STOAT «Works, Run und Report level»

Anwendungsbeispiele

• Simulationsqualität
• Zusätzlicher Abwasserstrom
• Steuerung Stapeltanks
• Optimierung Vorbehandlung
• Kapazitäts-
  ermittlung
• Optimierung Belüftung

Rüstzeug
zum Einstieg

• Erforderliche Eingangsdaten
• Grundsätzliche Vorgehensweise
• Essentials der «ASM»
• Fraktionierung CSB
• Aktuelle Seite
• Modellentwurf «process tools»

Praxistipps
zu STOAT

• Input-Dateien Teilströme
• Input-Dateien Fahrweise
• Scenario-Analysen
• «Build»-Menü
• «Link processes» «Batch run»
• «Sensitivity analysis»
• Inhibierende Stoffe
• «Chart control»
• Data handling

Zum Verständnis der dynamischen Kläranlagensimulation mit dem Programmsystem STOAT ist die Kenntnis der drei grundsätzlichen “Arbeitsebenen”

• Modellebene («Works level»)
• Rechnerlaufebene («Run level»)
• Berichtsebene («Report level»)

unverzichtbar. Die Aufteilung der Möglichkeiten zur Bearbeitung eines Modells bzw. eines Rechnerlaufs und zum Abrufen der Ergebnisse auf diese drei «Level» ist notwendig, um die Konsistenz der Simulationsergebnisse zu gewährleisten.

Modellebene («Works level»)

Die Modellebene öffnet sich nach dem Start des Programms, sie ist gleichsam die erste Arbeitsebene. Auf der Modellebene wird das Design eines Modells konfiguriert, also alles das abgebildet, was in der Realität “in Beton und Stahl” bereits vorhanden oder zu bauen geplant ist.

Wie beim Modellentwurf ausführlich erläutert, werden dabei Festlegungen getroffen und Einstellungen gewählt, die maßgeblichen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der verschiedenen “Modellbausteine” haben, z.B.:

• Anlagengeometrie (z.B. Beckenanzahl, Beckenvolumina)
• Angaben zum Betriebsregime der Rücklauf- und Überschussschlammförderung
• Wahl des mathematischen Modells
• Anzahl von Schichten bei iterativ zu berechnenden Modellen

Diese Angaben finden unmittelbaren Eingang in die Berechnung, deshalb gilt:

Sobald Rechnerläufe mit dem Modell gefahren wurden, können Einstellungen auf der Modellebene
– mit Ausnahme von Einstellungen, die keinen Einfluss auf die Leistung der “Modellbausteine” haben, wie z.B. deren Bezeichnung –
nicht mehr geändert werden.

Dies wird verständlich, wenn man sich vor Augen hält, dass z.B. eine nachträgliche Vergrößerung oder Verkleinerung eines Belebungsbeckens das Ergebnis eines Rechnerlaufs ad absurdum führen würde.
Das heißt natürlich nicht, dass am Modell überhaupt gar keine Änderungen mehr gemacht werden dürfen. Selbstverständlich können Sie das Modell ändern, aber Sie müssen das neue Modell von den “alten” Rechnerläufen entkoppeln, indem Sie das geänderte Modell unter einem neuen Namen speichern. STOAT wird dies erzwingen, falls Sie es vergessen haben sollten. Die folgende Abbildung zeigt die entsprechende Warnung auf dem Bildschirm.

Abb. 1 Aufforderung zum Abspeichern eines geänderten Modells («works») unter einem neuen Namen

Dieses wichtige Merkmal von STOAT sorgt dafür, dass die Konsistenz der Modelle, Rechnerläufe und Ergebnisse gewahrt bleibt.

Rechnerlaufebene («Run level»)

Die Rechnerlaufebene charakterisiert das Betriebsregime der simulierten Anlage. Sie wird zugänglich, sobald ein Modell durch STOAT als vollständig und formal korrekt akzeptiert wird (vgl. “OK” von STOAT). Zunächst muss der erste Rechnerlauf angelegt werden. STOAT schlägt als Bezeichnung für den ersten Rechnerlauf «Run 1» vor. Soweit gewünscht, kann dies geändert oder ergänzt werden. Weiterhin sind Beginn und Ende der Simulationsperiode, die Zeitintervalle für die Übergabe der Inputwerte und für die Ergebnisausgabe, die mittlere Abwassertemperatur sowie ggf. noch weitere Grundeinstellungen zu übergeben (siehe Abb. 2).

Abb. 2 Anlegen des ersten Rechnerlaufs

Mit Betätigen des Buttons «OK» werden die Rahmenbedingungen für den Rechnerlauf definiert. Solange der Rechnerlauf noch nicht gestartet wurde, sind Änderungen dieser Einstellungen über → «Edit» → «Run» möglich.

Bevor der Rechnerlauf gestartet werden kann, müssen u.a. folgende Inputs übergeben werden:

– Menge und Beschaffenheit der “Zuläufe” zum Modell

– Abwasserfließwege, soweit sie nicht bereits durch das Modell selbst festgelegt sind (Einstellungen der «Splitter»)

– “Betriebsweise” der “Modellbausteine”, z.B.

• Rücklaufschlammförderung
• Überschussschlammentnahme
• Sauerstoffzufuhr zu den Belebungsbecken
• Füllstände von Stapelbehältern
• Dosierung von Chemikalien

– Einstellungen und Eingriffe von Prozessleitsystemen und Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS)

– Eingriffe des Betreiberpersonals

Die Vorbereitung eines Rechnerlaufs, d.h. die erforderliche Aufbereitung der o.g. Daten, nimmt in aller Regel etliche Manntage in Anspruch (vgl. Arbeitsschritte bis zum gut kalibrierten Modell). Der Rechnerlauf selbst dauert i.d.R. nur wenige Minuten. Wie lange genau, hängt nicht nur von der Computerleistung, sondern auch von der Größe und Komplexität des Modells, der Dauer der Simulationsperiode, dem gewählten Zeitintervall zur Berechnung und zur Ausgabe der Ergebnisse, den verwendeten Modellbausteinen, den ausgewählten Modellen usw. ab. Bei einem überschaubaren Modell wie STOAT Modell, Beispiel “Zusätzlicher Abwasserstrom” und einer Computerleistung heutigen Standards dauert z.B. ein Rechnerlauf für eine Simulationsperiode von 6 Monaten und einem gewählten Zeitintervall von 1h nur 2 bis 5 Minuten.

Bereits während des Rechnerlaufs können Sie sich wichtige Ergebnisse anzeigen lassen.

Abb. 3 Auswahl «In-simulation reporting»

Ist ein Rechnerlauf abgeschlossen, können Sie weder an dessen Einstellungen noch Ergebnissen etwas ändern. Um die Auswirkungen neuer Einstellungen zu überprüfen, müssen Sie den “alten” Rechnerlauf mit den veränderten Einstellungen wiederholen.

Berichtsebene («Report level»)

Ist ein Rechnerlauf abgeschlossen, stehen Ihnen sämtliche Ergebnisse auf der Berichtsebene abrufbereit zur Verfügung. STOAT bietet hierfür eine ganze Reihe verschiedener Werkzeuge und Formate, die wichtigsten sind:

• Zeitreihe der Ergebnisse in 2D (vgl. Beispiel)
• Zeitreihe der Ergebnisse in 3D (nur verfügbar für Prozesse, die mindestens 2 Stufen aufweisen – Beispiel)
• Sankey-Diagramme, für Abwasservolumenstrom, Konzentration oder Stofffracht (vgl. Beispiel)
• Massenbilanzen, für Konzentration und Stofffracht (vgl. Beispiel)

Falls Sie sich Ergebnisse früherer Simulationen ansehen möchten, müssen Sie zunächst das entsprechende Modell aufrufen und den gewünschten Rechnerlauf öffnen. Letzteres wird durch eine Meldung von STOAT bestätigt (Abb. 4):

Abb. 4 STOAT-Info: «Run has been completed»

Durch einen Klick mit der linken Maustaste über einem Teilstrom oder über einem Icon für einen Prozess öffnen Sie zunächst das Menü zur Auswahl der Parameter, deren Ergebnisse angezeigt werden sollen.

Abb. 5 Parameterauswahl für Ergebnisanzeige

Nachdem die Häkchen entsprechend gesetzt sind, wird durch Klick auf «OK» das Menü zur Art der Ergebnisanzeige aufgerufen.

Abb. 6 Auswahl der Form der Ergebnisanzeige

Wie aus Abb. 6 ersichtlich, stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

• Graphik (ohne weitere Informationen)
• Daten als Zeitreihe
• Zusammenfassende Statistik
• Graphik und zusammenfassende Statistik
• Zeitreihe und zusammenfassende Statistik

Graphik und zusammenfassende Statistik ist die Standardeinstellung (vergl. Abb. 6). Mit «Flow graph scale factor» können die Ergebnisdaten des Abwasservolumenstroms so skaliert werden, dass alle ausgegebenen Werte vernünftig erkennbar bleiben. Im Beispiel wird die Standardskalierung von 1 : 1 belassen. Diese Einstellungen bewirken eine Ergebnisanzeige analog Abb. 7.

Abb. 7 Ergebnisausgabe, Beispiel

Zwischen den verschiedenen Anzeigemöglichkeiten gemäß Abb. 6 können Sie auch während der Betrachtung der Ergebnisse auf dem Bildschirm über → «Window» → «View» umschalten (siehe Abb. 8).

Abb. 8 Nachträgliche Umstellung der Ergebnisausgabe

Unter «Chart control» erfahren Sie, wie eine Ausgabe der Ergebnisse analog Abb. 7 durch Änderungen an den Einstellungen der Grafik und durch Einblenden weiterer Informationen (z.B. gültige Überwachungswerte) angepaßt und aufgewertet werden kann.