien in Versorgungsnetzen. Insbesondere bei der Trinkwasserversorgung über öffentliche, kommunale oder regionale Versorgungsnetze ist eine Qualitätsüberwachung von großer Bedeutung, da eine Kontamination des Trinkwassers, durch biologische oder chemische Schadstoffe zu einem hohen Gesundheitsrisiko der Endverbraucher, vor allem der Privathaushalte, führen kann. Biologische Schadstoffe können beispielsweise Viren, Algen, Pilze oder Bakterien sein, die sich unter geeigneten Bedingungen in den mediumsführenden Leitungen des Versorgungsnetzes ansiedeln können und zur Kontamination des Mediums, beispielsweise des Trinkwassers, führen können. Chemische Schadstoffe können beispielsweise reizende, gesundheitsschädliche oder giftige Substanzen sein. Auch eine zu hohe Wasserhärte, zu hohe oder zu niedrige pH-Werte können nachteilig für die Endverbraucher sein. Neben der Gefahr der Kontaminierung durch einen zufälligen oder fahrlässigen Eintrag solcher Schadstoffe in das Versorgungsnetz ist auch die Gefahr einer Kontaminierung des Mediums aufgrund eines terroristischen Anschlags ist zu berücksichtigen.
-
Neben der eigentlichen Erkennung der Kontamination des Mediums ist auch die zeitnahe Information des Versorgungsnetzbetreibers und/oder der Endverbraucher über das Vorliegen der Kontamination von großer Bedeutung. Eine schnelle Benachrichtigung des Versorgungsnetzbetreibers erlaubt die zeitnahe Einleitung von Maßnahmen zur Vermeidung der weiteren Mediumsentnahme durch Endverbraucher und/oder zum Abstellen der Kontamination. Eine schnelle Benachrichtigung der Endverbraucher kann wichtig sein, damit diese das kontaminierte Medium nicht mehr aus dem Versorgungsnetz entnehmen, solange die Kontamination vorliegt.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren für die Qualitätsüberwachung mindestens eines Mediums in einem Versorgungsnetz anzugeben, das eine frühe Erkennung einer Kontamination des Mediums und die Einleitung von Schutz- und Gegenmaßnahmen erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Überwachung mindestens eines Mediums in einem Versorgungsnetz, insbesondere in einem Flüssigkeitsversorgungsnetz oder einem Gasversorgungsnetz, umfassend:
eine Vielzahl von an unterschiedlichen Messorten innerhalb des Versorgungsnetzes angeordneten Sensoren, welche jeweils mindestens einen Messaufnehmer und mindestens eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen,
wobei der mindestens eine Messaufnehmer dazu ausgestaltet ist, Messwerte eines Parameters des Mediums zu erfassen,
wobei die Kommunikationsschnittstelle dazu ausgestaltet ist, die Messwerte oder aus den Messwerten abgeleitete Werte auszugeben,
wobei der Parameter ein Vorhandensein eines oder mehrerer Schadstoffe und/oder einen Schadstoffgehalt in dem Medium widerspiegelt.
-
Indem an unterschiedlichen Messorten innerhalb des Versorgungsnetzes Sensoren angeordnet werden, die jeweils Messwerte mindestens eines Parameters erfassen, der durch einen im Medium enthaltenen Schadstoff beeinflusst wird, und der somit das Vorhandensein eines Schadstoffs und/oder einen Schadstoffgehalts in dem Medium widerspiegelt, kann zeitnah auch eine nur lokal vorliegende Kontamination des Mediums im Versorgungsnetz erkannt werden. Über die Kommunikationsschnittstelle können die Sensoren die aktuell erfassten Messwerte oder aus den Messwerten abgeleitete Werte ausgeben, beispielsweise an eine übergeordnete Datenerfassungs- und Datenverarbeitungseinheit, im folgenden auch kurz als übergeordnete Einheit bezeichnet, die die von den Sensoren empfangenen Werte weiter verarbeiten und auswerten kann, und die im Falle des Vorliegens eines Schadstoffes im Medium Warnnachrichten ausgeben oder Gegenmaßnahmen einleiten kann.
-
Das Versorgungsnetz kann ein Netz von mediumsführenden Leitungen, gegebenenfalls eine oder mehrere Pumpen, mittels derer das Medium durch das Netz von mediumsführenden Leitungen transportiert wird, Absperrelemente, insbesondere Ventile und/oder Absperrschieber, zur Trennung einzelner Leitungen und/oder einer Gruppe von Leitungen von dem übrigen Versorgungsnetz, und Verbrauchszähler aufweisen,
wobei mindestens einer der Sensoren einer Pumpe, einem Absperrelement oder einem Verbrauchszähler zugeordnet ist.
-
Weitere Sensoren der Vielzahl von Sensoren können unabhängig von den Absperrelementen, Verbrauchszählern oder Pumpen in mediumsführenden Leitungen des Netzes, insbesondere an zugänglichen Leitungsverzweigungen oder an sonstigen zugänglichen Stellen des Netzes angeordnet sein. Sensoren können außerdem als Tauchroboter ausgestaltet sein, die sich innerhalb der mediumsführenden Leitungen durch das Netz bewegen können.
-
Falls es sich bei dem Versorgungsnetz um ein öffentliches, beispielsweise kommunales, Trinkwasser-Versorgungsnetz handelt, kann beispielsweise jedem einem Endverbraucher zugeordneten Wasserzähler ein Sensor zugeordnet sein, der die Qualität des an den Endverbraucher gelieferten Trinkwassers überwacht. Zusätzlich kann den Pumpen des Trinkwasserversorgungsnetzes jeweils ein Sensor zugeordnet sein. Auch den Absperrelementen, insbesondere solchen Absperrelementen, mittels derer eine Gruppe von Leitungen bzw. eine Gruppe von Endverbraucher-Entnahmestellen von dem übrigen Versorgungsnetz abtrennbar ist, können vorteilhaft jeweils ein Sensor zugeordnet sein. Auf diese Weise sind an einer Vielzahl neuralgischer Punkte des Versorgungsnetzes Sensoren angeordnet, die eine lokal auftretende Kontamination frühzeitig erkennen können, so dass Gegenmaßnahmen, beispielsweise die Abtrennung der kontaminierten Stelle vom übrigen Versorgungsnetz oder die Neutralisation der Kontamination, bereits eingeleitet werden können, bevor sich die Kontaminierung über das gesamte Versorgungsnetz ausgebreitet hat.
-
Ein einem Verbrauchszähler, einer Pumpe oder einem Absperrelement zugeordneter Sensor kann entweder in ein Gehäuse des Verbrauchszählers, der Pumpe oder des Absperrelements fest integriert sein. Ein in einer Leitung angeordneter Sensor kann in der Rohrwand der Leitung fest integriert sein. Alternativ kann der Sensor als Modul ausgebildet sein, welches wieder lösbar mit der Pumpe, dem Absperrelement oder dem Verbrauchszähler, insbesondere mechanisch und/oder zur Energieversorgung und/oder zum Datenaustausch, insbesondere mit einer Datenverarbeitungseinheit des Verbrauchszählers, der Pumpe oder des Absperrelements, verbindbar ist. Auch in der Leitung anzuordnende Sensoren können als Module ausgebildet werden, die beispielsweise bei Bedarf an einen Stutzen der Leitung wieder lösbar angeschlossen werden können. Dies erlaubt eine einfache, flexible und bedarfsgerechte Nachrüstung des Versorgungsnetzwerks mit Sensoren. So kann bei Bedarf beispielsweise ein Bereich eines Netzes intensiver überwacht werden, indem die Anzahl der Messorte in diesem Bereich, insbesondere zeitweise, erhöht wird.
-
Ein einer Pumpe, einem Verbrauchszähler oder einem Absperrelement zugeordneter Sensor kann gemeinsam mit einer Datenverarbeitungseinheit des Verbrauchszählers, der Pumpe und/oder des Absperrelements in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
-
Der Sensor kann in diesem Fall denselben Kommunikationskanal zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit, beispielsweise einer entfernten, insbesondere zentralen, Steuereinheit nutzen wie die Datenverarbeitungseinheit des Verbrauchszählers, der Pumpe und/oder des Absperrelements.
-
Ein einem Verbrauchszähler, einer Pumpe oder einem Absperrelement zugeordneter Sensor kann von einer Energieversorgung der Pumpe, des Absperrelements oder des Verbrauchszählers mit Energie versorgt werden.
-
Mindestens einer oder einige der Sensoren können auch eine eigene Energieversorgung aufweisen. Insbesondere diejenigen Sensoren, die nicht einem Verbrauchszähler, einer Pumpe oder einem Absperrelement zugeordnet sind, benötigen eine unabhängige Energieversorgung. Beispielsweise können die Sensoren unter Ausnutzung einer Eigenschaft des Mediums mittels des sog. Energy harvesting, d. h. dem Gewinnen von Strom aus Energiequellen der Umgebung, mit Strom versorgt werden. Hierzu kann z. B. aus der Mediumstemperatur mittels eines thermoelektrischen Generators oder aus der Mediumsströmung Strom gewonnen werden. Für einen einem als Flügelradzähler ausgestalteten Verbrauchszähler zugeordneten Sensor kann beispielsweise aus der durch die Mediumsströmung angetriebenen Drehung des Flügelrades elektrische Energie gewonnen werden. Ein Sensor kann auch ein eigenes, vom Zähler unabhängiges, Flügelrad zur Stromgewinnung aufweisen. Zur Energieversorgung können die Sensoren selbstverständlich auch eine Batterie oder einen Anschluss an eine elektrische Versorgungsleitung aufweisen. Auch eine Energieversorgung mittels elektromagnetischer Strahlung ist denkbar.
-
Wenn es sich bei dem Versorgungsnetz um ein öffentliches, insbesondere kommunales, Gas- oder Wasserversorgungsnetz handelt, kann mindestens einer der Sensoren mittels einer Stromversorgungsleitung für eine öffentliche Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einer Straßenbeleuchtung, mit Energie versorgt werden. Häufig sind Stromversorgungsleitungen für Beleuchtungseinrichtungen, insbesondere für die Straßenbeleuchtung, in räumlicher Nähe zu mediumsführenden Leitungen des Trinkwasser- oder Gasversorgungsnetzes angeordnet. Zum Betreiben von in den mediumsführenden Leitungen angeordneten oder Absperrelementen zugeordneten Sensoren kann daher ohne großen Aufwand die Stromversorgung der Beleuchtungseinrichtungen genutzt werden.
-
Die Sensoren können über ihre Kommunikationsschnittstellen untereinander oder mit einer oder mehreren übergeordneten Einheiten, insbesondere mit einer einzigen Zentraleinheit, drahtlos oder drahtgebunden zur Datenübertragung verbunden sein. Die übergeordnete Einheit kann eine elektronische Datenerfassungs- und Datenverarbeitungseinheit mit einem Prozessor und gegebenenfalls einem oder mehreren Datenspeichern, beispielsweise einen Computer oder Mikrocomputer, umfassen. Beispielsweise kann die übergeordnete Einheit ein, beispielsweise tragbarer, Computer, ein Mobiltelefon oder ein Messumformer sein. Die übergeordnete Einheit kann auch eine intelligente Messeinheit eines Verbrauchszählers sein. Beispielsweise können Sensoren, die jeweils einem Verbrauchszähler zugeordnet sind, Werte an den Verbrauchszähler ausgeben, so dass die im Verbrauchszähler integrierte Datenverarbeitungseinheit die Werte weiterverarbeitet und gegebenenfalls Aktionen, beispielsweise die Ausgabe einer Warnmeldung oder das Schließen eines Ventils, ableitet.
-
Die übergeordnete Einheit kann auch eine von dem Sensor entfernte Steuerungseinheit sein, die zum Betreiben und Steuern des Versorgungsnetzes dient. Dem Versorgungsnetz können beispielsweise mehrere, an verschiedenen Punkten des Versorgungsnetzes angeordnete Steuerungseinheiten oder eine einzige zentrale Steuerungseinheit des Versorgungsnetzbetreibers zugeordnet sein. Im Falle eines Trinkwasser-Versorgungsnetzwerks ist die zentrale Steuerungseinheit beispielsweise im Wasserwerk lokalisiert. Die zentrale Steuerungseinheit bzw. die mehreren, an verschiedenen Punkten des Versorgungsnetzes angeordneten Steuerungseinheiten können u. a. zur Steuerung von Pumpen und/oder Absperrelementen des Versorgungsnetzes dienen. Die übergeordnete Einheit bzw. die mehreren übergeordneten Einheiten können in dieser Ausgestaltung gleichzeitig Bestandteil des Systems zur Überwachung des Mediums sein, indem sie zur Auswertung und Verarbeitung der von den Sensoren erfassten und über deren Kommunikationsschnittstellen an die jeweilige übergeordnete Einheit dienen. Die übergeordneten Einheiten bzw. die zentrale übergeordnete Einheit können anhand der Auswertung der von den Sensoren empfangenen Werte insbesondere Warnsignale generieren und ausgeben und/oder Gegenmaßnahmen zur Neutralisierung der Schadstoffe einleiten.
-
Die Sensoren können eine Sensorelektronik aufweisen, die mindestens einen Mikroprozessor und einen Datenspeicher umfasst. Die Sensorelektronik kann dazu dienen, die vom Messwandler erfassten Messwerte zu digitalisieren und die digitalisierten Werte gegebenenfalls weiterzuverarbeiten. Im Datenspeicher des Sensors können erfasste Messwerte oder daraus abgeleitete Werte zusammen mit einem Zeitstempel abgelegt werden. Vorteilhafterweise werden die erfassten Messwerte oder daraus abgeleitete Werte direkt über die Kommunikationsschnittstelle an eine übergeordnete Einheit übertragen. Es ist aber auch zusätzlich oder alternativ möglich, die Werte im Datenspeicher des Sensors vorzuhalten und nur von Zeit zu Zeit, beispielsweise mittels eines Lesegeräts oder durch Entnehmen des Speichers, auszulesen.
-
Die Kommunikation eines Sensors mit der übergeordneten Einheit oder mit anderen Sensoren kann beispielsweise über ein Bussystem, eine Power Line Kommunikation oder eine proprietäre Funkübertragung erfolgen. Denkbar ist auch eine Kommunikation über ein übergeordnetes System, wie z. B. GPRS, GSM, UMTS, LAN, WLAN oder via Internet, wobei solche übergeordneten Systeme zweckmäßigerweise bei direkter Kommunikation eines Sensors mit der übergeordneten Einheit zum Einsatz kommen. Ein über eine Vielzahl separater Sensoren realisiertes Sensornetzwerk kann auch zweistufig ausgeführt sein, d. h. eine erste Distanz, z. B. ein bis eintausend Meter, wird mit einer kostenoptimierten proprietären Kommunikationstechnik überwunden, anschließend wird die vorhandene öffentliche Übertragungstechnik genutzt.
-
Das Übertragen der Messwerte oder der aus den Messwerten abgeleiteten Werten kann aktiv erfolgen, indem die Sensoren permanent die aktuellen Werte an die übergeordnete Einheit übertragen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Sensoren die Werte nur auf eine Anfrage der übergeordneten Einheit hin an diese übertragen.
-
Die Sensoren können einen einzelnen Messaufnehmer zur Erfassung eines einzigen Parameters aufweisen. Vorteilhafterweise weisen die Sensoren jedoch mehrere Messaufnehmer zur Erfassung mehrerer unterschiedlicher Parameter auf. Es ist möglich, dass alle im Versorgungsnetz vorhandenen Sensoren dieselben Parameter erfassen. In einer anderen Ausgestaltung können an unterschiedlichen Messorten angeordnete Sensoren dazu ausgestaltet sein, unterschiedliche Parameter des Mediums zu messen.
-
Der zu überwachende Parameter kann einer der Parameter pH-Wert, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Oxidations-/Reduktionspotential, Salzgehalt, Trübung, gelöster Sauerstoff, gelöstes Chlor, Härte, Nitratgehalt, Ammoniumgehalt, Carbonatgehalt, Kaliumgehalt, Phosphatgehalt, der Gehalt an bestimmten Giftstoffen, Pharma-Rückständen oder Hormonen, Radioaktivität oder Verkeimungsgefahr sein. Auch das Vorhandensein von bzw. der Gehalt an biologischen Schadstoffen kann mithilfe dieser Parameter ermittelt werden, da sich die Anwesenheit biologischer Schadstoffe wie Viren, Bakterien, Pilze, Algen oder sonstiger Mikroorganismen auch auf einen oder mehrere dieser Parameter, beispielsweise auf den gelösten Sauerstoff oder den pH-Wert auswirkt. Weichen ein oder mehrere der Parameter von einem als „Normwert” dienenden Referenzwert oder Referenzwerteintervall ab, kann dies als Hinweis auf die Anwesenheit eines Schadstoffes ausgewertet werden, selbst wenn die Sensoren den Schadstoffgehalt nicht direkt erfassen können.
-
Eine besonders wichtige Größe bei der Überwachung von Trinkwasser ist der pH-Wert. Die Sensoren weisen daher vorzugweise einen Messaufnehmer auf, der den pH-Wert des Messmediums erfasst und ein den pH-Wert repräsentierendes Messsignal erzeugt. Vorzugsweise umfasst der pH-Messaufnehmer eine wartungsarme oder wartungsfreien Referenzsystem, zum Beispiel einem Referenz-Feldeffekttransistor (ReFET), aufweist.
-
In einem Verfahren zur Überwachung mindestens eines Mediums in einem Versorgungsnetz mit einem Netz von mediumsführenden Leitungen, optional einer oder mehrerer Pumpen, mittels derer das Medium durch das Netz von mediumsführenden Leitungen transportiert wird, Absperrelementen zur Trennung einzelner Leitungen und/oder Gruppen von Leitungen von dem Versorgungsnetz, und Verbrauchszählern, insbesondere mittels eines Systems nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen oder Varianten,
wird eine Vielzahl von Sensoren, welche jeweils mindestens einen Messaufnehmer und mindestens eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, an unterschiedlichen Messorten innerhalb des Versorgungsnetzes bereitgestellt,
wobei der mindestens eine Messaufnehmer Messwerte eines Parameters des Mediums erfasst,
wobei der Sensor die Messwerte oder aus den Messwerten abgeleitete Werte über die Kommunikationsschnittstelle ausgibt, und
wobei der Parameter ein Vorhandensein eines oder mehrerer Schadstoffe und/oder einen Schadstoffgehalt in dem Medium widerspiegelt.
-
Anhand des von dem Messaufnehmer mindestens eines Sensors erzeugten Messsignals oder eines daraus abgeleiteten Werts kann ein Zustandswert des Mediums am Messort des Sensors ermittelt werden. Der Zustandswert des Mediums kann beispielsweise ein einzelner Messwert oder ein aus den Messwerten oder ein aus von den Messwerten abgeleiteten Werten gebildeter Vektor sein. Alternativ kann der Zustandswert auch durch einen mittels einer vorgegebenen Rechenvorschrift aus den erfassten Messwerten oder aus den daraus abgeleiteten Werten gebildeter skalarer Wert sein.
-
Im einfachsten Fall können die Sensoren jeweils Messwerte ein und desselben Parameters, beispielsweise des pH-Werts des Mediums, erfassen. Der pH-Wert wird von biologischen Schadstoffen, beispielsweise durch den Stoffwechsel von im Medium vorliegenden Bakterien, oder durch die Anwesenheit chemischer Schadstoffe beeinflusst, und spiegelt somit ein Maß für das Vorhandensein oder einen Gehalt des Mediums an Schadstoffen wider. Damit kann als Zustandswert der jeweils erfasste Messwert dienen. Weicht der Messwert von einem vorgegebenen Referenzwert oder einem vorgegebenen Referenzwertintervall des pH-Werts ab, der einen „Normalzustand” des Mediums charakterisiert, bei Trinkwasser beispielsweise pH 6–8, kann daraus geschlossen werden, dass in dem Medium ein Schadstoff vorhanden ist.
-
Vorteilhaft ist es, wenn die Sensoren einen Satz mehrerer der Parameter pH-Wert, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Oxidations-Reduktionspotential, Salzgehalt, Trübung, gelöster Sauerstoff, gelöstes Chlor, Wasserhärte, Nitratgehalt, Ammoniumgehalt, Carbonatgehalt, Kaliumgehalt oder Phosphatgehalt, Gehalt an bestimmten Giftstoffen, Pharma-Rückständen oder Hormonen, Radioaktivität oder Verkeimungsgefahr überwachen. Durch Vergleich des Satzes der von einem oder mehreren Sensoren erfassten Messwerte, z. B. durch Vergleich mit einem Satz von Referenzwerten und/oder Referenzwerteintervallen oder durch fortgeschrittenere statistische Auswerteverfahren, die gegebenenfalls auch eine Wechselwirkung der überwachten Parameter untereinander berücksichtigen, kann eine Abweichung des Zustands des Mediums von einem Referenzzustand festgestellt werden. Beispielsweise kann aus einem Satz von aktuell erfassten Messwerten ein als Zustandswert des Mediums dienender Vektor gebildet werden, der mit einem oder mehreren Referenz-Vektoren verglichen wird.
-
Aus der Information mehrerer Parameter kann insbesondere durch statistische Verfahren oder durch Vergleich des als Zustandswert dienenden Messwert-Vektors mit einer, beispielsweise in der zentralen übergeordneten Einheit hinterlegten, Bibliothek von Referenz-Vektoren, die jeweils einen Zustand des Mediums, z. B. des Trinkwassers, bei Vorliegen eines bestimmten Schadstoffs repräsentieren, auf die Art des vorliegenden Schadstoffs oder sogar auf einen konkreten Schadstoff geschlossen werden. Auf diese Weise kann eine spezifische Warnung generiert bzw. spezifische Gegenmaßnahmen zur Neutralisierung des vorliegenden Schadstoffs ergriffen werden.
-
Der Referenzwert kann durch einen Toleranzbereich vorgegeben werden, innerhalb dessen die erfassten Parameter schwanken können, ohne dass eine Warnung erfolgen oder eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden muss. Gleichermaßen kann für die Abweichung des aktuellen Zustandswerts vom Referenzwert ein Toleranzbereich vorgegeben werden, innerhalb dessen die Abweichung schwanken kann, ohne dass eine Warnung erfolgen oder eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden muss. Weicht der ermittelte Zustandswert jedoch von dem vorgegebenen Referenzwert oder Referenzwertintervall ab, liegen beispielsweise die überwachten Parameter des Mediums oder ein daraus abgeleiteter Wert außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs, können die im folgenden beschriebenen Maßnahmen eingeleitet werden, die zum Teil der Warnung des Versorgungsnetzbetreibers bzw. der Endverbraucher und zum Teil der Wiederherstellung eines dem Referenzzustand des Mediums entsprechenden Zustands dienen.
-
Die Ableitung des Zustandswerts aus den Messwerten, der Vergleich des Zustandswertes mit dem Referenzwert oder Referenzwertintervall kann in der oben erwähnten Sensorelektronik der Sensoren selbst erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Sensoren die Messwerte oder daraus abgeleitete Werte an eine oder mehrere der oben erwähnten übergeordneten Einheiten ausgeben, die dann die weiteren Schritte durchführen. Gleichermaßen können die Sensoren den Zustandswert aus den Messwerten ableiten und diesen an die jeweils zuständige übergeordnete Einheit zur weiteren Verarbeitung übertragen.
-
Wird der Vergleich zwischen Zustandswert und Referenzwert vom Sensor selbst durchgeführt, können die Sensoren im Fall einer Abweichung des Zustandswerts von dem Referenzwert bzw. Referenzwertintervall eine Warnung ausgeben. Die Warnung kann über die Kommunikationsschnittstelle des Sensors an eine oder mehrere übergeordnete Einheiten oder an andere Sensoren ausgegeben werden. Die Warnung kann zusätzlich oder alternativ über alternative Kommunikationskanäle ausgegeben werden, beispielsweise kann der Sensor ein akustisches Warnsignal ausgeben, das über die mediumsführenden Leitungen des Versorgungsnetzes zu Verbrauchern und zu einer Überwachungszentrale des Netzwerkbetreibers weitergeleitet wird. Die Warnung kann auch in Form eines Botenstoffes, beispielsweise eines Farbstoffes oder eines durch einen in den Verbrauchszählern der Endverbraucher integrierten Sensor detektierbaren, ungiftigen, farblosen Botenstoff ausgegeben werden. Im Fall eines farbigen Botenstoffs erfassen die Endverbraucher die Warnung bei der Entnahme des gefärbten Mediums aus dem Versorgungsnetzwerk. Im Fall eines farblosen, durch einen in dem Verbrauchszähler integrierten Sensor detektierbaren Botenstoffes können die Verbrauchszähler die Warnmeldung erfassen und an den Endverbraucher ein optisches oder akustisches Alarmsignal ausgeben.
-
Werden vom Sensor nur ein oder mehrere Messwerte an eine übergeordnete Einheit ausgegeben, kann die Bestimmung des Zustandswerts des Mediums in der übergeordneten Einheit erfolgen. Die übergeordnete Einheit kann anhand des ermittelten Zustandswerts, insbesondere basierend auf einem Vergleich des Zustandswerts mit einem Referenzwert oder Referenzwertintervall eine Warnung ausgeben. Die Warnung kann entweder mittels einer graphischen Benutzerschnittstelle, beispielsweise einem Display angezeigt oder als akustisches Warnsignal ausgegeben werden. Ist die übergeordnete Einheit ein Verbrauchszähler, dem der Sensor zugeordnet ist, kann dieser im Fall einer Abweichung des Zustandswerts vom Referenzzustandswert ein Warnsignal ausgeben oder ein Warnsignal drahtlos oder drahtgebunden an eine entfernte, insbesondere zentrale, Steuerungseinheit des Versorgungsnetzes weiterleiten.
-
Handelt es sich bei der übergeordneten Einheit, an die der Sensor die Messdaten überträgt, um eine entfernte, insbesondere zentrale, Steuerungseinheit, kann diese den Zustandswert ermitteln und in Abhängigkeit vom Vergleich des ermittelten Zustandswerts mit dem Referenzwert oder Referenzwertintervall ein Warnsignal ausgeben oder die Einleitung von Gegenmaßnahmen steuern.
-
Beispielsweise kann zur Verhinderung der Entnahme von Medium, dessen Zustand von dem Normalzustand abweicht, in dem also mindestens ein Schadstoff vorliegt, mindestens ein stromabwärts bezüglich des Messorts angeordnetes Absperrelement geschlossen werden, um einen stromabwärts vom Messort angeordneten Bereich des Versorgungsnetzes von dem Messort zu trennen, wenn der ermittelte Zustand des Mediums von dem vorgegebenen Normalzustand abweicht. In einer Weiterbildung des Verfahrens kann gleichzeitig auch ein stromaufwärts bezüglich des Messorts angeordnetes Absperrelement geschlossen werden, um den Messort, an dem sich das von dem Normalzustand abweichende Medium befindet, vollständig vom Versorgungsnetz zu isolieren. Hierzu kann eine Steuereinheit, insbesondere eine zentrale Steuereinheit ein Steuerungssignal an die entsprechenden Absperrelemente senden.
-
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbrauchszähler ein Absperrelement, z. B. ein Ventil, schließt, das den gesamten Haushalt, dem der Verbrauchszähler zugeordnet ist, von dem Versorgungsnetz trennt, so dass der Haushalt kein Medium mehr aus dem Versorgungsnetz entnehmen kann, wenn im Versorgungsnetz im Bereich des Verbrauchszählers, insbesondere von dem dem Verbrauchszähler zugeordneten Sensor, Messwerte erfasst werden, aus denen ein Zustandswert abgeleitet wird, der von dem vorgegebenen Referenzwert abweicht.
-
Gleichzeitig oder alternativ können eine oder mehrere Pumpen, die dazu dienen, das Medium durch den Bereich des Versorgungsnetzes zu transportieren, wo die Abweichung festgestellt wurde, angehalten werden.
-
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann ein Behandlungsmedium, insbesondere ein Oxidationsmittel und/oder ein Desinfektionsmittel und/oder ein Kennzeichnungsmedium, beispielsweise eine Farbe oder ein Botenstoff, zu dem Medium gegeben werden, wenn der ermittelte Zustandswert des Mediums von dem Referenzwert oder Referenzwertintervall abweicht. Das Behandlungsmedium kann dazu dienen, die Schadstoffe zu neutralisieren, Desinfektionsmittel können biologische Schadstoffe abtöten und somit unschädlich machen. Auch Oxidationsmittel können eine derartige desinfizierende Wirkung haben. Gleichzeitig können Oxidationsmittel eine große Zahl chemischer Schadstoffe unschädlich machen, indem sie mit diesen chemische Reaktionen eingehen, bei denen weniger reaktive Reaktionsprodukte gebildet werden.
-
Die Zugabe von Farbe hat eine Warnfunktion, die dem Endverbraucher, der dem Versorgungsnetzwerk Medium entnimmt, signalisiert, dass das entnommene Medium Schadstoffe enthält. Statt einer Farbe kann dem Medium auch ein nicht gefärbter, ungiftiger Botenstoff zugegeben werden, der von einem in dem Verbrauchszähler integrierten Sensor detektierbar ist. Detektiert der Sensor diesen Botenstoff, gibt er eine Warnmeldung an den Verbraucher aus oder schließt ein dem Verbrauchszähler zugeordnetes Ventil, um so den Endverbraucher vom Versorgungsnetz abzutrennen.
-
Wie zuvor bereits beschrieben, kann bei Abweichung des ermittelten Zustandswertes des Mediums von einem vorgegebenen Referenzzustand ein Alarm in einer übergeordneten Einheit, einer zentralen Einheit und/oder an einer Mediums-Entnahmestelle des Versorgungsnetzes ausgelöst werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung genauer beschrieben. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Versorgungsnetzes für die Trinkwasserversorgung mit einer Vielzahl von Sensoren zur Überwachung der Trinkwasserqualität.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Versorgungsnetzes 1 einer öffentlichen Trinkwasserversorgung. Die Versorgung wird durch ein Wasserwerk 3 gewährleistet, das auch eine zentrale übergeordnete Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit aufweist, die als Steuereinheit für das Versorgungsnetz 1 dient. In der hier gezeigten, stark vereinfachten, schematischen Darstellung leitet das Wasserwerk 3 Trinkwasser über eine zentrale mediumsführende Leitung 5 in das Versorgungsnetz 1 ein. Das Trinkwasser wird über eine Pumpe 7 durch die mediumsführenden Leitungen 5, 9, 11 des Versorgungsnetzes 1 transportiert. Die Leitungen 5, 9 und 11 weisen Verzweigungen auf, über die das Trinkwasser aufgeteilt und an einzelne Endverbraucher, z. B. Haushalte 15 oder eine Fabrik 17 verteilt wird. Einzelne Bereiche des Versorgungsnetzes 1, beispielsweise Straßenzüge, sind durch Absperrelemente 19, die beispielsweise als Absperrschieber ausgestaltet sein können, vom Versorgungsnetz 1 trennbar. Jedem Endverbraucher 15, 17 ist ein Verbrauchszähler 13 zugeordnet, der einen Durchflusswert erfasst, aus dem der gesamte Trinkwasserverbrauch des einzelnen Endverbrauchers 15, 17 ermittelt werden kann.
-
Im hier gezeigten Beispiel ist jedem Absperrelement 19 und jedem Verbrauchszähler 13 ein Sensor 21 zur Messung der Parameter pH-Wert, Gelöstsauerstoff und Temperatur zugeordnet. Treten im Trinkwasser Schadstoffe auf, werden einer oder mehrere dieser Parameter durch den Schadstoff beeinflusst, d. h. sie spiegeln einen Schadstoffgehalt des Trinkwassers wider. Es ist auch möglich, dass die Sensoren 21 unterschiedliche Parameter und/oder Parameterkombinationen überwachen. Hierzu weisen die Sensoren 21 jeweils einen oder mehrere Messaufnehmer auf, die die dazu ausgestaltet sind, Messwerte der jeweils zu überwachenden Parameter des Trinkwassers zu erfassen. Zur Kommunikation untereinander oder mit einer übergeordneten Datenerfassungs- und Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise mit einer Datenverarbeitungseinheit der Verbrauchszähler 13 oder mit der zentralen Steuereinheit des Wasserwerks 3, weisen die Sensoren 21 weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle auf, die zur uni- oder bidirektionalen, drahtgebundenen oder drahtlosen Übertragung von Signalen ausgestaltet ist.
-
Im hier beschriebenen Beispiel weisen die Sensoren 21 jeweils eine elektronische Schaltung auf, welche einen Mikroprozessor und einen zusätzlichen Datenspeicher aufweist. Die Sensoren 21 umfassen eine Basissoftware, mittels derer sie aus den aktuell erfassten Messwerten des pH-Werts, des Gelöstsauerstoffs und der Temperatur einen Zustandswert, beispielsweise einen Messwerte-Vektor, ableiten. In dem Datenspeicher der Sensoren 21 sind Referenzwerte bzw. Referenzwerteintervalle hinterlegt. Die Basissoftware ist dazu ausgestaltet, den Zustandswert mit mindestens einem Referenzwert oder einem Referenzwertintervall zu vergleichen. Im vorliegenden Beispiel sind in dem Datenspeicher Referenzwerteintervalle für den pH-Wert, den Gelöstsauerstoff und die Temperatur hinterlegt. Liegen die einzelnen Komponenten des von einem Sensor erfassten Messwertevektors noch innerhalb der vorgegebenen Referenzintervalle, wird keine Maßnahme abgeleitet. Liegt einer oder liegen mehrere der Komponenten des Messwertevektors außerhalb der Referenzintervalle, wird eine Abweichung des Zustands des Mediums am Messort von einem Normalzustand, und somit das Vorliegen eines Schadstoffes, festgestellt, und der der Sensor 21 gibt über seine Kommunikationsschnittstelle ein Warnsignal aus.
-
Ermittelt beispielsweise einer der Sensoren 21, die einem Absperrelement 19 zugeordnet sind, eine derartige Abweichung, kann er über seine Kommunikationsschnittstelle ein Warnsignal an die zentrale Steuereinheit des Wasserwerks 3 senden. Diese gibt die Warnmeldung über eine Benutzerschnittstelle an eine Bedienperson aus, die entsprechende Notmaßnahmen ergreifen kann. Die zentrale Steuereinheit veranlasst aufgrund des Warnsignals außerdem umgehend die Schließung des Absperrschiebers 19, damit das von dem Normalzustand abweichende, kontaminierte Trinkwasser nicht bis zu den Leitungen 11 gelangt, über die die Endverbraucher 15 mit Trinkwasser versorgt werden. Gleichzeitig kann die zentrale Steuereinheit die Zuleitung eines Desinfektionsmittels und/oder eines Oxidationsmittels über die Leitung 5 in diejenige Leitung 9 veranlassen, in der die Abweichung festgestellt wurde, um den dort vorliegenden Schadstoff zu neutralisieren. Zusätzlich kann eine Warnmeldung auch an die Verbraucher 15 ausgegeben werden, die durch das Schließen des Absperrventils vorsorglich von dem Versorgungsnetz 1 abgetrennt wurden.
-
Ermittelt einer der Sensoren 21, die einem Verbrauchszähler 13 zugeordnet sind, eine Abweichung, kann er ebenfalls über seine Kommunikationsschnittstelle ein Warnsignal an die zentrale Steuereinheit des Wasserwerks 3 senden. Die zentrale Steuereinheit gibt daraufhin eine Warnmeldung aus. Zusätzlich kann der Sensor 21 über seine Kommunikationsschnittstelle ein weiteres Warnsignal an den zugeordneten Verbrauchszähler 13 ausgeben, damit dieser ein dem Verbrauchszähler zugeordnetes Ventil (nicht eingezeichnet) schließt, das den Endverbraucher 15 vollständig vom übrigen Versorgungsnetz 1 trennt, so dass dieser dem Versorgungsnetz kein weiteres Trinkwasser entnehmen kann. Zusätzlich kann der Verbrauchszähler eine optische oder akustische Warnmeldung oder eine elektronische Warnmeldung, z. B. per SMS auf ein Mobiltelefon, an den Endverbraucher 15 ausgeben. Die zentrale Steuereinheit des Wasserwerks 3 kann aufgrund des vom Sensor 21 erhaltenen Warnsignals die Zuleitung eines Desinfektionsmittels und/oder eines Oxidationsmittels in die Leitung 11 veranlassen, in der die Kontamination festgestellt wurde.
-
Es ist möglich, dass je nach Ausmaß der festgestellten Abweichung zwischen Zustandswert und Referenzwert unterschiedliche Maßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise kann ein Sensor 21 oder eine übergeordnete Einheit an die der Sensor die erfassten Messwerte oder einen daraus abgeleiteten Wert, insbesondere einen Zustandswert des Mediums am Messort, überträgt, in den vorliegenden Beispielen der Verbrauchszähler 13 oder die zentrale Steuereinheit des Wasserwerks 3, eine Abweichung zwischen dem Zustandswert des Mediums am Messort und einem vorgegebenen Referenzwert bestimmen.
-
Für die Abweichung können ein oder mehrere Schwellenwerte vorgegeben sein. Liegt die Abweichung unterhalb eines ersten Schwellenwerts, wird keine Maßnahme eingeleitet. Liegt die Abweichung oberhalb des ersten Schwellenwerts und unterhalb eines zweiten Schwellenwerts, der höher ist als der erste Schwellenwert, wird noch keine Warnung an den Endverbraucher kommuniziert. Es wird lediglich eine Warnmeldung an die zentrale Steuereinheit des Wasserwerks 3 übertragen, die die Warnmeldung registriert und ausgibt. Gleichzeitig kann die zentrale Steuereinheit anhand der Warnmeldung und/oder der Abweichung des Zustandswerts des Trinkwassers Maßnahmen zur Neutralisierung des Schadstoffes einleiten, beispielsweise durch Zugeben eines Desinfektionsmittels und/oder eines Oxidationsmittels zum Trinkwasser am Messort, an dem der von dem Referenzwert abweichende Zustandswert ermittelt wurde.
-
Liegt die Abweichung dagegen oberhalb des zweiten Schwellenwertes, kann die Normabweichung gefährlich für den Endverbraucher werden. In diesem Fall können eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen getroffen werden:
- – Es kann ein Warnsignal an den Endverbraucher gesendet werden, beispielsweise als Nachricht an ein Mobiltelefon des Endverbrauchers;
- – der Verbrauchszähler des betroffenen Endverbrauchers kann ein Ventil schließen, durch das der Endverbraucher von dem Versorgungsnetz getrennt wird und somit kein weiteres Medium aus dem Versorgungsnetz entnehmen kann;
- – es kann eine Farbe in eine dem betroffenen Endverbraucher zugeordnete Leitung des Verbrauchsnetzes zugeleitet werden, so dass der Endverbraucher bei Entnahme von Medium aus dem Versorgungsnetz durch die Färbung des Wassers gewarnt wird.
-
Gleichzeitig wird eine Warnmeldung an die zentrale Steuereinheit übertragen, die die Warnmeldung registriert und ausgibt. Basierend auf der Warnmeldung und/oder der Abweichung des Zustandswerts des Mediums von dem Referenzwert leitet die zentrale übergeordnete Einheit Maßnahmen zur Neutralisierung des Schadstoffes ein, beispielsweise durch Zugeben eines Desinfektionsmittels und/oder eines Oxidationsmittels zum Medium am Messort, an dem der von dem Referenzwert abweichende Zustandswert ermittelt wurde.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 4553094 [0002]
- EP 2141892 A2 [0002]
