Rola automatyki procesowej w branży wod-kan

STEROWANIE PRACĄ OCZYSZCZALNI

Rys. 2. System pomiarowy do oceny efektywności procesu neutralizacji chlorowanej wody

Dane z systemów pomiarowych oraz informacje o stanie pracy urządzeń wykonawczych przesyłane są do centralnego systemu nadzorującego pracę oczyszczalni. Ze względu na rozległość tych zakładów, często stosuje się tutaj transmisję bezprzewodową, ewentualnie światłowodową. Przesłane informacje są w nim rejestrowane oraz przetwarzane w celu wyznaczenia nastaw regulatorów sterujących pracą elementów wykonawczych.

Ustawienia te dobiera się w taki sposób, aby uzyskać zadane wartości parametrów charakteryzujących przebieg poszczególnych procesów. W systemach sterowania pracą oczyszczalni ścieków wykorzystuje się przede wszystkim algorytmy ze sprzężeniem zwrotnym, zwłaszcza regulatory dwupołożeniowe oraz PID.

W pierwszym wypadku regulator przełącza element wykonawczy między dwoma stanami na podstawie wyników pomiarów oraz zgodnie ze swoją charakterystyką przełączania. Algorytm ten znajduje zastosowanie na przykład w sterowaniu pracą pomp doprowadzających oraz odprowadzających ścieki ze zbiorników na podstawie pomiaru poziomu.

Innym przykładem jest zamykanie oraz otwieranie zaworu doprowadzającego tlen w systemie dozowania powietrza do zbiornika napowietrzania mieszanki ścieków i osadu czynnego - w zależności od tego, czy stężenie rozpuszczonego tlenu spada, czy rośnie poniżej lub powyżej wymaganego poziomu.

Case study 5: Oczyszczalnia ścieków, cd.

System sterowania pracą oczyszczalni

Elementy wykonawcze poszczególnych instalacji (zawory, pompy, sprężarki) połączone są z centralnym systemem SCADA. W nim są też przetwarzane dane z czujników monitorujących przebieg kolejnych etapów oczyszczania ścieków oraz przetwarzania wydzielonych z nich osadów, w tym wyniki pomiarów jakościowych próbek tych substancji, a także wskaźniki stanu poszczególnych instalacji i urządzeń. Dzięki temu personel nadzorujący pracę zakładu na bieżąco jest informowany o sytuacjach alarmowych i awariach, może też ocenić efektywność procesu oczyszczania.

ALTERNATYWNE METODY STEROWANIA

Czasami, chociaż zdecydowanie rzadziej niż sterowanie w pętli sprzężenia zwrotnego, w oczyszczalniach ścieków wykorzystywane jest również sterowanie do przodu. Metoda ta polega na pomiarze zmienności czynnika wpływającego na przebieg procesu (na przykład natężenia przepływu ścieków) i, o ile jest to możliwe, wyznaczeniu na tej podstawie wymaganej zmiany ustawień elementu wykonawczego (zaworu doprowadzającego powietrze do zbiornika ze ściekami i osadem czynnym), która pozwoli utrzymać zadaną wartość zmiennej wyjściowej procesu (koncentracja rozpuszczonego tlenu). Sterowanie w przód jest metodą trudniejszą w realizacji, m.in. dlatego że wymaga znajomości dokładnego modelu procesu.

Dariusz Figiel

Endress+Hauser

Jakie są najistotniejsze rodzaje urządzeń automatyki i systemów stosowanych w aplikacjach w sektorze wodociągowo-kanalizacyjnym?

Urządzenia wykorzystywane w tej branży podzielić można przede wszystkim na pomiarowe, a więc czujniki i przetworniki, na wizualizacyjne, które służą do obsługi przez użytkowników, oraz na sterująco- komunikacyjne. Te ostatnie odpowiadają za realizację określonych działań - np. zamykanie rurociągów, dozowanie roztworów, itd.

Zdecydowana większość urządzeń pomiarowych jest przede wszystkim projektowana pod kątem wykorzystania ich "wbudowanej inteligencji". Nowoczesna aparatura kontrolno-pomiarowa ma bowiem wymagać znikomej liczby czynności obsługowych - cecha ta jest obecnie coraz ważniejsza dla użytkowników obiektów.

Czym różni się rynek związany z aplikacjami wod-kan od typowego sektora przemysłowego? Jakie są wymogi klientów z tej branży?

Na omawianym rynku działa coraz więcej firm oferujących kompleksowe rozwiązania - tzw. "technologie pod klucz". Użytkownik, który często jest również inwestorem, nie musi wówczas tracić czasu na optymalizację pracy części nadzorującej, wykonawczej i odbiorczej. Trend ten przenosi się również na dostawców technologii, urządzeń, aparatury kontrolno-pomiarowej i systemów komunikacyjno-wizualizacyjnych.

Klienci z branży wodno-kanalizacyjnej oczekują kompleksowych rozwiązań, a szczególnie wsparcia i opieki nad urządzeniami po ich zakupie. Z uwagi na często zmieniające się parametry ścieków pojawiają się nowe oczekiwania dotyczące konsultacji w zakresie doboru urządzeń i optymalizacji ich wykorzystania.

Znamienne jest też to, że głównie firmy świadczące profesjonalnie usługi inżynierskie i serwisowe postrzegane są na rynku jako rzetelne i wiarygodne. Wielu klientów przekonało się niejednokrotnie, że polityka krótkowzroczności - gdy jedynym kryterium wyboru urządzeń jest cena - nie gwarantuje bezpieczeństwa wdrożenia i prowadzi do ponoszenia dodatkowych kosztów w przyszłości.

Jaka jest sytuacja na omawianym rynku w Polsce?

Etap wielkich inwestycji w branży wodno-kanalizacyjnej powoli zaczyna się kończyć, zatem możemy spodziewać się realizacji związanych z budową i modernizacją mniejszych obiektów. Pozytywnym i wymiernym aspektem podjętych działań jest coraz większy udział procentowy różnych obszarów Polski w tychże inwestycjach, czyli unowocześnieniu infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej.

W efekcie znajduje zastosowanie głównie w sterowaniu dozowaniem substancji chemicznych, a w innych aplikacjach z reguły jest stosowana w połączeniu ze sterowaniem ze sprzężeniem zwrotnym. Alternatywną techniką, która pozwala znacząco poprawić odpowiedź dynamiczną układu regulacji, jest wykorzystanie zmiennej pomocniczej oraz pomocniczego regulatora w ramach sterowania kaskadowego.

Zmienną pomocniczą należy tak dobrać, aby móc dzięki niej szybciej reagować na zmianę czynników zewnętrznych wpływających na przebieg procesu bez konieczności ich pomiaru. Oprócz tego w systemach sterowania pracą oczyszczalni ścieków wykorzystywane są też m.in. algorytmy sterowania predykcyjnego, logika rozmyta oraz sieci neuronowe.

Marcin Lisowski

Rittal

Branża wodno-kanalizacyjna to jeden z najlepiej rozwijających się sektorów rynku w naszym kraju. Ma to związek z kilkoma kwestiami, które dotyczą rozwoju i modernizacji instalacji już istniejących oraz powstawania nowych projektów. Po pierwsze obecne rozwiązania są przestarzałe technologicznie i nie zapewniają odpowiedniego bilansu ekonomicznego.

Po drugie coraz bardziej istotne jest dostosowanie sektora wodnokanalizacyjnego do standardów unijnych. W branży wodociągowo-kanalizacyjnej wymagania stawiane dostawcom technologii są jednocześnie niezwykle wysokie. Również klienci końcowi wymagają świadczenia usług na coraz wyższym poziomie.

Trudne warunki środowiskowe (kwasy, ługi, zasady) oraz wymóg stosowania najnowocześniejszych rozwiązań, które przełożą się również na oszczędności, sprawiają, że w sumie niewielu dostawców jest w stanie sprostać wszystkim oczekiwaniom. Również jakość produktów odgrywa znaczącą rolę, dlatego cena podczas wyboru dostawcy nie zawsze stanowi czynnik kluczowy.

Czego wymagając klienci? Jakie rozwiązania im oferujecie?

Liczy się wysoka jakość produktów oraz zastosowanie odpowiednich materiałów i technologii. Pozwala to na sprostanie nawet najtrudniejszym założeniom środowiskowym oraz technologicznym stawianym przez odbiorców z tego sektora. Z punktu widzenia klienta coraz bardziej istotna jest elastyczność, terminowość i doświadczenie dostawcy.

Naszym kluczem do sukcesu jest ponadto szerokie portfolio produktów - oferujemy zarówno obudowy zewnętrzne CS wykonywane z aluminium, skrzynki sterowania miejscowego PK z poliwęglanu, czy obudowy obiektowe AE produkowane z najwyższej jakości stali kwasoodpornej.

W ostatnim czasie braliśmy udział w wielu inwestycjach branży wod-kan, jednak najbardziej interesującym przedsięwzięciem była modernizacja największej oczyszczalni ścieków w Polsce - Czajki. Znalazły tam zastosowanie nasze produkty - między innymi przy instalacjach sterowania pompami w rozdzielaczu osadnika czy w sterowaniu przebiegiem śluzy i regularnego pomiaru kanału.

ROLA AUTOMATYKI PROCESOWEJ W BRANŻY WOD-KAN

Popularność systemów automatyki procesowej w oczyszczalniach ścieków, a także w innych instalacjach w branży wodociągowo-kanalizacyjnej ciągle rośnie. Świadczy o tym m.in. to, że coraz częściej są w nie wyposażane nie tylko nowo budowane zakłady, ale w ramach modernizacji także starsze instalacje. W efekcie większość czołowych producentów komponentów automatyki ma obecnie w swojej ofercie produkty projektowane specjalnie pod kątem wymagań takich zakładów (patrz ramka).

Zainteresowanie to wynika m.in. z konieczności dostosowania się do uregulowań prawnych - na przykład w Europie wprowadzanych głównie przez dyrektywy unijne. Określają one standardy jakości, jakie spełniać powinna woda odprowadzana do zbiorników wodnych oraz ta dostarczana odbiorcom. Kładzie się w nich również nacisk na zwiększanie efektywności energetycznej zakładów takich jak omawiane oraz zmniejszenie ich negatywnego wpływu na środowisko naturalne.

Wdrożenie systemu automatyki ułatwia spełnienie tych wymagań, ponieważ można za jego pośrednictwem nie tylko sterować pracą instalacji zakładu pod kątem uzyskania określonych parametrów procesowych, ale również optymalizować zużycie mediów, w tym energii elektrycznej.

To drugie można osiągnąć m.in. prowadząc w ramach zintegrowanych systemów pomiarowych kompleksowy monitoring stanu instalacji. Dzięki temu, pamiętając, że każdy ponowny rozruch to procedura kosztowna i energochłonna, można lepiej zaplanować prace serwisowe wymagające odłączenia od zasilania urządzeń zakładu.

Monika Jaworowska