シーメンスの技術に基づいてDP Systemが開発したMACSシステムは、省エネを可能にし、廃水処理プラントの負荷容量を増やします。スウプスクとイワワで実装されたソリューションにより、より多くの住民にサービスを提供することができます。
DP Systemは、技術ソリューションとソフトウェアソリューションを組み合わせたツールを開発しました。MACS（モデルベースの高度制御システム）の目標は、廃水処理プラントの技術的効率を最大化し、エネルギー消費量を削減することです。このシステムは、自動化システムを備えたほぼすべての処理プラントで稼働できます。このソリューションは、とりわけイワバとスウプスクの廃水処理プラントですでに実装されています。
2018年に開発されたMACSは、有機化合物と栄養素の統合除去システムに基づいて、生物廃水処理プラントの運営をサポートするように設計されています。ソリューションの個々のコンポーネントは、技術プロセスのパフォーマンスを最適化します。重要な機能の1つは、生物反応器の制御を担当するモジュールによって実行されます。「
窒素とリンの含有量に関する標準化されたパラメータを満たす浄化レベルを達成するには、廃水処理プラントが必要です。MACSシステムは廃水処理プロセスを最適化し、環境排出要件を満たしやすくします。適用されたアルゴリズムにより、これらの目標は最小限のエネルギー消費で達成されます。このシステムはまた、外部再循環を最適化することで効率的なバイオマス管理をサポートし、活性汚泥が処理済み廃水に持ち越されるのを防ぎます。」
と、DP System産業オートメーション部門のディレクター、Robert Wlałak氏は言います。
MACSシステムにより、エネルギー消費量を削減しながら、廃水処理プラントの技術効率を最大化できます。
MACSシステムは、とりわけスウプスクの廃水処理プラントで実装されています。
実装された技術により、処理プロセスで使用される化学物質の量を最適化することが可能になります。DP Systemが開発したソリューションでは、処理プラントで行われる生化学プロセスの省エネも可能になります。「
廃水処理プラントの生化学反応は、生物が関与するため、制御が最も難しいものの1つです。これらのプロセスには、電気エネルギーの需要も高いです。」
と、DP System産業オートメーション部門のコマーシャルディレクターであるAdam Paczesny氏は言います。
MACSソリューションで使用される処理プラントのアルゴリズムと数学モデルにより、処理プロセスを実行する生物の環境を、事前に予測的に管理できます。これにより、特にエネルギー消費の面で、効率が向上します。このアプローチにより、既存の処理プラントのインフラを最大限に活用することもできます。
「近代化作業の出発点は、エネルギー消費の削減につながる排出基準を満たす必要性でした。変更を実施した結果、効率は25〜35％向上しました。その約14％は制御の改善によるもので、残りは送風機を最新のよりエネルギー効率の高いユニットに交換したことによるものです。通常の運転では、発電所の自給率は80％ですが、時には100％に達することもあります。つまり、私たちはエネルギーに依存していないということです。これは、DP Systemソリューションを実装した直接の結果です。」
スウプスクの廃水処理プラントのマネージャー、カジミエシュ・スタチラは言います。
スウプスクで実装されているMACSソリューションは、通気量、内部および外部の再循環を制御し、送風機やミキサーなどの主要なアクチュエータの動作を調整するために使用されます。凝固剤投与モジュールも実装されました。制御システムの効率的な運用を確保する上で重要な役割を果たすのは、設備の包括的な計装です。
「適用制御の有効性は、処理プラントのプロセスに関する深い技術的知識、自動化原理の専門知識、および数学モデルと予測制御に基づくエンジニアリングを組み合わせることから得られます。」
とカジミエシュ・スタチラは言います。
MACSシステムは、通気、内部および外部の再循環を制御し、送風機やミキサーなどのアクチュエータの動作を調整するために使用されます。
MACSは、従来のPLCコントローラーと産業用コンピューターを組み合わせたシーメンスのテクノロジーを使用して設計されました。
このソリューションは、従来のPLCコントローラーと産業用コンピューターを統合するシーメンスのテクノロジーを使用して設計されました。A SIMATIC Box PCは、通信モジュールとともに、制御に使用されました。シーメンスの産業用PCは、制御キャビネット内のスペースを最小限に抑えながら、高性能、広い動作温度範囲、耐振動性を特徴としています。また、厳しい環境条件でも確実に動作するように設計されています。
「シーメンスのソリューションを選んだのは、プログラマブル・ロジック・コントローラーの機能と高性能の産業用コンピューターを組み合わせた汎用性の高いプラットフォームだからです。この計算能力は、数学モデルの実装、処理プラントの生化学プロセスの再現、プロセス制御の計算に使用されるMATLAB環境との統合に不可欠です。このアプローチにより、最適化レイヤーを同じ環境内の制御システムに簡単に統合できました。」
と、DP System産業オートメーション部門のディレクター、Robert Wlałak氏は説明します。
システムの制御には、コンパクトな産業用コンピューター、SIMATIC Box PCと通信モジュールが使用されます。
MACSシステムを実装する大きな利点は、それを使用する施設で実行されるプロセスの安全性が向上することが広く理解されていることです。
近代化は、処理プラントの既存のインフラを交換する必要がないように行われました。既存の測定装置が統合され、不足している測定値が追加され、MACSシステムの運用に必要なデータが提供されました。次に、DPシステムソリューションによって生成された制御信号は、わずかなアップグレードしか行われていないプラントの既存の制御インフラストラクチャによって実行されます。その結果、比較的少ない投資にもかかわらず、経済的にも環境的にも大きなメリットが得られました。
「処理プラントの近代化の過程で、オペレーターのサポートとして、より高いレベルの制御レイヤーを追加導入しました。実装後、MACSシステムは最適なプロセス制御パラメータを選択して自動的に設定します。」
と、DPシステムのプロジェクトマネージャー、トマシュ・フルゼシヤネクは言います。
ソリューションの実装には約6か月かかり、キャリブレーションには約1年かかりました。これにより、さまざまな季節にわたる施設の運用上の詳細を検討することができました。
最も重要な利点には、電力消費量の削減による省エネが含まれます。また、生物学部門のプロセスの安定性を高めることも可能になりました。さらに、システムからの情報に支えられた従業員は、プロセスの監督への関与が少なくなり、時間をより有効に活用できるようになりました。
近代化によって達成されたもう1つの利点は、施設で実行されるプロセスの安全性の向上が広く理解されていることです。実装されたソリューションにより、約20,000 PE（人口換算）の追加積載量リザーブを実現できます。これにより、処理プラントは、既存の原子炉を使用して処理するために、より多くの廃水を受け入れることができます。
「近代化以前は、処理プラントは25万人の住民から廃水を受け取ることができましたが、現在は35万人に供給されています。この結果は、とりわけ、最適化ソリューションの実装のおかげで達成されました。私たちは、システムのパフォーマンスだけでなく、導入作業へのDP Systemの関与にも満足しています。適用されたソリューションは、処理プラントの日常業務と、降雨後に廃水が大量に流入するなどの危機的な状況の両方で効果的であることが証明されています。」
は、スウプスクの処理プラントのカジミエシュ・スタチラについてまとめています。
シーメンスのデバイス上で動作するMACSソリューションが実装されたもう1つの施設は、イワバの廃水処理プラントです。この場合、実施の主な理由は、処理された廃水中の窒素含有量を減らす必要があることでした。DP Systemは入札に勝ち、再循環制御を担当する制御要素、ダンパー、ドライブコンポーネントの交換を含む作業を開始しました。
近代化には、PIX凝固剤の内部および外部再循環、通気制御、および投与が含まれていました。完了した作業の一環として、外部再循環システムは、流入する廃水量に基づく制御アルゴリズムから、二次浄化装置の汚泥レベルに基づく制御アルゴリズムに変更されました。これらの変更の結果、二次浄化装置に設置されている出口ゲートを自動化する必要がありました。近代化により、処理された廃水の水質が向上しました。省エネの面でも顕著なメリットが達成されました。
「エネルギー消費量は、処理プラントに流入する廃水の種類によって大きく異なります。負荷が難しいほど、より多くの空気が必要になり、大量の電力を消費する送風機を使用する必要があります。流入する廃水は濃度によってばらつきがあるため、新しいソリューションのエネルギー効率を正確に評価することは困難です。しかし、安定した運用中には、設備の性能とエネルギー効率の大幅な向上が見られます。ダンパーを制御し、適切なタイミングで送風機をオフにすることで、電力消費量を明らかに削減することができます。最適化のおかげで、廃水処理システムの機能を最大限に活用できるようになりました。」
と、イワバの廃水処理プラントの副所長、クシシュトフ・ドラシェフスキーは言います。
MACSシステムは、イワワで数年前から使用されています。スウプスクの処理プラントと同様に、その実装には約6か月かかり、その後、施設の特定の条件に合わせて約1年かかりました。年間サイクルにわたって、施設で発生する可能性のあるすべての季節現象が分析されました。現在、適用されたソリューションにより、約 12% のエネルギー削減が可能になります。プロセス効率の向上は、プラント全体のスループットが向上し、大量の廃水を処理できるようになることも意味します。
「標準のPIDコントローラーの代わりに、プロセスモデルとその結果予測を使用するソリューション、つまりMPC（モデル予測制御）アルゴリズムを実装しました。このタイプのコントローラーの動作点は技術的な限界に非常に近く、自動的にプロセス効率の向上とプラントスループットの向上につながります。」 DPシステムのロバート・ウォーラックは説明します。
「シーメンスが提供するソリューションは、モデルベースの制御の幅広い機能を考慮に入れるだけでなく、人工知能、つまり機械学習（ディープラーニング）もサポートしています。これらすべてが制御効率を高め、エネルギー消費を最適化してプロセス性能を向上させる機会を増やします。」 シーメンス・ポルスカのミハウ・ウルリンスキーを強調しています。
実装されたソリューションは、化学プロセスで得られるバイオガスの量を最大化するのに役立ちます。MACSシステムのもう一つの利点は、特定のタスクに必要な時間を短縮できることです。
「ある面では、労働投入量を減らすことができました。これは、とりわけ二次浄化装置の制御に当てはまります。近代化以前は、汚泥レベルを調整するためにゲートを手動で調整する必要がありましたが、現在ではこのプロセスは完全に自動化されています。」
メモクシシュトフ・ドラシェフスキー。
「MACSシステムにより、測定装置を継続的に監視できます。これにより、とりわけ、現在の測定の信頼性を評価することができます。システムが特定の測定値が信頼できないと判断した場合、ユーザーに通知して別の測定値に切り替えるか、過去の値に基づいて制御アルゴリズムを設定します。」
DPシステムのトマシュ・クリゼシヤネクは付け加えます。
