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Étude de cas Purification efficace grâce à la modernisation de l'automatisation
ÉTUDE DE CAS

Purification efficace grâce à la modernisation de l'automatisation

La modernisation de la station d'épuration de Suwałki, réalisée par ATER Logic, a permis la mise en place d'un système de contrôle unifié pour les différentes installations.

L'utilisation de l'équipement et des logiciels Siemens dans le processus a permis de rationaliser le fonctionnement de l'usine, a permis le diagnostic et la surveillance des processus, et augmenté la sécurité opérationnelle de l'installation.

La Water and Sewerage Company de Suwałki (PWiK Suwałki Sp. z o.o.) est responsable de l'approvisionnement en eau des résidents de la ville ainsi que de la collecte et du traitement des eaux usées. L'usine reçoit les eaux usées de toute la ville, des villages voisins et des zones non égouts. Jusqu'en 2024, l'usine de traitement fonctionnait à l'aide d'un système de contrôle et de visualisation des processus dispersé et obsolète. En raison des expansions d'automatisation nécessaires mais non coordonnées, différentes parties de l'installation ont été exploitées à l'aide de divers contrôleurs, plates-formes logicielles et systèmes de supervision. Cette situation a rendu les opérations quotidiennes difficiles et a entravé la détection efficace des pannes.

« Le problème le plus grave à la station de traitement était la diversité et l'inefficacité des systèmes de contrôle utilisés. Chaque installation avait une interface utilisateur différente, il n'y avait pas de méthode unifiée de présentation des données et l'archivage des données de processus était incomplet. De plus, le manque de soutien technologique et l'impossibilité d'introduire des modifications ont considérablement entravé le fonctionnement quotidien,
- rappelle Łukasz Kurzyna, CEO de PWiK Suwałki Sp. z o.o.

Un autre aspect clé pour les exploitants d'usines de traitement des eaux usées était le processus d'aération dans les chambres biologiques, qui joue un rôle crucial dans le bon déroulement de la nitrification et de la dénitrification. Un mauvais contrôle des soufflantes, des diffuseurs et des vannes d'air a entraîné une consommation d'énergie sous-optimale, provoqué des fluctuations des niveaux d'oxygène et conduit à une instabilité des paramètres des eaux usées traitées. Cela a augmenté le risque de ne pas respecter les normes environnementales applicables.

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L'une des tâches clés du processus de modernisation était d'augmenter l'efficacité du contrôle du fonctionnement des soufflantes, des diffuseurs et des vannes d'air.

Objectif de mise en œuvre : un système d'automatisation unifié

La principale raison du lancement de la modernisation de la station de traitement était la nécessité d'unifier le système de contrôle en remplaçant les installations dispersées existantes par un système cohérent. La mise en œuvre visait également à améliorer le processus d'aération et à augmenter la fiabilité et la sécurité opérationnelle de l'installation.
Le projet, qui a duré un total de dix mois, a débuté avec la signature du contrat en juillet 2024. La première étape comprenait la conception, la préfabrication et la livraison du système de supervision.

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Après la modernisation, le bon fonctionnement des soufflantes et des vannes assure la stabilisation des paramètres technologiques dans les chambres biologiques et l'optimisation précise de la consommation d'énergie.

Dans le cadre des travaux prévus, un réseau industriel a été livré et mis en service, et des tableaux de commande et d'instrumentation spécialisés (AKpiA) ont été progressivement fournis pour dix domaines technologiques. Dans les étapes suivantes, l'ensemble du système a été mis en service et optimisé. Le projet s'est terminé par la training du personnel en mai 2025.
Il convient de souligner que tous les travaux ont été effectués pendant que l'installation est restée pleinement opérationnelle. Tous les systèmes et logiciels ont été mis en œuvre sans interrompre le processus technologique. « Les nouvelles solutions, basées sur des composants Siemens, ont contribué à augmenter la fiabilité et la sécurité opérationnelle de la station de traitement.

« La surveillance centralisée en temps réel de toutes les installations à partir d'un seul poste de travail nous aide à détecter et à résoudre les pannes et permet également la supervision à distance. Le développement de nouveaux algorithmes de contrôle pour tous les systèmes de la centrale a donné des résultats concrets et attendus. En particulier, le nouveau fonctionnement des soufflantes et des vannes assure, entre autres, la stabilisation des paramètres technologiques dans les chambres biologiques et l'optimisation précise de la consommation d'énergie »
explique Andrzej Maziarz, directeur technique et développement chez PWiK Suwałki.

Améliorations de la qualité dans la zone de contrôle

La modernisation du système de contrôle de l'usine de traitement des eaux usées de Suwałki était basée sur des contrôleurs redondants de la série S7‑1500 (S7‑1517H‑3PN). La redondance des dispositifs clés a considérablement augmenté la fiabilité et la stabilité de l'ensemble du système. Grâce à l'utilisation d'équipements Siemens, les processus technologiques sont désormais contrôlés de manière cohérente, avec un risque minimal de défaillance. '

Dans le cadre de la modernisation, les spécialistes d'ATER Logic ont effectué un remplacement complet et une expansion de l'infrastructure de contrôle. Le système précédemment dispersé, basé sur plusieurs ordinateurs et des solutions incohérentes, a été remplacé par une configuration unique, moderne et redondante. Cette solution assure un fonctionnement continu du système même en cas de défaillance du contrôleur, un niveau plus élevé de sécurité des processus et un risque considérablement réduit de temps d'arrêt imprévu, ce qui se traduit par une plus grande stabilité et efficacité de l'ensemble de l'installation. Toutes les installations technologiques ont été connectées à un seul centre de supervision. En conséquence, le fonctionnement de l'usine est devenu plus simple, le risque d'erreur humaine a été réduit, et les diagnostics de défaillance et la réponse aux menaces sont beaucoup plus rapides. »
- évalue Sławomir Kalita, directeur des ventes chez Siemens Pologne.

Un autre domaine important de la mise en œuvre était le changement dans la logique de contrôle d'aération.

Avant la modernisation, le système était imprécis et instable — les paramètres technologiques s'écartaient souvent des exigences du processus, et les soufflantes et les vannes fonctionnaient de manière inefficace, ce qui entraînait une consommation d'énergie élevée. Grâce à la mise en œuvre de nouveaux algorithmes de contrôle, nous avons stabilisé les niveaux d'oxygène, introduit la régulation dynamique du ventilateur et activé le contrôle automatique des vannes d'aération. Grâce à notre travail, un contrôle fluide et précis du système d'aération est maintenant possible, »
- souligne Tomasz Prusinowski, CEO d'ATER Logic, l'intégrateur responsable de la mise en œuvre.

Le troisième domaine couvert par la modernisation concernait l'amélioration de la sécurité opérationnelle. Les systèmes auparavant incompatibles augmentaient le risque de pannes, rendaient l'optimisation et les modifications nécessaires impossibles, et manquaient de surveillance complète de l'équipement. La mise en œuvre a abouti à un système unifié d'alarme et de diagnostic, permettant la supervision à distance de la plupart des installations. En conséquence, le logiciel et les contrôleurs fonctionnent désormais dans un environnement unique et standardisé. Les temps d'arrêt et les coûts de réparation ont été réduits, la fiabilité de l'équipement s'est améliorée et la sécurité opérationnelle a été considérablement améliorée.

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Dans le cadre des travaux prévus, un réseau industriel a été livré et mis en service, et des armoires de commande spécialisées ont été fournies progressivement.

Effets de la modernisation de l'algorithme de contrôle

Dans le cadre de la modernisation, les contrôleurs de divers fabricants ont été remplacés par contrôleurs Siemens SIMATIC S7‑1500H redondants qui gèrent l'ensemble de l'installation. En outre, un un poste de travail d'ingénierie équipé du logiciel TIA Portal a été livré et commandé. Ce poste de travail permet le fonctionnement complet du contrôleur principal, l'analyse des performances de l'algorithme, et la possibilité d'introduire des modifications à la logique de contrôle pour l'ensemble du site.

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Le système précédemment dispersé, basé sur plusieurs ordinateurs et des solutions incohérentes, a été remplacé par une seule configuration moderne et redondante construite sur le contrôleur SIMATIC S7‑1500.

« Auparavant, la mise en œuvre de changements dans les algorithmes était difficile — il n'y avait pas d'outils d'ingénierie tels que TIA Portal, et chaque partie du système de contrôle fonctionnait dans un environnement distinct. La nouvelle architecture offre un contrôle total, des capacités de développement et la capacité de maintenir un système de contrôle cohérent,
- remarque Tomasz Prusinowski.

Parallèlement au remplacement de l'algorithme de contrôle, toute la couche de contrôle a également été unifiée. Grâce au logiciel TIA Portal, des logiques de contrôle standardisées ont été mises en œuvre pour l'ensemble de l'installation. Cela a permis d'introduire un système cohérent. Toutes les unités technologiques partagent désormais une interface unifiée, des alarmes, une structure de contrôle et un archivage des données. En conséquence, le travail de l'opérateur est plus efficace, la réponse aux écarts est plus rapide et l'historique complet des processus permet une analyse d'optimisation approfondie.

L'innovation la plus importante dans le système de contrôle a été la mise en œuvre d'un contrôleur à logique floue. Il analyse simultanément plusieurs paramètres de processus, y compris la concentration en oxygène, la charge organique, le débit des eaux usées, la concentration des boues, l'état des boues activées et la charge sur les chambres biologiques. Sur la base de ces données, il détermine la demande optimale en oxygène. Le contrôleur régule en douceur les soufflantes, les vannes d'air et la distribution de l'air entre les zones biologiques.

Contrairement au système précédent, le contrôleur ne réagit pas de manière marche/arrêt binaire — au lieu de cela, il anticipe et s'adapte aux changements de processus. Il maintient un niveau d'oxygène stable même dans des conditions qui changent rapidement, »
- souligne Tomasz Prusinowski.

Principaux avantages de la modernisation

Dans le cadre de la modernisation, tous les équipements chargés de superviser les processus technologiques ont été complètement remplacés.
Un élément clé de la nouvelle infrastructure était l'ajout d'une armoire serveur abritant deux contrôleurs Siemens S7‑1500H redondants ainsi qu'un système informatique haute disponibilité.
Cette solution assure un fonctionnement continu du système de contrôle — en cas de défaillance d'un contrôleur, l'autre prend immédiatement en charge ses fonctions sans affecter les processus de contrôle en cours.

L'unification de l'interface utilisateur sur l'ensemble de l'installation, la centralisation de l'archivage des données de processus et la mise en place d'un poste de travail d'ingénierie ont considérablement amélioré la fiabilité, la transparence et les capacités analytiques du système de contrôle. Ces mesures ont également simplifié le fonctionnement et la maintenance technique.

Le remplacement du matériel effectué par ATER Logic visait à assurer une grande fiabilité et un fonctionnement ininterrompu du système. La modernisation était en grande partie basée sur les solutions matérielles et logicielles de Siemens. Les contrôleurs PLC redondants minimisent le risque de temps d'arrêt, tandis que Les blocs d'alimentation SITOP et les modules UPS permettent au système de fonctionner même en cas de panne de courant. Merci à distribué Stations d'E/S ET200SP et le nouveau réseau de communication, le système peut être facilement étendu et intégré avec des appareils supplémentaires. Pendant ce temps, les dispositifs de protection mis en place protègent les opérateurs et les équipements contre les pannes et les surtensions, et la nouvelle infrastructure de communication et le système de rapports SQL Server Reporting Services permettent un fonctionnement plus rapide ainsi que la création efficace d'analyses et de rapports de processus.

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La mise en place d'un poste de travail d'ingénierie basé sur TIA Portal a amélioré la fiabilité du système de contrôle et simplifié l'exploitation et la maintenance technique.

Siemens a joué un rôle clé dans la modernisation du système de contrôle et de communication, en fournissant à la fois un support technique et la livraison de solutions d'automatisation. L'entreprise a servi de partenaire de projet, conseillant sur l'architecture système et la sélection des composants optimaux.
Łukasz Kurzyna, PDG, PWiK à Suwałkach Sp. z o.o.
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Les blocs d'alimentation SITOP et les modules UPS permettent au système de fonctionner même en cas de panne de courant.

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Grâce aux stations d'E/S ET200SP distribuées et au nouveau réseau de communication, le système peut être facilement étendu et intégré avec des appareils supplémentaires.

À la suite de la mise en œuvre, une interface utilisateur uniforme a été assurée dans toutes les installations, ce qui facilite considérablement le fonctionnement, les diagnostics et la surveillance. Un élément important qui a augmenté la convivialité était également l'amélioration et l'automatisation du processus de purification dans la section biologique.
La modernisation des algorithmes de contrôle des soufflantes et des vannes a permis de stabiliser les niveaux d'oxygène dans les chambres biologiques et d'optimiser la consommation d'énergie.

« L'aération représente généralement 50 à 60 % des coûts d'exploitation d'une station de traitement, c'est pourquoi l'amélioration de ces processus a considérablement augmenté l'efficacité de l'usine et a permis de réaliser des économies d'énergie substantielles pour son fonctionnement. »
- souligne Tomasz Prusinowski d'ATER Logic

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Le travail effectué s'est traduit par une capacité encore meilleure à répondre aux besoins des résidents de Suwałki et des environs.

La modernisation a permis la surveillance en temps réel de toutes les installations à partir d'un seul poste de travail, accéléré la détection et la résolution des pannes, et permis la supervision à distance de l'installation. Cela a également ouvert de nouvelles opportunités pour PWiK Suwałki en termes de supervision automatisée, de fonctionnement autonome et de mise en œuvre de stratégies de contrôle intelligentes.

« Un objectif important de la mise en œuvre était également de préparer la station de traitement pour les futures mises à niveau. Grâce à l'excellente coopération entre le client, l'intégrateur et le fournisseur de technologie, nous avons créé les conditions pour une nouvelle expansion de l'automatisation à l'avenir. Nous avons assuré une meilleure intégration avec d'autres systèmes de l'installation, tels que la gestion des boues, l'usine de biogaz et les stations de réception,
- explique Sławomir Kalita de Siemens.

La modernisation a fait entrer notre installation dans l'ère de la gestion intelligente et autonome des ressources. Tout cela se traduira par une réalisation encore meilleure de nos objectifs, une meilleure fiabilité du système, des économies d'énergie notables et, surtout, la capacité de répondre encore mieux aux besoins des résidents de Suwałki et des environs.
Andrzej Maziarz, PwiK Suwałki