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CASE STUDY Purificazione efficiente attraverso la modernizzazione dell'automazione
CASO STUDIO

Purificazione efficiente attraverso la modernizzazione dell'automazione

La modernizzazione dell'impianto di trattamento delle acque reflue di Suwałki, effettuata da ATER Logic, ha consentito l'implementazione di un sistema di controllo unificato per le singole installazioni.

L'uso di apparecchiature e software Siemens nel processo ha contribuito a semplificare il funzionamento degli impianti, ha consentito la diagnostica e il monitoraggio dei processi e ha aumentato la sicurezza operativa dell'impianto.

La società idrica e fognaria di Suwałki (PWiK Suwałki Sp. z o.o.) è responsabile della fornitura di acqua ai residenti della città, nonché della raccolta e del trattamento delle acque reflue. L'impianto riceve acque reflue da tutta la città, dai villaggi vicini e dalle aree non fognarie. Fino al 2024, l'impianto di trattamento funzionava utilizzando un sistema di controllo e visualizzazione dei processi disperso e obsoleto. Come risultato delle necessarie ma non coordinate espansioni dell'automazione, diverse parti della struttura sono state gestite utilizzando vari controller, piattaforme software e sistemi di supervisione. Questa situazione ha reso difficile il funzionamento quotidiano e ha ostacolato un'efficace individuazione dei guasti.

«Il problema più grave dell'impianto di trattamento era la diversità e l'inefficienza dei sistemi di controllo in uso. Ogni installazione aveva un'interfaccia utente diversa, non esisteva un metodo unificato di presentazione dei dati e l'archiviazione dei dati di processo era incompleta. Inoltre, la mancanza di supporto tecnologico e l'incapacità di introdurre modifiche hanno ostacolato notevolmente l'operatività quotidiana»,
- ricorda Łukasz Kurzyna, CEO di PWiK Suwałki Sp. z o.o.


Un altro aspetto chiave per gli operatori degli impianti di trattamento delle acque reflue è stato il processo di aerazione nelle camere biologiche, che svolge un ruolo cruciale nel corretto svolgimento della nitrificazione e della denitrificazione. Un controllo improprio delle soffianti, dei diffusori e delle valvole pneumatiche ha comportato un consumo di energia non ottimale, ha causato fluttuazioni dei livelli di ossigeno e ha portato all'instabilità dei parametri delle acque reflue trattate. Ciò ha aumentato il rischio di non rispettare gli standard ambientali applicabili.

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Uno dei compiti chiave del processo di modernizzazione è stato aumentare l'efficienza del controllo del funzionamento delle soffianti, dei diffusori e delle valvole d'aria.

Obiettivo di implementazione: un sistema di automazione unificato

Il motivo principale per avviare la modernizzazione dell'impianto di trattamento è stata la necessità di unificare il sistema di controllo sostituendo le configurazioni disperse esistenti con un unico sistema coesivo. L'implementazione aveva anche lo scopo di migliorare il processo di aerazione e aumentare l'affidabilità e la sicurezza operativa dell'impianto.
Il progetto, durato un totale di dieci mesi, è iniziato con la firma del contratto nel luglio 2024. La prima fase comprendeva la progettazione, la prefabbricazione e la consegna del sistema di supervisione.

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Dopo la modernizzazione, il corretto funzionamento delle soffianti e delle valvole garantisce la stabilizzazione dei parametri tecnologici nelle camere biologiche e una precisa ottimizzazione del consumo energetico.

Come parte del lavoro pianificato, è stata consegnata e messa in servizio una rete industriale e sono stati gradualmente forniti quadri di controllo e strumentazione specializzati (AkPIA) per dieci aree tecnologiche. Nelle fasi successive, l'intero sistema è stato commissionato e ottimizzato. Il progetto si è concluso con il training del personale nel maggio 2025.
Vale la pena sottolineare che tutti i lavori sono stati eseguiti mentre la struttura è rimasta pienamente operativa. Tutti i sistemi e i software sono stati implementati senza interrompere il processo tecnologico. «Le nuove soluzioni, basate su componenti Siemens, hanno contribuito ad aumentare l'affidabilità e la sicurezza operativa dell'impianto di trattamento.


«Il monitoraggio centralizzato in tempo reale di tutte le strutture da un'unica workstation ci aiuta a rilevare e risolvere i guasti e consente anche la supervisione remota. Lo sviluppo di nuovi algoritmi di controllo per tutti i sistemi dell'impianto ha prodotto risultati concreti e attesi. In particolare, il nuovo funzionamento di soffianti e valvole prevede, tra le altre cose, la stabilizzazione dei parametri tecnologici nelle camere biologiche e un'ottimizzazione precisa del consumo energetico»
spiega Andrzej Maziarz, direttore tecnico e dello sviluppo di PWiK Suwałki.

Miglioramenti della qualità nell'area di controllo

La modernizzazione del sistema di controllo dell'impianto di trattamento delle acque reflue di Suwałki si è basata su controller ridondanti della serie S7‑1500 (S7‑1517H‑3PN). La ridondanza dei dispositivi chiave ha aumentato significativamente l'affidabilità e la stabilità dell'intero sistema. Grazie all'uso di apparecchiature Siemens, i processi tecnologici sono ora controllati in modo coerente, con un rischio minimo di guasto. '


«Come parte della modernizzazione, gli specialisti di ATER Logic hanno effettuato una sostituzione completa e un'espansione dell'infrastruttura di controllo. Il sistema precedentemente distribuito, basato su più computer e soluzioni incoerenti, è stato sostituito da un'unica configurazione moderna e ridondante. Questa soluzione garantisce il funzionamento continuo del sistema anche in caso di guasto del controller, un livello più elevato di sicurezza del processo e un rischio significativamente ridotto di tempi di fermo non pianificati, il che si traduce in una maggiore stabilità ed efficienza dell'intera installazione. Tutte le strutture tecnologiche sono state collegate a un unico centro di supervisione. Di conseguenza, il funzionamento dell'impianto è diventato più semplice, il rischio di errore umano è stato ridotto e la diagnostica dei guasti e la risposta alle minacce sono molto più rapide»,
- valuta Sławomir Kalita, responsabile vendite di Siemens Poland.

Un'altra area importante dell'implementazione è stata la modifica della logica di controllo dell'aerazione.

«Prima della modernizzazione, il sistema era impreciso e instabile: i parametri tecnologici spesso si discostavano dai requisiti di processo e le soffianti e le valvole funzionavano in modo inefficiente, con conseguente elevato consumo di energia. Grazie all'implementazione di nuovi algoritmi di controllo, abbiamo stabilizzato i livelli di ossigeno, introdotto la regolazione dinamica delle ventole e abilitato il controllo automatico delle valvole di aerazione. Grazie al nostro lavoro, ora è possibile un controllo regolare e preciso del sistema di aerazione»
- sottolinea Tomasz Prusinowski, CEO di ATER Logic, l'integratore responsabile dell'implementazione.


La terza area coperta dalla modernizzazione riguardava il miglioramento della sicurezza operativa. I sistemi precedentemente incompatibili aumentavano il rischio di guasti, rendevano impossibili l'ottimizzazione e le modifiche necessarie e mancavano di un monitoraggio completo delle apparecchiature. L'implementazione ha portato a un sistema di allarme e diagnostica unificato, che consente la supervisione remota della maggior parte delle strutture. Di conseguenza, il software e i controller ora operano in un unico ambiente standardizzato. I tempi di fermo e i costi di riparazione sono stati ridotti, l'affidabilità delle apparecchiature è migliorata e la sicurezza operativa è stata notevolmente migliorata.

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Come parte del lavoro pianificato, è stata consegnata e messa in servizio una rete industriale e sono stati forniti progressivamente armadi di controllo specializzati.

Effetti della modernizzazione dell'algoritmo di controllo

Come parte della modernizzazione, i controller di vari produttori sono stati sostituiti con controller Siemens SIMATIC S7‑1500H ridondanti che gestiscono l'intera struttura. Inoltre, un è stata consegnata una workstation di ingegneria dotata del software TIA Portal e commissionato. Questa workstation consente il pieno funzionamento del controller principale, l'analisi delle prestazioni dell'algoritmo e la capacità di introdurre modifiche alla logica di controllo per l'intero sito.

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Il sistema precedentemente distribuito, basato su più computer e soluzioni incoerenti, è stato sostituito da un'unica configurazione moderna e ridondante basata sul controller SIMATIC S7‑1500.

«In precedenza, implementare modifiche agli algoritmi era difficile: non c'erano strumenti di progettazione come TIA Portal e ogni parte del sistema di controllo operava in un ambiente separato. La nuova architettura offre il pieno controllo, funzionalità di sviluppo e la capacità di mantenere un sistema di controllo coerente»,
- annota Tomasz Prusinowski.


Oltre alla sostituzione dell'algoritmo di controllo, anche l'intero livello di controllo è stato unificato. Grazie al software TIA Portal, sono state implementate logiche di controllo standardizzate per l'intera struttura. Ciò ha permesso di introdurre un sistema coerente. Tutte le unità tecnologiche ora condividono un'interfaccia unificata, allarmi, struttura di controllo e archiviazione dei dati. Di conseguenza, il lavoro dell'operatore è più efficiente, la risposta alle deviazioni è più rapida e la cronologia completa del processo consente un'analisi approfondita dell'ottimizzazione.

L'innovazione più importante nel sistema di controllo è stata l'implementazione di un controller a logica fuzzy. Analizza simultaneamente diversi parametri di processo, tra cui la concentrazione di ossigeno, il carico organico, il flusso delle acque reflue, la concentrazione dei fanghi, le condizioni dei fanghi attivi e il carico sulle camere biologiche. Sulla base di questi dati, determina la domanda ottimale di ossigeno. Il controller regola senza problemi le soffianti, le valvole d'aria e la distribuzione dell'aria tra le zone biologiche.

«A differenza del sistema precedente, il controller non reagisce in modo binario on/off, ma anticipa e si adatta alle modifiche del processo. Mantiene un livello di ossigeno stabile anche in condizioni che cambiano rapidamente»,
- sottolinea Tomasz Prusinowski.

Principali vantaggi della modernizzazione

Come parte della modernizzazione, tutte le apparecchiature responsabili della supervisione dei processi tecnologici sono state completamente sostituite.
Un elemento chiave della nuova infrastruttura è stata l'aggiunta di un armadio server che ospitava due controller Siemens S7‑1500H ridondanti insieme a un sistema informatico ad alta disponibilità.
Questa soluzione garantisce il funzionamento continuo del sistema di controllo: in caso di guasto di un controller, l'altro assume immediatamente le sue funzioni senza influire sui processi di controllo in corso.

L'unificazione dell'interfaccia utente in tutta la struttura, la centralizzazione dell'archiviazione dei dati di processo e l'implementazione di una workstation ingegneristica hanno migliorato significativamente l'affidabilità, la trasparenza e le capacità analitiche del sistema di controllo. Queste misure hanno anche semplificato il funzionamento e la manutenzione tecnica.

La sostituzione dell'hardware effettuata da ATER Logic mirava a garantire un'elevata affidabilità e un funzionamento ininterrotto del sistema. La modernizzazione si è basata in gran parte su soluzioni hardware e software Siemens. I controller PLC ridondanti riducono al minimo il rischio di inattività, mentre Gli alimentatori e i moduli UPS SITOP mantengono il sistema funzionante anche in caso di interruzione di corrente. Grazie a distributed Stazioni I/O ET200SP e la nuova rete di comunicazione, il sistema può essere facilmente ampliato e integrato con dispositivi aggiuntivi. Nel frattempo, i dispositivi di protezione implementati proteggono gli operatori e le apparecchiature da guasti e sbalzi di tensione, e la nuova infrastruttura di comunicazione e il sistema di reporting SQL Server Reporting Services consentono un funzionamento più rapido e una creazione efficiente di analisi e report di processo.

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L'implementazione di una workstation ingegneristica basata sul TIA Portal ha migliorato l'affidabilità del sistema di controllo e semplificato il funzionamento e la manutenzione tecnica.

Siemens ha svolto un ruolo chiave nella modernizzazione del sistema di controllo e comunicazione, fornendo sia supporto tecnico che fornitura di soluzioni di automazione. L'azienda è stata partner di progetto, fornendo consulenza sull'architettura del sistema e sulla selezione dei componenti ottimali.
Lukasz Kurzyna, CEO, PWiK a Suwałkach Sp. z o.o.
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Gli alimentatori e i moduli UPS SITOP mantengono il sistema funzionante anche in caso di interruzione di corrente.

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Grazie alle stazioni I/O ET200SP distribuite e alla nuova rete di comunicazione, il sistema può essere facilmente ampliato e integrato con dispositivi aggiuntivi.

Come risultato dell'implementazione, è stata garantita un'interfaccia utente uniforme in tutte le strutture, semplificando notevolmente il funzionamento, la diagnostica e il monitoraggio. Un elemento importante che ha aumentato l'usabilità è stato anche il miglioramento e l'automazione del processo di purificazione nella sezione biologica.
La modernizzazione degli algoritmi di controllo per le soffianti e le valvole ha permesso di stabilizzare i livelli di ossigeno nelle camere biologiche e ottimizzare il consumo di energia.

«L'aerazione rappresenta in genere il 50-60% dei costi operativi di un impianto di trattamento, motivo per cui il miglioramento di questi processi ha aumentato significativamente l'efficienza dell'impianto e ha consentito notevoli risparmi energetici per il suo funzionamento»,
- sottolinea Tomasz Prusinowski di ATER Logic

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Il lavoro svolto si è tradotto in una capacità ancora migliore di soddisfare le esigenze degli abitanti di Suwałki e delle aree circostanti.

La modernizzazione ha consentito il monitoraggio in tempo reale di tutte le strutture da un'unica workstation, ha accelerato il rilevamento e la risoluzione dei guasti e ha consentito la supervisione remota dell'installazione. Ha anche aperto nuove opportunità per PWiK Suwałki in termini di supervisione automatizzata, funzionamento autonomo e implementazione di strategie di controllo intelligenti.


«Un obiettivo importante dell'implementazione era anche preparare l'impianto di trattamento per futuri aggiornamenti. Grazie all'eccellente collaborazione tra cliente, integratore e fornitore di tecnologia, abbiamo creato le condizioni per un'ulteriore espansione dell'automazione in futuro. Abbiamo garantito una migliore integrazione con altri sistemi dell'impianto, come la gestione dei fanghi, l'impianto di biogas e le stazioni di ricezione»,
- spiega Sławomir Kalita di Siemens.

La modernizzazione ha portato la nostra struttura nell'era della gestione intelligente e autonoma delle risorse. Tutto ciò si tradurrà in un raggiungimento ancora migliore dei nostri obiettivi, una maggiore affidabilità del sistema, notevoli risparmi energetici e, soprattutto, la capacità di soddisfare ancora meglio le esigenze dei residenti di Suwałki e delle aree circostanti.
Andrzej Maziarz, PWiK Suwalki