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Caso práctico: purificación eficiente mediante la modernización de la automatización
CASO DE ÉXITO

Purificación eficiente mediante la modernización de la automatización

La modernización de la planta de tratamiento de aguas residuales de Suwalki, llevada a cabo por ATER Logic, permitió implementar un sistema de control unificado para las instalaciones individuales.

El uso de equipos y software de Siemens en el proceso ayudó a optimizar el funcionamiento de la planta, permitió el diagnóstico y la supervisión de los procesos y aumentó la seguridad operativa de la instalación.

La empresa de agua y alcantarillado de Suwalki (PWiK Suwalki Sp. z o.o.) es responsable de suministrar agua a los residentes de la ciudad y de recoger y tratar las aguas residuales. La planta recibe aguas residuales de toda la ciudad, de los pueblos cercanos y de las zonas sin alcantarillado. Hasta 2024, la planta de tratamiento funcionó con un sistema de control y visualización de procesos disperso y anticuado. Como resultado de las ampliaciones de automatización necesarias pero descoordinadas, se operaron diferentes partes de la instalación mediante varios controladores, plataformas de software y sistemas de supervisión. Esta situación dificultaba la operación diaria y dificultaba la detección eficaz de los fallos.

«El problema más grave de la planta de tratamiento era la diversidad y la ineficiencia de los sistemas de control en uso. Cada instalación tenía una interfaz de usuario diferente, no había un método unificado de presentación de datos y el archivo de los datos del proceso estaba incompleto. Además, la falta de soporte tecnológico y la incapacidad de introducir modificaciones dificultaron significativamente el funcionamiento diario»,
- recuerda Łukasz Kurzyna, director ejecutivo de PWiK Suwalki Sp. z o.o.

Otro aspecto clave para los operadores de la planta de tratamiento de aguas residuales fue el proceso de aireación en las cámaras biológicas, que desempeña un papel crucial en el proceso correcto de la nitrificación y la desnitrificación. Un control incorrecto de los ventiladores, los difusores y las válvulas de aire provocó un consumo de energía inferior al óptimo, provocó fluctuaciones en los niveles de oxígeno y provocó inestabilidad en los parámetros de las aguas residuales tratadas. Esto aumentó el riesgo de no cumplir las normas medioambientales aplicables.

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Una de las tareas clave del proceso de modernización fue aumentar la eficiencia del control del funcionamiento de los ventiladores, los difusores y las válvulas de aire.

Objetivo de implementación: un sistema de automatización unificado

La razón principal para iniciar la modernización de la planta de tratamiento fue la necesidad de unificar el sistema de control sustituyendo las configuraciones dispersas existentes por un sistema cohesivo. La implementación también tenía por objeto mejorar el proceso de aireación y aumentar la fiabilidad y la seguridad operativa de la instalación.
El proyecto, que duró un total de diez meses, comenzó con la firma del contrato en julio de 2024. La primera etapa incluyó el diseño, la prefabricación y la entrega del sistema de supervisión.

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Tras la modernización, el correcto funcionamiento de los ventiladores y las válvulas garantiza la estabilización de los parámetros tecnológicos en las cámaras biológicas y una optimización precisa del consumo de energía.

Como parte de las obras planificadas, se entregó y puso en marcha una red industrial y, gradualmente, se suministraron centralitas especializadas de control e instrumentación (AKPiA) para diez áreas tecnológicas. En las siguientes etapas, se puso en marcha y se optimizó todo el sistema. El proyecto concluyó con la formación del personal en mayo de 2025.
Vale la pena recalcar que todos los trabajos se llevaron a cabo mientras la instalación permanecía en pleno funcionamiento. Todos los sistemas y el software se implementaron sin interrumpir el proceso tecnológico. «Las nuevas soluciones, basadas en componentes de Siemens, han contribuido a aumentar la fiabilidad y la seguridad operativa de la planta de tratamiento.

«La supervisión centralizada en tiempo real de todas las instalaciones desde una sola estación de trabajo nos ayuda a detectar y resolver los fallos y también permite la supervisión remota. El desarrollo de nuevos algoritmos de control para todos los sistemas de la planta ha dado resultados concretos y esperados. En particular, el nuevo funcionamiento de los ventiladores y las válvulas proporciona, entre otras cosas, la estabilización de los parámetros tecnológicos en las cámaras biológicas y una optimización precisa del consumo de energía»
explica Andrzej Maziarz, director técnico y de desarrollo de PWiK Suwalki.

Mejoras de calidad en el área de control

La modernización del sistema de control de la planta de tratamiento de aguas residuales de Suwalki se basó en controladores redundantes de la serie S7-1500 (S7‑1517H‑3PN). La redundancia de los dispositivos clave ha aumentado significativamente la fiabilidad y la estabilidad de todo el sistema. Gracias al uso de equipos de Siemens, los procesos tecnológicos ahora se controlan de manera coherente, con un riesgo mínimo de fallo. '

«Como parte de la modernización, los especialistas de ATER Logic llevaron a cabo una sustitución y ampliación integrales de la infraestructura de control. El sistema anterior disperso, basado en varios ordenadores y soluciones inconsistentes, fue sustituido por una configuración única, moderna y redundante. Esta solución garantiza el funcionamiento continuo del sistema incluso en caso de fallo del controlador, un mayor nivel de seguridad de los procesos y una reducción significativa del riesgo de tiempo de inactividad no planificado, lo que se traduce en una mayor estabilidad y eficacia de toda la instalación. Todas las instalaciones tecnológicas están conectadas a un único centro de supervisión. Como resultado, el funcionamiento de la planta se ha simplificado, se ha reducido el riesgo de errores humanos y el diagnóstico de los fallos y la respuesta a las amenazas son mucho más rápidos»,
- evalúa a Sławomir Kalita, director de ventas de Siemens Polonia.

Otra área importante de la implementación fue el cambio en la lógica de control de la aireación.

«Antes de la modernización, el sistema era impreciso e inestable: los parámetros tecnológicos a menudo se desviaban de los requisitos del proceso y los ventiladores y las válvulas funcionaban de manera ineficiente, lo que generaba un alto consumo de energía. Gracias a la implementación de nuevos algoritmos de control, hemos estabilizado los niveles de oxígeno, introducido la regulación dinámica de los ventiladores y permitido el control automático de las válvulas de aireación. Gracias a nuestro trabajo, ahora es posible controlar el sistema de aireación de forma fluida y precisa»
- destaca Tomasz Prusinowski, CEO de ATER Logic, el integrador responsable de la implementación.

La tercera área cubierta por la modernización implicó la mejora de la seguridad operativa. Los sistemas que antes eran incompatibles aumentaban el riesgo de fallos, impedían la optimización y las modificaciones necesarias y carecían de una monitorización completa del equipo. La implementación dio como resultado un sistema unificado de alarma y diagnóstico que permitía la supervisión remota de la mayoría de las instalaciones. Como resultado, el software y los controladores ahora funcionan en un entorno único y estandarizado. El tiempo de inactividad y los costes de reparación se han reducido, la fiabilidad del equipo ha mejorado y la seguridad operativa ha mejorado significativamente.

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Como parte de las obras planificadas, se entregó y puso en marcha una red industrial y se suministraron progresivamente armarios de control especializados.

Efectos de la modernización de los algoritmos de control

Como parte de la modernización, los controladores de varios fabricantes fueron sustituidos por controladores Siemens SIMATIC S7‑1500H redundantes que gestionan todo el centro. Además, un Se entregó una estación de trabajo de ingeniería equipada con el software TIA Portal y por encargo. Esta estación de trabajo permite el funcionamiento completo del controlador principal, el análisis del rendimiento de los algoritmos y la posibilidad de introducir modificaciones en la lógica de control de todo el sitio.

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El sistema anterior disperso, basado en varios ordenadores y soluciones inconsistentes, fue sustituido por una única configuración moderna y redundante basada en el controlador SIMATIC S7‑1500.

«Antes, implementar los cambios en los algoritmos era difícil: no había herramientas de ingeniería como el TIA Portal y cada parte del sistema de control funcionaba en un entorno diferente. La nueva arquitectura proporciona un control total, capacidades de desarrollo y la capacidad de mantener un sistema de control coherente»,
- señala Tomasz Prusinowski.

Además de reemplazar el algoritmo de control, también se unificó toda la capa de control. Gracias al software TIA Portal, se implementaron lógicas de control estandarizadas en toda la instalación. Esto permitió introducir un sistema coherente. Todas las unidades tecnológicas comparten ahora una interfaz unificada, alarmas, estructura de control y archivo de datos. Como resultado, el trabajo del operador es más eficiente, la respuesta a las desviaciones es más rápida y el historial completo del proceso permite un análisis exhaustivo de la optimización.

La innovación más importante del sistema de control fue la implementación de un controlador de lógica difusa. Analiza simultáneamente varios parámetros del proceso, como la concentración de oxígeno, la carga orgánica, el flujo de aguas residuales, la concentración de lodo, el estado del lodo activado y la carga en las cámaras biológicas. Basándose en estos datos, determina la demanda óptima de oxígeno. El controlador regula sin problemas los ventiladores, las válvulas de aire y la distribución del aire entre las zonas biológicas.

«A diferencia del sistema anterior, el mando no reacciona de forma binaria de encendido/apagado, sino que anticipa los cambios del proceso y se adapta a ellos. Mantiene un nivel de oxígeno estable incluso en condiciones que cambian rápidamente»,
- hace hincapié en Tomasz Prusinowski.

Principales beneficios de la modernización

Como parte de la modernización, se sustituyeron por completo todos los equipos responsables de supervisar los procesos tecnológicos.
Un elemento clave de la nueva infraestructura fue la incorporación de una caja de servidores que alojaba dos controladores Siemens S7-1500H redundantes y un sistema informático de alta disponibilidad.
Esta solución garantiza el funcionamiento continuo del sistema de control: en caso de fallo de un controlador, el otro asume inmediatamente sus funciones sin afectar a los procesos de control en curso.

La unificación de la interfaz de usuario en toda la instalación, la centralización del archivo de los datos del proceso y la implementación de una estación de trabajo de ingeniería han mejorado significativamente la fiabilidad, la transparencia y las capacidades analíticas del sistema de control. Estas medidas también han simplificado la operación y el mantenimiento técnico.

La sustitución de hardware llevada a cabo por ATER Logic tenía como objetivo garantizar una alta fiabilidad y un funcionamiento ininterrumpido del sistema. La modernización se basó en gran medida en las soluciones de hardware y software de Siemens. Los controladores PLC redundantes minimizan el riesgo de tiempo de inactividad, mientras que Las fuentes de alimentación y los módulos UPS de SITOP mantienen el sistema en funcionamiento incluso en caso de un corte de alimentación. Gracias a la distribución Estaciones de E/S ET200SP y la nueva red de comunicación, el sistema se puede ampliar e integrar fácilmente con dispositivos adicionales. Mientras tanto, los dispositivos de protección implementados protegen a los operadores y los equipos contra fallos y subidas de tensión, y la nueva infraestructura de comunicación y el sistema de informes de SQL Server Reporting Services permiten un funcionamiento más rápido y una creación eficiente de análisis e informes de procesos.

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La implementación de una estación de trabajo de ingeniería basada en el TIA Portal ha mejorado la fiabilidad del sistema de control y ha simplificado la operación y el mantenimiento técnico.

Siemens desempeñó un papel clave en la modernización del sistema de control y comunicación, proporcionando tanto soporte técnico como soluciones de automatización. La empresa fue socia del proyecto, asesorando sobre la arquitectura del sistema y la selección de los componentes óptimos.
Lukasz Kurzyna, CEO, PWiK en Suwalkach Sp. z o.o.
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Las fuentes de alimentación y los módulos UPS de SITOP mantienen el sistema en funcionamiento incluso en caso de un corte de alimentación.

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Gracias a las estaciones de E/S ET200SP distribuidas y a la nueva red de comunicación, el sistema se puede ampliar e integrar fácilmente con dispositivos adicionales.

Como resultado de la implementación, se ha garantizado una interfaz de usuario uniforme en todas las instalaciones, lo que facilita considerablemente la operación, el diagnóstico y la supervisión. Un elemento importante que aumentó la usabilidad fue también la mejora y la automatización del proceso de purificación en la sección biológica.
La modernización de los algoritmos de control de los ventiladores y las válvulas permitió estabilizar los niveles de oxígeno en las cámaras biológicas y optimizar el consumo de energía.

«La aireación suele representar entre el 50 y el 60% de los costes operativos de una planta de tratamiento, por lo que la mejora de estos procesos ha aumentado significativamente la eficiencia de la planta y ha supuesto un importante ahorro de energía para su funcionamiento»,
- enfatiza Tomasz Prusinowski de ATER Logic

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El trabajo realizado se ha traducido en una capacidad aún mejor para satisfacer las necesidades de los residentes de Suwalki y sus alrededores.

La modernización ha permitido la supervisión en tiempo real de todas las instalaciones desde una sola estación de trabajo, ha acelerado la detección y la resolución de los fallos y ha permitido la supervisión remota de la instalación. También ha abierto nuevas oportunidades para PWiK Suwalki en términos de supervisión automatizada, funcionamiento autónomo e implementación de estrategias de control inteligentes.

«Un objetivo importante de la implementación también era preparar la planta de tratamiento para futuras mejoras. Gracias a la excelente cooperación entre el cliente, el integrador y el proveedor de tecnología, hemos creado las condiciones para una mayor expansión de la automatización en el futuro. Hemos garantizado una mejor integración con otros sistemas de la instalación, como la gestión de lodos, la planta de biogás y las estaciones receptoras»
- explica Sławomir Kalita de Siemens.

La modernización ha llevado a nuestras instalaciones a la era de la gestión de recursos inteligente y autónoma. Todo esto se traducirá en un logro aún mejor de nuestros objetivos, en una mejora de la fiabilidad del sistema, en un notable ahorro de energía y, sobre todo, en la capacidad de satisfacer aún mejor las necesidades de los residentes de Suwalki y sus alrededores.
Andrzej Maziarz, Pwik Suwalki