КАЗУС

Оптимизиране на контрола на пречиствателната станция

Системата MACS, разработена от DP System въз основа на технологиите на Siemens, позволява икономия на енергия и осигурява допълнителна товароносимост на пречиствателните станции за отпадъчни води. Решението, приложено в Слупск и Илава, позволява обслужване на по-голям брой жители.

DP System разработи инструмент, който съчетава технологични и софтуерни решения. Целта на MACS (Model-based Advanced Control System) е да увеличи максимално технологичната ефективност на пречиствателните станции за отпадни води и да намали консумацията на енергия. Системата може да работи в почти всяка пречиствателна станция, оборудвана със системи за автоматизация. Решението вече е приложено, наред с други, в пречиствателните станции за отпадни води в Илава и Слупск.

Прогнозивен контрол, базиран на модели

Разработен от 2018 г., MACS е предназначен да подпомага работата на биологични пречиствателни станции за отпадъчни води, базирани на интегрирани системи за отстраняване на органични съединения и хранителни вещества. Отделните компоненти на решението оптимизират работата на технологичните процеси. Една от ключовите функции се изпълнява от модула, отговорен за управлението на биологичните реактори.„

За постигане на ниво на пречистване, което отговаря на стандартизирани параметри за съдържание на азот и фосфор, е необходима пречиствателна станция за отпадъчни води. Системата MACS оптимизира процеса на пречистване на отпадъчните води, което улеснява изпълнението на изискванията за изхвърляне на околната среда. Приложените алгоритми гарантират, че тези цели се постигат с минимална консумация на енергия. Системата също така поддържа ефективно управление на биомасата чрез оптимизиране на външната рециркулация и предотвратява пренасянето на активна утайка в пречистени отпадъчни води.
казва Робърт Влазлак, директор на отдела за индустриална автоматизация в DP System.

DP System - Optimization of wastewater treatment plant control - OpenGraph

Системата MACS позволява максимизиране на технологичната ефективност в пречиствателните станции за отпадъчни води, като същевременно намалява потреблението на енергия.

Системата MACS е внедрена, наред с други, в пречиствателната станция за отпадни води в Слупск.

Внедрените технологии позволяват да се оптимизира количеството химикали, използвани в процесите на третиране. Разработеното от DP System решение дава възможност за икономия на енергия в биохимичните процеси, извършвани от пречиствателната станция.„

Биохимичните реакции в пречиствателните станции за отпадни води са сред най-трудните за контрол, тъй като включват живи организми. Тези процеси също имат голямо търсене на електрическа енергия.
казва Адам Пачесни, търговски директор на отдела за индустриална автоматизация в DP System.

Алгоритмите и математическите модели на пречиствателната станция, използвани в решението MACS, позволяват предсказуемо управление - действайки предварително - на околната среда за живите организми, извършващи процеси на третиране. Това води до повишена ефективност, особено по отношение на потреблението на енергия. Този подход дава възможност също така да се оптимизира използването на съществуващата инфраструктура на пречиствателните станции.

Модернизация на пречиствателната станция

„Отправната точка за модернизацията беше необходимостта от спазване на стандартите за емисии, което беше свързано с намаляване на енергийните разходи. В резултат на извършените промени ефективността се подобри с 25 до 35%. Около 14% от това се дължи на подобрен контрол, докато останалата част е резултат от подмяната на вентилаторите с модерни, по-енергийно ефективни агрегати. При нормална работа заводът постига 80% ниво на самодостатъчност, но понякога това дори достига 100%. Това означава, че сме енергийно независими. Това е пряк резултат от внедряването на решението DP System,“
казва Казимеж Стахира, управител на пречиствателната станция за отпадни води в Слупск.

Решението MACS, внедрено в Słupsk, се използва за контрол на аерацията, вътрешната и външната рециркулация и за регулиране на работата на ключови задвижващи механизми като вентилатори и смесители. Внедрен е и модул за дозиране на коагуланти. Съществена роля за осигуряването на ефективната работа на системата за управление играе цялостното оборудване на инсталацията.

„Ефективността на приложения контрол е резултат от комбинирането на задълбочени технологични познания за процесите на пречиствателните станции, експертиза в принципите на автоматизация и инженеринг, базиран на математически модели и прогнозен контрол,“
казва Казимеж Стахира.

Системата MACS се използва за контрол на аерацията, вътрешната и външната рециркулация и за регулиране на работата на задвижващи механизми като вентилатори и смесители.

MACS е проектиран с помощта на технологията на Siemens, която съчетава традиционен PLC контролер с индустриален компютър.

Решението е проектирано с помощта на технологията на Siemens, която интегрира традиционен PLC контролер с индустриален компютър. А SIMATIC Box PC, заедно с комуникационните модули, се използва за управление. Индустриалните компютри на Siemens се характеризират с висока производителност, широк диапазон на работната температура и устойчивост на вибрации, като същевременно заемат минимално пространство в контролния шкаф. Те също така са проектирани да работят надеждно при тежки условия на околната среда.

„Избрахме решение на Siemens, защото това е универсална платформа, съчетаваща възможностите на програмируем логически контролер с високопроизводителен индустриален компютър. Тази изчислителна мощност е от съществено значение за интеграцията със средата MATLAB, която се използва за внедряване на математически модели, възпроизвеждане на биохимичните процеси на пречиствателната станция и извършване на изчисления за контрол на процеса. Този подход ни позволи лесно да интегрираме оптимизационния слой със системата за управление в една и съща среда,“
обяснява Робърт Влазлак, директор на отдела за индустриална автоматизация в DP System.

Компактен индустриален компютър, SIMATIC Box PC, заедно с комуникационни модули, се използва за управление на системата.

Ползи в областта на енергийната ефективност

Значителна полза от внедряването на системата MACS е широко разбираното повишаване на безопасността на процесите, извършвани от съоръжението, което я използва.

Модернизацията беше извършена по такъв начин, че подмяната на съществуващата инфраструктура на пречиствателната станция не е необходима. Съществуващите измервателни устройства, допълнени с допълнителни липсващи измервания, бяха интегрирани и предоставят данните, необходими за работата на MACS системата. На свой ред контролните сигнали, генерирани от решението DP System, се изпълняват от съществуващата контролна инфраструктура на централата, която претърпя само незначителни подобрения. В резултат на това, въпреки сравнително ниските инвестиции, бяха постигнати значителни финансови и екологични ползи.

„По време на модернизацията на пречиствателната станция въведохме допълнителен контролен слой на по-високо ниво, служещ като опора за оператора. След внедряването системата MACS избира и автоматично задава оптимални параметри за контрол на процеса,“
казва Томаш Изянек, ръководител на проекти в DP System.

Внедряването на решението отне приблизително шест месеца, докато калибрирането му продължи около една година, което позволява да се вземат предвид експлоатационните специфики на съоръжението през различните сезони.

Най-важните ползи включват икономиите на енергия, произтичащи от намаленото потребление на електроенергия. Също така е възможно да се увеличи стабилността на процесите в биологичния участък. Освен това служителите, поддържани от информация от системата, сега са по-малко ангажирани в надзора на процесите, което позволява времето им да се използва по-ефективно.

Казимеж Стахира, Мениджър, пречиствателна станция за отпадни води в Słupsk

Друга полза, постигната чрез модернизацията, е широкообхватното повишаване на безопасността на процесите, извършвани от съоръжението. Внедреното решение дава възможност за постигане на допълнителен резерв за товароносимост от приблизително 20 000 PE (популационен еквивалент). Това позволява на пречиствателната станция да приеме по-голям обем отпадни води за преработка с помощта на вече съществуващия реактор.

„Преди модернизацията пречиствателната станция е била в състояние да приема отпадни води от 250 000 жители, докато сега обслужва 350 000 души. Този резултат беше постигнат, наред с други неща, благодарение на внедряването на решения за оптимизация. Доволни сме от участието на DP System в работата по внедряването, както и от работата на системата. Приложените решения се оказват ефективни както при ежедневната експлоатация на нашата пречиствателна станция, така и в критични ситуации, като периоди на силен приток на отпадни води след валежи.
обобщава Казимеж Стахира от пречиствателната станция в Слупск.

Модернизация на пречиствателната станция за отпадни води в Илава

Друго съоръжение, където е внедрено решението MACS, работещо на устройства на Siemens, е пречиствателната станция за отпадъчни води в Илава. В този случай основната причина за прилагането е необходимостта от намаляване на съдържанието на азот в пречистените отпадни води. DP System спечели търга и започна работа, включваща подмяна на контролни елементи, амортисьори и задвижващи компоненти, отговорни за контрола на рециркулацията.

Модернизацията обхваща вътрешна и външна рециркулация, контрол на аерацията и дозиране на PIX коагуланти. Като част от завършената работа външната система за рециркулация беше променена от алгоритъм за управление, базиран на входящия обем на отпадъчните води, на такъв, базиран на нивата на утайките във вторичните пречистватели. В резултат на тези промени беше необходимо да се автоматизират изходните врати, инсталирани във вторичните пречистватели. Модернизацията доведе до подобряване на качеството на пречистените отпадни води. Постигнати са и забележими ползи по отношение на икономията на енергия.

„Консумацията на енергия до голяма степен зависи от вида на отпадъчните води, които се вливат в пречиствателната станция. По-трудното натоварване изисква повече въздух и използването на вентилатори, които консумират значителни количества електроенергия. Поради променливостта на входящите отпадни води с различни концентрации е трудно точно да се оцени колко енергийно ефективно е новото решение. При стабилна работа обаче наблюдаваме значително подобрение в производителността и повишена енергийна ефективност на инсталацията. Управлението на амортисьорите и изключването на вентилаторите в правилните моменти дава възможност ясно да се намали консумацията на електроенергия. Благодарение на оптимизацията вече сме в състояние да използваме напълно възможностите на системата за пречистване на отпадъчни води,“
казва Кшищоф Драшевски, заместник-ръководител на пречиствателната станция за отпадни води в Илава.

Системата MACS се използва в Илава от няколко години. Подобно на пречиствателната станция в Слупск, нейното изпълнение отне около шест месеца, последвано от приблизително една година адаптиране към специфичните условия на съоръжението. През годишен цикъл бяха анализирани всички сезонни явления, които биха могли да възникнат в съоръжението. Понастоящем прилаганото решение позволява намаляване на енергията с около 12%. Подобрената ефективност на процеса означава и по-висока производителност на цялата инсталация и възможност за обработка на по-големи обеми отпадъчни води.

„Вместо стандартни PID контролери, ние внедрихме решения, използващи процесен модел и получени прогнози, т.е. алгоритми MPC (Model Predictive Control). Работните точки за този тип контролери са много по-близо до технологичните граници, което автоматично се превръща в по-висока ефективност на процеса и подобрена производителност на инсталацията. обяснява Робърт Влазлак от DP System.

„Решенията, предоставени от Siemens, не само отчитат широките възможности на управлението, базирано на модели, но също така предлагат поддръжка за изкуствен интелект: машинно обучение (Deep Learning). Всичко това дава възможност за по-висока ефективност на контрола и предоставя допълнителни възможности за оптимизиране на потреблението на енергия и постигане на по-добра производителност на процеса.“ подчертава Михал Урлински от Siemens Polska.

Внедреното решение улеснява максимизирането на количеството биогаз, получен при химически процеси. Друго предимство на системата MACS е намаляването на времето, необходимо за определени задачи.

„В някои аспекти беше възможно да се намали вложението на работна ръка. Това се отнася, наред с други неща, за контрола във вторичните пречистватели, които преди модернизацията изискваха ръчно регулиране на портите за регулиране на нивата на утайките, докато сега този процес е напълно автоматизиран“,
отбелязва Кшищоф Драшевски.

„Системата MACS позволява непрекъснато наблюдение на измервателните устройства. Тя позволява, наред с други неща, оценката на надеждността на текущите измервания. Ако системата установи, че дадено измерване е ненадеждно, тя информира потребителя и преминава към алтернативно измерване или основава алгоритъма за управление на историческите стойности.
добавя Томаш Изянек от DP System.