STUDIJA SLUČAJA

Optimizacija kontrole postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda

MACS sustav, koji je DP System razvio na temelju Siemensovih tehnologija, omogućuje uštedu energije i osigurava dodatnu nosivost postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Rješenje implementirano u Słupsku i Iławi omogućuje opsluživanje većeg broja stanovnika.

DP System je razvio alat koji kombinira tehnološka i softverska rješenja. Cilj MACS (Model-based Advanced Control System) je maksimizirati tehnološku učinkovitost postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i smanjiti potrošnju energije. Sustav može raditi u gotovo svakom postrojenju za pročišćavanje opremljenom sustavima automatizacije. Rješenje je već implementirano, između ostalog, u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda u Iławi i Słupsku.

Prediktivna kontrola zasnovana na modelu

Razvijen od 2018. godine, MACS je dizajniran za podršku radu bioloških postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda temeljenih na integriranim sustavima uklanjanja organskih spojeva i hranjivih tvari. Pojedinačne komponente rješenja optimiziraju performanse tehnoloških procesa. Jednu od ključnih funkcija provodi modul odgovoran za kontrolu bioloških reaktora."

Postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda potrebno je za postizanje razine pročišćavanja koja zadovoljava standardizirane parametre za sadržaj dušika i fosfora. MACS sustav optimizira proces pročišćavanja otpadnih voda, olakšavajući ispunjavanje zahtjeva za ispuštanjem okoliša. Primijenjeni algoritmi osiguravaju postizanje tih ciljeva uz minimalnu potrošnju energije. Sustav također podržava učinkovito upravljanje biomasom optimiziranjem vanjske recirkulacije i sprječava prijenos aktivnog mulja u pročišćene otpadne vode,
kaže Robert Wlaźlak, direktor Odjela za industrijsku automatizaciju u DP Systemu.

DP System - Optimization of wastewater treatment plant control - OpenGraph

MACS sustav omogućuje maksimiziranje tehnološke učinkovitosti u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda uz smanjenje potrošnje energije.

Sustav MACS implementiran je, između ostalog, u postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda u Słupsku.

Implementirane tehnologije omogućuju optimizaciju količine kemikalija koje se koriste u procesima obrade. Rješenje koje je razvio DP System omogućuje i uštedu energije u biokemijskim procesima koje provodi postrojenje za pročišćavanje."

Biokemijske reakcije u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda među najteže su kontrolirati jer uključuju žive organizme. Ovi procesi također imaju veliku potražnju za električnom energijom,"
kaže Adam Paczesny, komercijalni direktor Odjela za industrijsku automatizaciju u DP Systemu.

Algoritmi i matematički modeli postrojenja za pročišćavanje koji se koriste u MACS rješenju omogućuju prediktivno upravljanje - djelujući unaprijed - okolišem za žive organizme koji izvode procese obrade. To rezultira povećanom učinkovitošću, osobito u pogledu potrošnje energije. Ovaj pristup također omogućuje optimizaciju korištenja postojeće infrastrukture postrojenja za pročišćavanje.

Modernizacija postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda

"Polazište radova na modernizaciji bila je potreba za ispunjavanjem emisijskih standarda, što je povezano sa smanjenjem potrošnje energije. Kao rezultat provedenih promjena, učinkovitost se poboljšala za 25 do 35%. Oko 14% toga bilo je zbog poboljšane kontrole, dok je preostali dio rezultat zamjene puhala modernim, energetski učinkovitijim jedinicama. Pod normalnim radom postrojenje postiže 80% razine samodostatnosti, ali ponekad to čak doseže i 100%. To znači da smo energetski neovisni. To je izravan rezultat implementacije rješenja DP System,"
kaže Kazimierz Stachyra, upravitelj postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Słupsku.

MACS rješenje implementirano u Słupsku koristi se za kontrolu prozračivanja, unutarnje i vanjske recirkulacije te za regulaciju rada ključnih aktuatora poput puhala i miješalica. Također je implementiran modul za doziranje koagulansa. Bitnu ulogu u osiguravanju učinkovitog rada upravljačkog sustava igra sveobuhvatna instrumentacija instalacije.

"Učinkovitost primijenjene kontrole rezultat je kombiniranja dubinskog tehnološkog znanja o procesima postrojenja za pročišćavanje, stručnosti u principima automatizacije i inženjerstva temeljenog na matematičkim modelima i prediktivnoj kontroli,"
kaže Kazimierz Stachyra.

MACS sustav koristi se za kontrolu prozračivanja, unutarnje i vanjske recirkulacije te za regulaciju rada aktuatora poput puhala i miješalica.

MACS je dizajniran pomoću Siemens tehnologije koja kombinira tradicionalni PLC kontroler s industrijskim računalom.

Rješenje je dizajnirano pomoću Siemens tehnologije koja integrira tradicionalni PLC kontroler s industrijskim računalom. A SIMATIC Box PC, zajedno s komunikacijskim modulima, korišten je za kontrolu. Siemensova industrijska računala karakteriziraju visoke performanse, širok raspon radne temperature i otpornost na vibracije, dok zauzimaju minimalan prostor u upravljačkom ormaru. Također su dizajnirani da pouzdano rade u teškim uvjetima okoline.

"Odabrali smo Siemensovo rješenje jer je to svestrana platforma koja kombinira mogućnosti programabilnog logičkog kontrolera s industrijskim računalom visokih performansi. Ova računalna snaga bitna je za integraciju s MATLAB okruženjem, koje se koristi za implementaciju matematičkih modela, reprodukciju biokemijskih procesa postrojenja za pročišćavanje i izvođenje proračuna za kontrolu procesa. Ovaj pristup nam je omogućio da lako integriramo sloj optimizacije s upravljačkim sustavom unutar istog okruženja,"
objašnjava Robert Wlaźlak, direktor Odjela za industrijsku automatizaciju u DP Systemu.

Kompaktno industrijsko računalo, SIMATIC Box PC, zajedno s komunikacijskim modulima, koristi se za upravljanje sustavom.

Prednosti u području energetske učinkovitosti

Značajna prednost implementacije MACS sustava je široko shvaćeno povećanje sigurnosti procesa koje provodi postrojenje koje ga koristi.

Modernizacija je provedena na takav način da zamjena postojeće infrastrukture postrojenja za pročišćavanje nije bila potrebna. Postojeći mjerni uređaji, dopunjeni dodatnim nedostajućim mjerenjima, integrirani su i pružaju podatke potrebne za rad MACS sustava. Zauzvrat, upravljačke signale generirane rješenjem DP System izvršava postojeća upravljačka infrastruktura postrojenja, koja je prošla samo manje nadogradnje. Kao rezultat toga, unatoč relativno niskim ulaganjima, postignute su značajne financijske i ekološke koristi.

"Tijekom modernizacije postrojenja za pročišćavanje uveli smo dodatni, višeg nivoa kontrolnog sloja koji služi kao podrška operateru. Nakon implementacije, MACS sustav odabire i automatski postavlja optimalne parametre kontrole procesa,"
kaže Tomasz Potenjanek, voditelj projekta u DP Systemu.

Implementacija rješenja trajala je otprilike šest mjeseci, dok je kalibracija trajala oko godinu dana, što je omogućilo razmatranje operativnih specifičnosti objekta u različitim godišnjim dobima.

Najvažnije prednosti uključuju uštedu energije koja proizlazi iz smanjene potrošnje električne energije. Također je bilo moguće povećati stabilnost procesa u biološkom dijelu. Osim toga, zaposlenici, podržani informacijama iz sustava, sada su manje uključeni u nadzor procesa, omogućavajući učinkovitije korištenje njihovog vremena.

Kazimierz Stachyra, Menadžer, postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u Słupsku

Još jedna korist postignuta modernizacijom je široko shvaćeno povećanje sigurnosti procesa koje provodi objekt. Implementirano rješenje omogućuje postizanje dodatne rezerve nosivosti od približno 20.000 PE (populacijski ekvivalent). To omogućuje postrojenju za pročišćavanje da prihvati veći volumen otpadnih voda za obradu pomoću već postojećeg reaktora.

"Prije modernizacije postrojenje za pročišćavanje bilo je sposobno primati otpadne vode od 250.000 stanovnika, dok sada opslužuje 350.000 stanovnika. Ovaj rezultat postignut je, između ostalog, zahvaljujući implementaciji optimizacijskih rješenja. Zadovoljni smo uključenošću DP sustava u implementacijski rad, kao i performansama sustava. Primijenjena rješenja dokazuju se kako u svakodnevnom radu našeg postrojenja za pročišćavanje, tako i u kritičnim situacijama, kao što su periodi obilnog priliva otpadnih voda nakon padavina."
sažima Kazimierz Stachyra iz postrojenja za pročišćavanje u Słupsku.

Modernizacija postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Iławi

Još jedan objekt u kojem je implementirano MACS rješenje, koje radi na Siemens uređajima, je postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda u Iławi. U ovom slučaju, primarni razlog provedbe bila je potreba za smanjenjem sadržaja dušika u pročišćenim otpadnim vodama. DP System pobijedio je na natječaju i započeo rad koji uključuje zamjenu upravljačkih elemenata, prigušivača i pogonskih komponenti odgovornih za kontrolu recirkulacije.

Modernizacija je obuhvatila unutarnju i vanjsku recirkulaciju, kontrolu prozračivanja i doziranje PIX koagulansa. U sklopu završenih radova promijenjen je sustav vanjske recirkulacije iz kontrolnog algoritma temeljenog na ulaznoj količini otpadnih voda na onaj koji se temelji na razini mulja u sekundarnim čistačima. Kao rezultat tih promjena bilo je potrebno automatizirati izlazna vrata ugrađena u sekundarne pročišćivače. Modernizacija je dovela do poboljšanja kvalitete pročišćenih otpadnih voda. Također su postignute vidljive koristi u smislu uštede energije.

"Potrošnja energije uvelike ovisi o vrsti otpadnih voda koja teče u postrojenje za pročišćavanje. Teže opterećenje zahtijeva više zraka i korištenje puhala koji troše značajne količine električne energije. Zbog varijabilnosti ulaznih otpadnih voda s različitim koncentracijama teško je precizno procijeniti koliko je novo rješenje energetski učinkovito. Međutim, tijekom stabilnog rada primjećujemo značajno poboljšanje performansi i povećanu energetsku učinkovitost instalacije. Upravljanje prigušivačima i isključivanje puhala u pravim trenucima omogućuje jasno smanjenje potrošnje električne energije. Zahvaljujući optimizaciji, sada smo u mogućnosti u potpunosti iskoristiti mogućnosti sustava za pročišćavanje otpadnih voda,"
kaže Krzysztof Draszewski, zamjenik voditelja postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda u Iławi.

MACS sustav koristi se u Iławi već nekoliko godina. Slično postrojenju za pročišćavanje u Słupsku, njegova je provedba trajala oko šest mjeseci, nakon čega je uslijedila otprilike godinu dana prilagodbe specifičnim uvjetima objekta. Tijekom godišnjeg ciklusa analizirani su svi sezonski fenomeni koji bi se mogli dogoditi u objektu. Trenutno primijenjeno rješenje omogućuje smanjenje energije od oko 12%. Poboljšana učinkovitost procesa također znači veću propusnost cijelog postrojenja i sposobnost obrade većih količina otpadnih voda.

"Umjesto standardnih PID kontrolera, implementirali smo rješenja koristeći procesni model i rezultirajuća predviđanja, tj. MPC (Model Predictive Control) algoritme. Radne točke za ovu vrstu regulatora mnogo su bliže tehnološkim granicama, što se automatski pretvara u veću učinkovitost procesa i poboljšanu propusnost postrojenja," objašnjava Robert Wlaźlak iz DP System.

"Rješenja koja nudi Siemens ne uzimaju u obzir samo široke mogućnosti upravljanja zasnovanog na modelu, već nude i podršku umjetnoj inteligenciji: strojno učenje (duboko učenje). Sve to omogućuje veću učinkovitost upravljanja i pruža dodatne mogućnosti za optimizaciju potrošnje energije i postizanje boljih performansi procesa," naglašava Michał Urliński iz tvrtke Siemens Polska.

Implementirano rješenje olakšava maksimiziranje količine bioplina dobivenog u kemijskim procesima. Još jedna prednost MACS sustava je smanjenje vremena potrebnog za određene zadatke.

"U nekim je aspektima moguće smanjiti unos radne snage. To se, između ostalog, odnosi i na kontrolu u sekundarnim pročišćivačima, koji su prije modernizacije zahtijevali ručno podešavanje vrata radi regulacije razine mulja, dok je sada taj proces potpuno automatiziran."
napominje Krzysztof Draszewski.

"MACS sustav omogućuje kontinuirano praćenje mjernih uređaja. Omogućuje, između ostalog, procjenu pouzdanosti trenutnih mjerenja. Ako sustav utvrdi da je određeno mjerenje nepouzdano, obavještava korisnika i prebacuje se na alternativno mjerenje ili temelji kontrolni algoritam na povijesnim vrijednostima,"
dodaje Tomasz Povećjanek iz DP sustava.