ESETTANULMÁNY

Szennyvíztisztító telepek ellenőrzésének optimalizálása

A DP System által a Siemens technológiákon alapuló MACS rendszer energiamegtakarítást tesz lehetővé és további terhelhetőséget biztosít a szennyvíztisztító telepek számára. A Słupszkban és Iławában megvalósított megoldás nagyobb számú lakos kiszolgálását teszi lehetővé.

A DP System olyan eszközt fejlesztett ki, amely ötvözi a technológiai és a szoftver megoldásokat. A MACS (Model-based Advanced Control System) célja a szennyvíztisztító telepek technológiai hatékonyságának maximalizálása és az energiafogyasztás csökkentése. A rendszer szinte minden automatizálási rendszerekkel felszerelt tisztítóüzemben működhet. A megoldást már megvalósították többek között Iławai és Słupszki szennyvíztisztító telepekben.

Modellalapú prediktív vezérlés

A 2018 óta kifejlesztett MACS célja a szerves vegyületek és tápanyagok integrált eltávolító rendszerein alapuló biológiai szennyvíztisztító telepek működésének támogatása. A megoldás egyes összetevői optimalizálják a technológiai folyamatok teljesítményét. Az egyik kulcsfunkciót a biológiai reaktorok vezérléséért felelős modul végzi.„

Szennyvíztisztító berendezésre van szükség ahhoz, hogy olyan tisztítási szintet érjen el, amely megfelel a nitrogén- és foszfortartalom szabványosított paramétereinek. A MACS rendszer optimalizálja a szennyvíztisztítási folyamatot, megkönnyítve ezzel a környezeti kibocsátási követelmények teljesítését. Az alkalmazott algoritmusok biztosítják, hogy ezeket a célokat minimális energiafogyasztással érjék el. A rendszer a külső recirkuláció optimalizálásával támogatja a hatékony biomassza kezelését, és megakadályozza az aktív iszap átjutását a tisztított szennyvízbe.”
mondja Robert Wlaźlak, a DP System ipari automatizálási osztályának igazgatója.

DP System - Optimization of wastewater treatment plant control - OpenGraph

A MACS rendszer lehetővé teszi a szennyvíztisztító telepek technológiai hatékonyságának maximalizálását, miközben csökkenti az energiafogyasztást.

A MACS rendszert többek között a słupski szennyvíztisztító telephelyen valósították meg.

A bevezetett technológiák lehetővé teszik a kezelési folyamatokban használt vegyi anyagok mennyiségének optimalizálását. A DP System által kifejlesztett megoldás energiamegtakarítást tesz lehetővé a tisztító telep biokémiai folyamataiban is.„

A szennyvíztisztító telepekben a biokémiai reakciók a legnehezebben kontrollálhatók, mivel élő szervezeteket érintenek. Ezeknek a folyamatoknak nagy az igény az elektromos energia iránt is,”
mondja Adam Paczesny, a DP System ipari automatizálási osztályának kereskedelmi igazgatója.

A MACS megoldásban alkalmazott tisztítótelep algoritmusai és matematikai modelljei lehetővé teszik a kezelési folyamatokat végző élő szervezetek környezet prediktív kezelését — előre cselekedve. Ez növeli a hatékonyságot, különösen az energiafogyasztás szempontjából. Ez a megközelítés lehetővé teszi a meglévő tisztítótelep infrastruktúra használatának optimalizálását is.

A szennyvíztisztító telep korszerűsítése

„A korszerűsítési munka kiindulópontja a kibocsátási előírások betartásának szükségessége volt, ami az energiaköltségek csökkentéséhez kapcsolódott. A végrehajtott változások eredményeként 25-35% -kal javult a hatékonyság. Ennek mintegy 14% -a a jobb vezérlésnek köszönhető, míg a fennmaradó rész a fúvók modern, energiahatékonyabb egységekre történő cseréjének köszönhető. Normál működés esetén az üzem 80% -os önellátási szintet ér el, de időnként ez eléri a 100% -ot is. Ez azt jelenti, hogy energiafüggetlenek vagyunk. Ez a DP System megoldás megvalósításának közvetlen eredménye,”
mondja Kazimierz Stachyra, a słupski szennyvíztisztító telep vezetője.

A Słupskban bevezetett MACS megoldást a levegőztetés, a belső és külső recirkuláció szabályozására, valamint a kulcsfontosságú működtetők, például fúvók és keverők működésének szabályozására használják. Koaguláns adagoló modult is bevezettek. A vezérlőrendszer hatékony működésének biztosításában alapvető szerepet játszik a berendezés átfogó műszerepe.

„Az alkalmazott vezérlés hatékonysága a tisztítóberendezések folyamatainak mélyreható technológiai ismereteinek, az automatizálási elvek szakértelmének, valamint a matematikai modelleken alapuló mérnöki és prediktív vezérlésnek kombinálásából származik.”
mondja Kazimierz Stachyra.

A MACS rendszert a levegőztetés, a belső és külső recirkuláció szabályozására, valamint a hajtóművek, például fúvók és keverők működésének szabályozására használják.

A MACS Siemens technológiával készült, amely ötvözi a hagyományos PLC vezérlőt egy ipari számítógéppel.

A megoldást Siemens technológiával tervezték, amely integrálja a hagyományos PLC vezérlőt egy ipari számítógéppel. A SIMATIC Box PCa kommunikációs modulokkal együtt a vezérléshez használták. A Siemens ipari PC-ket nagy teljesítmény, széles üzemi hőmérsékleti tartomány és rezgésekkel szembeni ellenállás jellemzi, miközben minimális helyet foglalnak el a vezérlőszekrényben. Úgy tervezték őket, hogy megbízhatóan működjenek zord környezeti körülmények között is.

„A Siemens megoldást azért választottuk, mert ez egy sokoldalú platform, amely egyesíti a programozható logikai vezérlő képességeit egy nagy teljesítményű ipari számítógéppel. Ez a számítási teljesítmény elengedhetetlen a MATLAB környezetbe való integrációhoz, amelyet matematikai modellek megvalósítására, a tisztító telep biokémiai folyamatainak reprodukálására és a folyamatvezérlés számításainak elvégzésére használnak. Ez a megközelítés lehetővé tette számunkra, hogy az optimalizálási réteget egyszerűen integráljuk a vezérlőrendszerrel ugyanabban a környezetben,”
elmagyarázza Robert Wlaźlak, a DP System ipari automatizálási osztályának igazgatója.

A rendszer vezérléséhez egy kompakt ipari számítógépet, a SIMATIC Box PC PC-t a kommunikációs modulokkal együtt használják.

Előnyök az energiahatékonyság területén

A MACS rendszer bevezetésének jelentős előnye, hogy széles körben érthető módon növeli az azt használó létesítmény által végrehajtott folyamatok biztonságát.

A korszerűsítést úgy hajtották végre, hogy a tisztító telep meglévő infrastruktúrájának cseréje nem volt szükséges. A meglévő mérőberendezéseket, kiegészítve további hiányzó mérésekkel, integrálták, és biztosítják a MACS rendszer működéséhez szükséges adatokat. A DP System megoldás által generált vezérlőjeleket viszont az üzem meglévő vezérlőinfrastruktúrája hajtja végre, amely csak kisebb fejlesztéseken ment keresztül. Ennek eredményeként a viszonylag alacsony beruházások ellenére jelentős pénzügyi és környezeti előnyök értek el.

„A tisztító telep korszerűsítése során egy további, magasabb szintű vezérlőréteget vezettünk be, amely az üzemeltető támogatásaként szolgál. A bevezetés után a MACS rendszer kiválasztja és automatikusan beállítja az optimális folyamatvezérlési paramétereket,”
mondja Tomasz Képjanek, a DP System projektmenedzsere.

A megoldás bevezetése körülbelül hat hónapig tartott, míg kalibrálása körülbelül egy évig tartott, lehetővé téve a létesítmény működési sajátosságainak figyelembevételét a különböző évszakokban.

A legfontosabb előnyök közé tartozik a csökkent villamosenergia-fogyasztásból eredő energiamegtakarítás. A biológiai szakaszban a folyamatok stabilitásának növelésére is sikerült. Ezenkívül az alkalmazottak, akiket a rendszerből származó információk támogatnak, most kevésbé vesznek részt a folyamatfelügyeletben, lehetővé téve idejük hatékonyabb felhasználását.

Kazimierz Stachyra, Manager, Szennyvíztisztító telep Słupskban

A korszerűsítéssel elért másik előny a létesítmény által végrehajtott folyamatok biztonságának széles körben értelmezett növekedése. A megvalósított megoldás lehetővé teszi a hozzávetőlegesen 20 000 PE (Population Equivalent) további teherbírási tartalék elérését. Ez lehetővé teszi a tisztító berendezés számára, hogy nagyobb mennyiségű szennyvizet fogadjon el feldolgozásra a már meglévő reaktorral.

„A korszerűsítés előtt a tisztító telep 250 ezer lakos szennyvízbefogadására képes volt, míg ma 350 ezren szolgál ki. Ezt az eredményt többek között az optimalizálási megoldások megvalósításának köszönhetően sikerült elérni. Elégedettek vagyunk a DP System bevonásával a megvalósítási munkákban, valamint a rendszer teljesítményével. Az alkalmazott megoldások hatékonynak bizonyulnak mind a tisztítóberendezésünk mindennapi működésében, mind kritikus helyzetekben, például a csapadékot követő heves szennyvízbeáramlás időszakában.”
összefoglalja Kazimierz Stachyrát a słupski tisztítóüzemből.

Szennyvíztisztító telep korszerűsítése Iławában

Egy másik létesítmény, ahol a Siemens eszközökön futó MACS megoldást valósítottak meg, az iławai szennyvíztisztító telep. Ebben az esetben a megvalósítás elsődleges oka a tisztított szennyvíz nitrogéntartalmának csökkentésének szükségessége volt. A DP System megnyerte a pályázatot, és megkezdte a visszavezetés szabályozásáért felelős vezérlőelemek, csillapítók és hajtóelemek cseréjét.

A korszerűsítés magában foglalta a PIX koagulánsok belső és külső recirkulációját, levegőztetési szabályozását és adagolását. A befejezett munka részeként a külső recirkulációs rendszert a bejövő szennyvízmennyiségen alapuló vezérlő algoritmusról a másodlagos tisztítószerekben lévő iszapszinteken alapuló algoritmusra változtatták. Ezen változások eredményeként automatizálni kellett a másodlagos tisztítószerekbe telepített kimeneti kapukat. A korszerűsítés a tisztított szennyvíz minőségének javulásához vezetett. Az energiamegtakarítás szempontjából is észrevehető előnyöket értek el.

„Az energiafogyasztás nagyban függ a tisztítóműbe áramló szennyvíz típusától. A nehezebb terheléshez több levegőt és jelentős mennyiségű villamos energiát fogyasztó fúvók használata szükséges. A különböző koncentrációjú beérkező szennyvíz változékonysága miatt nehéz pontosan felmérni, mennyire energiahatékony az új megoldás. A stabil működés során azonban jelentős javulást figyelünk meg a teljesítményben és a telepítés megnövekedett energiahatékonyságát. A csillapítók szabályozása és a fúvók megfelelő pillanatokban történő kikapcsolása lehetővé teszi az áramfogyasztás egyértelmű csökkentését. Az optimalizálásnak köszönhetően most már teljes mértékben kihasználhatjuk a szennyvíztisztító rendszer képességeit,”
mondja Krzysztof Draszewski, az ilawai szennyvíztisztító telep vezetőhelyettese.

A MACS rendszert több éve használják Iławában. A słupski tisztítóüzemhez hasonlóan a kivitelezése körülbelül hat hónapig tartott, majd körülbelül egy évig alkalmazkodott a létesítmény sajátos körülményeihez. Egy éves ciklus során elemeztük az összes szezonális jelenséget, amely a létesítményben előfordulhat. Jelenleg az alkalmazott megoldás mintegy 12% -os energiacsökkentést tesz lehetővé. A folyamathatékonyság növelése azt is jelenti, hogy az egész üzem nagyobb áteresztőképessége és nagyobb mennyiségű szennyvíz feldolgozása is képes.

„A szabványos PID-vezérlők helyett megoldásokat valósítottunk meg egy folyamatmodellt és az eredményeket eredő előrejelzéseket, azaz MPC (Model Predictive Control) algoritmusokat használva. Az ilyen típusú vezérlők működési pontjai sokkal közelebb vannak a technológiai korlátokhoz, ami automatikusan magasabb folyamathatékonyságot és jobb üzemi áteresztőképességet eredményez.” magyarázza Robert Wlaźlak, a DP System munkatársa.

„A Siemens által kínált megoldások nemcsak a modellalapú vezérlés széles körű képességeit veszik figyelembe, hanem támogatják a mesterséges intelligenciát is: a gépi tanulást (Deep Learning). Mindez nagyobb vezérlési hatékonyságot tesz lehetővé, és további lehetőségeket kínál az energiafogyasztás optimalizálására és a jobb folyamatteljesítmény elérésére.” hangsúlyozza Michał Urliński a Siemens Polska munkatársa.

A megvalósított megoldás megkönnyíti a kémiai folyamatokban kapott biogáz mennyiségének maximalizálását. A MACS rendszer másik előnye az egyes feladatokhoz szükséges idő csökkentése.

„Bizonyos szempontból sikerült csökkenteni a munkaerő-bevitelt. Ez vonatkozik többek között a másodlagos tisztítószerekben történő vezérlésre, amelyek a korszerűsítés előtt kézi beállítást igényeltek az iszapszint szabályozásához, míg most ez a folyamat teljesen automatizált.
megjegyzi Krzysztof Draszewski.

„A MACS rendszer lehetővé teszi a mérőeszközök folyamatos felügyeletét. Többek között lehetővé teszi az aktuális mérések megbízhatóságának értékelését. Ha a rendszer megállapítja, hogy egy adott mérés megbízhatatlan, tájékoztatja a felhasználót, és átáll egy alternatív mérésre, vagy a vezérlő algoritmust a korábbi értékekre alapozza,”
hozzáadja Tomasz Személyjanek a DP System-től.