ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ

Оптимизация управления очистными сооружениями

Система MACS, разработанная компанией DP System на основе технологий Siemens, позволяет экономить энергию и обеспечивает дополнительную грузоподъемность очистных сооружений. Решение, внедренное в Слупске и Илаве, позволяет обслуживать большее количество жителей.

Компания DP System разработала инструмент, сочетающий технологические и программные решения. Цель MACS (Model-Based Advanced Control System) — максимизировать технологическую эффективность очистных сооружений и снизить потребление энергии. Система может работать практически на любой очистной установке, оснащенной системами автоматизации. Решение уже внедрено, в частности, на очистных сооружениях в Илаве и Слупске.

Прогнозное управление на основе моделей

Разработанный с 2018 года, MACS предназначен для поддержки работы станций биологической очистки сточных вод на основе интегрированных систем удаления органических соединений и питательных веществ. Отдельные компоненты решения оптимизируют производительность технологических процессов. Одну из ключевых функций выполняет модуль, отвечающий за управление биологическими реакторами.«

Установка для очистки сточных вод необходима для достижения уровня очистки, соответствующего стандартизированным параметрам содержания азота и фосфора. Система MACS оптимизирует процесс очистки сточных вод, облегчая соблюдение требований по сбросам в окружающую среду. Применяемые алгоритмы обеспечивают достижение этих целей с минимальным потреблением энергии. Система также способствует эффективному управлению биомассой за счет оптимизации внешней рециркуляции и предотвращения переноса активного ила в очищенные сточные воды»
говорит Роберт Влазлак, директор департамента промышленной автоматизации компании DP System.

DP System - Optimization of wastewater treatment plant control - OpenGraph

Система MACS позволяет максимизировать технологическую эффективность очистных сооружений при одновременном снижении потребления энергии.

Система MACS была внедрена, в частности, на станции очистки сточных вод в Слупске.

Внедренные технологии позволяют оптимизировать количество химических веществ, используемых в процессах очистки. Решение, разработанное DP System, также позволяет экономить энергию в биохимических процессах, выполняемых очистными сооружениями.«

Биохимические реакции на очистных сооружениях являются одними из самых сложных для контроля, поскольку в них участвуют живые организмы. Эти процессы также требуют высокой потребности в электроэнергии»
говорит Адам Пачесны, коммерческий директор департамента промышленной автоматизации компании DP System.

Алгоритмы и математические модели очистной станции, используемые в решении MACS, позволяют прогнозирующе управлять средой обитания живых организмов, выполняющих процессы очистки, заблаговременно. Это приводит к повышению эффективности, особенно с точки зрения потребления энергии. Этот подход также позволяет оптимизировать использование существующей инфраструктуры очистных сооружений.

Модернизация станции очистки сточных вод

«Отправной точкой работ по модернизации стала необходимость соблюдения норм выбросов, что было связано с сокращением расходов на энергию. В результате внесенных изменений эффективность повысилась на 25-35%. Примерно 14% из них было связано с улучшением управления, а остальная часть — заменой воздуходувок современными, более энергоэффективными агрегатами. При нормальном режиме работы уровень самообеспеченности завода достигает 80%, а иногда даже достигает 100%. Это означает, что мы энергетически независимы. Это прямой результат внедрения решения DP System»,
говорит Казимир Стахира, менеджер станции очистки сточных вод в Слупске.

Решение MACS, внедренное в Слупске, используется для управления аэрацией, внутренней и внешней рециркуляцией, а также для регулирования работы ключевых приводов, таких как воздуходувки и смесители. Также реализован модуль дозирования коагулянта. Важную роль в обеспечении эффективной работы системы управления играет комплексное контрольно-измерительное оборудование установки.

«Эффективность применяемого управления является результатом сочетания глубоких технологических знаний о процессах очистных сооружений, опыта в области принципов автоматизации и проектирования на основе математических моделей и прогнозного управления»,
говорит Казимир Стахира.

Система MACS используется для управления аэрацией, внутренней и внешней рециркуляцией, а также для регулирования работы приводов, таких как воздуходувки и смесители.

MACS был разработан с использованием технологии Siemens, которая сочетает традиционный контроллер PLC с промышленным компьютером.

Решение было разработано с использованием технологии Siemens, которая объединяет традиционный контроллер PLC с промышленным компьютером. A SIMATIC Box PC, наряду с коммуникационными модулями, использовались для управления. Промышленные ПК Siemens отличаются высокой производительностью, широким диапазоном рабочих температур и устойчивостью к вибрациям, при этом занимают минимум места в шкафу управления. Они также предназначены для надежной работы в суровых условиях окружающей среды.

«Мы выбрали решение Siemens, потому что это универсальная платформа, сочетающая возможности программируемого логического контроллера с высокопроизводительным промышленным компьютером. Эта вычислительная мощность необходима для интеграции со средой MATLAB, которая используется для реализации математических моделей, воспроизведения биохимических процессов очистной станции и выполнения расчетов для управления технологическим процессом. Такой подход позволил нам легко интегрировать уровень оптимизации с системой управления в той же среде»,
объясняет Роберт Влазлак, директор департамента промышленной автоматизации компании DP System.

Для управления системой используется компактный промышленный компьютер SIMATIC Box PC вместе с коммуникационными модулями.

Преимущества в области энергоэффективности

Существенным преимуществом внедрения системы MACS является общепризнанное повышение безопасности процессов, выполняемых предприятием, на котором она используется.

Модернизация была проведена таким образом, что в замене существующей инфраструктуры очистной станции не было необходимости. Существующие измерительные устройства, дополненные дополнительными недостающими измерениями, были интегрированы и предоставляют данные, необходимые для работы системы MACS. В свою очередь, управляющие сигналы, генерируемые решением DP System, реализуются существующей инфраструктурой управления завода, которая претерпела лишь незначительные обновления. В результате, несмотря на относительно небольшой объем инвестиций, были достигнуты значительные финансовые и экологические выгоды.

«В ходе модернизации очистной станции мы внедрили дополнительный уровень управления более высокого уровня, служащий поддержкой для оператора. После внедрения система MACS выбирает и автоматически устанавливает оптимальные параметры управления технологическим процессом»,
говорит Томаш Хшесциянек, руководитель проекта в DP System.

Внедрение решения заняло около шести месяцев, а его калибровка — около года, что позволило учесть эксплуатационные особенности объекта в разные сезоны.

К наиболее важным преимуществам относится экономия энергии в результате снижения потребления электроэнергии. Также удалось повысить стабильность процессов в биологическом отделе. Кроме того, сотрудники, получающие информацию из системы, теперь менее вовлечены в надзор за процессами, что позволяет более эффективно использовать свое время.

Казимир Стахира, Менеджер, станция очистки сточных вод в Слупске

Еще одним преимуществом модернизации является общепризнанное повышение безопасности процессов, выполняемых предприятием. Внедренное решение позволяет достичь дополнительного резерва грузоподъемности в размере около 20 000 ПЭ (эквивалент численности населения). Это позволяет очистным сооружениям принимать больший объем сточных вод для переработки с использованием уже существующего реактора.

«До модернизации очистная станция могла принимать сточные воды от 250 000 жителей, а сейчас она обслуживает 350 000 человек. Такого результата удалось достичь, в том числе, благодаря внедрению оптимизационных решений. Мы удовлетворены участием DP System в работах по внедрению, а также производительностью системы. Применяемые решения доказали свою эффективность как в повседневной работе нашей очистной станции, так и в критических ситуациях, таких как периоды интенсивного притока сточных вод после дождей»
резюмирует Казимир Стахира с очистного сооружения в Слупске.

Модернизация станции очистки сточных вод в Илаве

Еще один объект, на котором было внедрено решение MACS, работающее на устройствах Siemens, — станция очистки сточных вод в Илаве. В данном случае основной причиной внедрения стала необходимость снижения содержания азота в очищенных сточных водах. Компания DP System выиграла тендер и начала работы по замене элементов управления, амортизаторов и компонентов привода, отвечающих за управление рециркуляцией.

Модернизация включала внутреннюю и внешнюю рециркуляцию, контроль аэрации и дозирование коагулянтов PIX. В рамках выполненных работ внешняя система рециркуляции была заменена алгоритмом управления, основанным на объеме поступающих сточных вод, на алгоритм, основанный на уровне осадка во вторичных отстойниках. В результате этих изменений возникла необходимость автоматизировать выпускные затворы, установленные во вторичных осветлителях. Модернизация привела к повышению качества очищенных сточных вод. Также были достигнуты заметные преимущества с точки зрения экономии энергии.

«Потребление энергии во многом зависит от типа сточных вод, поступающих на очистную станцию. Более сложная нагрузка требует большего количества воздуха и использования воздуходувок, потребляющих значительное количество электроэнергии. Из-за изменчивости поступающих сточных вод с разной концентрацией трудно точно оценить энергоэффективность нового решения. Однако при стабильной работе мы наблюдаем значительное улучшение производительности и повышение энергоэффективности установки. Управление демпферами и выключение воздуходувок в нужные моменты позволяет значительно снизить потребление электроэнергии. Благодаря оптимизации теперь мы можем в полной мере использовать возможности системы очистки сточных вод»,
говорит Кшиштоф Драшевский, заместитель начальника станции очистки сточных вод в Илаве.

Система MACS используется в Илаве уже несколько лет. Как и в случае с очистной станцией в Слупске, ее внедрение заняло около шести месяцев, после чего последовал примерно год адаптации к конкретным условиям объекта. В течение годового цикла были проанализированы все сезонные явления, которые могли произойти на объекте. В настоящее время применяемое решение позволяет снизить потребление энергии примерно на 12%. Повышенная эффективность процесса также означает более высокую производительность всей установки и возможность перерабатывать большие объемы сточных вод.

«Вместо стандартных ПИД-регуляторов мы реализовали решения с использованием модели процесса и полученных прогнозов, то есть алгоритмов MPC (Model Predictive Control). Рабочие точки этого типа контроллеров намного ближе к технологическим ограничениям, что автоматически приводит к повышению эффективности процесса и производительности установки», объясняет Роберт Влазлак из DP System.

«Решения Siemens не только учитывают широкие возможности управления на основе моделей, но и обеспечивают поддержку искусственного интеллекта: машинного обучения (Deep Learning). Все это обеспечивает более высокую эффективность управления и предоставляет дополнительные возможности для оптимизации потребления энергии и повышения производительности процесса», подчеркивает Михал Урлински из Siemens Polska.

Внедренное решение позволяет максимизировать количество биогаза, получаемого в химических процессах. Еще одним преимуществом системы MACS является сокращение времени, необходимого для выполнения определенных задач.

«В некоторых аспектах удалось сократить трудозатраты. Это относится, в частности, к управлению во вторичных отстойниках, где до модернизации требовалась ручная регулировка затворов для регулирования уровня осадка, а теперь этот процесс полностью автоматизирован»,
отмечает Кшиштоф Драшевский.

«Система MACS обеспечивает непрерывный мониторинг измерительных устройств. Это позволяет, среди прочего, оценивать надежность текущих измерений. Если система определяет, что данное измерение ненадежно, она информирует пользователя и переключается на альтернативное измерение или основывает алгоритм управления на исторических значениях»,
добавляет Томаш Хшесчанек из DP System.