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ESTUDIO CASE Purificación eficiente a través de la modernización de la automatización
CASO PRÁCTICO

Purificación eficiente a través de la modernización de la automatización

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

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

La Compañía de Agua y Alcantarillado en Suwałki (PWiK Suwałki Sp. z o.o.) es responsable de suministrar agua a los residentes de la ciudad, así como de recolectar y tratar las aguas residuales. La planta recibe aguas residuales de toda la ciudad, pueblos cercanos y áreas sin alcantarillado. Hasta 2024, la planta de tratamiento funcionaba utilizando un sistema de visualización de procesos y control disperso y obsoleto. Como resultado de las expansiones de automatización necesarias pero descoordinadas, diferentes partes de la instalación se operaron utilizando varios controladores, plataformas de software y sistemas de supervisión. Esta situación dificultó la operación diaria y dificultó la detección efectiva de fallas.

“El problema más grave en la planta de tratamiento fue la diversidad e 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 archivado de datos del proceso estaba incompleto. Además, la falta de soporte tecnológico y la incapacidad de introducir modificaciones dificultaron significativamente la operación diaria”.
- recuerda a Łukasz Kurzyna, CEO de PWik Suwałki 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 juega un papel crucial en el curso adecuado de nitrificación y desnitrificación. El control inadecuado de los sopladores, difusores y válvulas de aire resultó en un consumo de energía subóptimo, 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 con las normas ambientales aplicables.

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Una de las tareas clave en el proceso de modernización fue aumentar la eficiencia de controlar el funcionamiento de los sopladores, difusores y 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 reemplazando las configuraciones dispersas existentes por un sistema cohesivo. La implementación también tenía la intención de mejorar el proceso de aireación y aumentar la confiabilidad y seguridad operativa de las instalaciones.
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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Después de la modernización, el correcto funcionamiento de los sopladores y válvulas asegura la estabilización de los parámetros tecnológicos en las cámaras biológicas y la optimización precisa del consumo de energía.

Como parte del trabajo planificado, se entregó y puso en servicio una red industrial, y gradualmente se suministraron cuadros de control e instrumentación especializados (AkPia) para diez áreas tecnológicas. En las siguientes etapas, todo el sistema se puso en marcha y se optimizó. El proyecto concluyó con la training del personal en mayo de 2025.
Vale la pena enfatizar que todo el trabajo se llevó a cabo mientras las instalaciones permanecieron en pleno funcionamiento. Todos los sistemas y software se implementaron sin interrumpir el proceso tecnológico. “Las nuevas soluciones, basadas en componentes de Siemens, han contribuido a aumentar la confiabilidad y la seguridad operativa de la planta de tratamiento.

“El monitoreo centralizado en tiempo real de todas las instalaciones desde una sola estación de trabajo nos ayuda a detectar y resolver fallas 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, la nueva operación de sopladores y válvulas proporciona, entre otras cosas, estabilización de parámetros tecnológicos en las cámaras biológicas y optimización precisa del consumo de energía”
explica Andrzej Maziarz, Director Técnico y de Desarrollo de PWik Suwałki.

Mejoras de calidad en el área de control

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

“Como parte de la modernización, los especialistas de ATER Logic llevaron a cabo un reemplazo integral y una expansión de la infraestructura de control. El sistema previamente disperso, basado en múltiples computadoras y soluciones inconsistentes, fue reemplazado por una configuración única, moderna y redundante. Esta solución garantiza el funcionamiento continuo del sistema incluso en caso de una falla del controlador, un mayor nivel de seguridad del proceso y un riesgo significativamente menor de tiempo de inactividad no planificado, lo que se traduce en una mayor estabilidad y eficiencia de toda la instalación. Todas las instalaciones tecnológicas se han conectado a un solo centro de supervisión. Como resultado, la operación de la planta se ha vuelto más simple, el riesgo de error humano se ha reducido y el diagnóstico de fallas y la respuesta a las amenazas son mucho más rápidos”.
- evalúa a Sławomir Kalita, gerente de ventas de Siemens Poland.

Otra área importante de la implementación fue el cambio en la lógica del control de 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 sopladores y válvulas operaban de manera ineficiente, lo que resultaba en un alto consumo de energía. Gracias a la implementación de nuevos algoritmos de control, hemos estabilizado los niveles de oxígeno, introducido la regulación dinámica del ventilador y habilitado el control automático de las válvulas de aireación. Como resultado de nuestro trabajo, ahora es posible un control suave y preciso del sistema de aireación”
- enfatiza Tomasz Prusinowski, CEO de ATER Logic, el integrador responsable de la implementación.

La tercera área cubierta por la modernización implicó mejorar la seguridad operacional. Los sistemas previamente incompatibles aumentaron el riesgo de fallas, imposibilitaron la optimización y las modificaciones necesarias, y carecían de monitoreo integral del equipo. La implementación dio como resultado un sistema unificado de alarma y diagnóstico, lo que permitió la supervisión remota de la mayoría de las instalaciones. Como resultado, el software y los controladores ahora operan dentro de un único entorno estandarizado. El tiempo de inactividad y los costos de reparación se han reducido, la confiabilidad del equipo ha mejorado y la seguridad operacional se ha mejorado significativamente.

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Como parte del trabajo planificado, se entregó y puso en servicio una red industrial, y progresivamente se suministraron gabinetes de control especializados.

Efectos de la modernización del algoritmo de control

Como parte de la modernización, los controladores de varios fabricantes fueron reemplazados por Controladores Siemens SIMATIC S7-150H redundantes que administran toda la instalación. Además, un Se entregó una estación de trabajo de ingeniería equipada con el software TIA Portal y comisionado. Esta estación de trabajo permite el funcionamiento completo del controlador principal, el análisis del rendimiento del algoritmo y la capacidad de introducir modificaciones en la lógica de control para todo el sitio.

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El sistema previamente disperso, basado en múltiples computadoras y soluciones inconsistentes, fue reemplazado por una única configuración moderna y redundante construida en el controlador SIMATIC S7-1500.

“Anteriormente, implementar cambios en los algoritmos era difícil: no había herramientas de ingeniería como TIA Portal, y cada parte del sistema de control operaba en un entorno separado. La nueva arquitectura proporciona control total, capacidades de desarrollo y la capacidad de mantener un sistema de control consistente”
- señala Tomasz Prusinowski.

Junto con el reemplazo del algoritmo de control, también se unificó toda la capa de control. Gracias al software TIA Portal, se implementaron lógicas de control estandarizadas para toda la instalación. Esto hizo posible introducir un sistema coherente. Todas las unidades tecnológicas ahora comparten 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 de optimización exhaustivo.

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

“A diferencia del sistema anterior, el controlador no reacciona de manera binaria de encendido/apagado, sino que anticipa y se adapta a los cambios del proceso. Mantiene un nivel de oxígeno estable incluso en condiciones que cambian rápidamente”.
- enfatiza Tomasz Prusinowski.

Beneficios clave de la modernización

Como parte de la modernización, todos los equipos responsables de supervisar los procesos tecnológicos fueron reemplazados por completo.
Un elemento clave de la nueva infraestructura fue la adición de un gabinete de servidor que alberga dos controladores Siemens S7-150H redundantes junto con un sistema informático de alta disponibilidad.
Esta solución garantiza el funcionamiento continuo del sistema de control; en caso de una falla de un controlador, el otro asume inmediatamente sus funciones sin afectar los procesos de control en curso.

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

El reemplazo de hardware realizado por ATER Logic tenía como objetivo garantizar una alta confiabilidad 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 SITOP y los módulos UPS mantienen el sistema en funcionamiento incluso en caso de un corte de energía. Gracias a Distributed 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 equipos contra fallas y sobretensiones, y la nueva infraestructura de comunicación y el sistema de informes de SQL Server Reporting Services permiten una operación más rápida, así como la creación eficiente de análisis de procesos e informes.

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La implementación de una estación de trabajo de ingeniería basada en TIA Portal ha mejorado la confiabilidad 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 la entrega de soluciones de automatización. La compañía se desempeñó como socio del proyecto, asesorando sobre la arquitectura del sistema y la selección de componentes óptimos.
Lukasz Kurzyna, Director ejecutivo, PWiK en Suwałkach Sp. z o.o.
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Las fuentes de alimentación SITOP y los módulos UPS mantienen el sistema en funcionamiento incluso en caso de un corte de energía.

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

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

“La aireación generalmente representa del 50 al 60% de los costos operativos de una planta de tratamiento, razón por la cual la mejora de estos procesos ha aumentado significativamente la eficiencia de la planta y ha generado ahorros de energía sustanciales para su operación”.
- 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 Suwałki y sus alrededores.

La modernización ha permitido el monitoreo en tiempo real de todas las instalaciones desde una sola estación de trabajo, la detección y resolución aceleradas de fallas y la supervisión remota de la instalación. También ha abierto nuevas oportunidades para PWik Suwałki en términos de supervisión automatizada, operación autónoma e implementación de estrategias de control inteligentes.

“Un objetivo importante de la implementación también fue preparar la planta de tratamiento para futuras actualizaciones. 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 asegurado una mejor integración con otros sistemas en las instalaciones, 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 administración inteligente y autónoma de recursos. Todo esto se traducirá en un logro aún mejor de nuestros objetivos, una mayor confiabilidad del sistema, un notable ahorro de energía y, sobre todo, la capacidad de satisfacer aún mejor las necesidades de los residentes de Suwałki y las áreas circundantes.
Andrzej Maziarz, PWik Suwalki