ПРИКЛАД ЗАСТОСУВАННЯ

Оптимізація контролю очисних споруд

Система MACS, розроблена компанією DP System на основі технологій Siemens, забезпечує економію енергії та забезпечує додаткову вантажопідйомність очисних споруд. Рішення, реалізоване у Слупську та Ілаві, дозволяє обслуговувати більшу кількість жителів.

Компанія DP System розробила інструмент, який поєднує технологічні та програмні рішення. Метою MACS (Model-based Advanced Control System) є максимізація технологічної ефективності очисних споруд та зменшення енергоспоживання. Система може працювати практично на будь-якій очисній установці, обладнаній системами автоматизації. Рішення вже впроваджено, серед іншого, на очисних спорудах в Ілаві та Слупську.

Прогнозний контроль на основі моделі

Розроблений з 2018 року, MACS призначений для підтримки роботи біологічних очисних споруд на основі інтегрованих систем видалення органічних сполук і поживних речовин. Окремі компоненти рішення оптимізують продуктивність технологічних процесів. Одну з ключових функцій виконує модуль, відповідальний за управління біологічними реакторами.«

Очисна установка необхідна для досягнення рівня очищення, який відповідає стандартизованим параметрам вмісту азоту та фосфору. Система MACS оптимізує процес очищення стічних вод, полегшуючи задоволення вимог до викидів навколишнього середовища. Застосовувані алгоритми забезпечують досягнення цих цілей з мінімальним споживанням енергії. Система також підтримує ефективне управління біомасою шляхом оптимізації зовнішньої рециркуляції та запобігає перенесенню активованого мулу в очищені стічні води».
каже Роберт Влазьлак, директор департаменту промислової автоматизації DP System.

DP System - Optimization of wastewater treatment plant control - OpenGraph

Система MACS дозволяє максимізувати технологічну ефективність на очисних спорудах при одночасному зниженні енергоспоживання.

Система MACS впроваджена, серед іншого, на очисній споруді в Слупську.

Впроваджені технології дозволяють оптимізувати кількість хімічних речовин, що використовуються в процесах очищення. Рішення, розроблене компанією DP System, також дозволяє заощадити енергію в біохімічних процесах, що проводяться очисною установкою.«

Біохімічні реакції на очисних спорудах є одними з найскладніших для контролю, оскільки вони включають живі організми. Ці процеси також мають високий попит на електричну енергію».
каже Адам Пачесний, комерційний директор департаменту промислової автоматизації DP System.

Алгоритми та математичні моделі очисної споруди, що використовуються в рішенні MACS, дозволяють прогнозувати управління - діючи заздалегідь - середовищем для живих організмів, які виконують процеси очищення. Це призводить до підвищення ефективності, особливо з точки зору споживання енергії. Такий підхід також дає можливість оптимізувати використання існуючої інфраструктури очисних споруд.

Модернізація очисної споруди

«Відправною точкою для модернізаційних робіт стала необхідність відповідності нормам викидів, що було пов'язано зі зменшенням витрат на енергоресурси. В результаті впроваджених змін ефективність підвищилася на 25-35%. Близько 14% цього було пов'язано з поліпшеним управлінням, а решта частина стала результатом заміни повітродувки на сучасні, більш енергоефективні агрегати. При нормальній експлуатації завод досягає 80% рівня самодостатності, але часом це навіть досягає 100%. Це означає, що ми енергонезалежні. Це прямий результат впровадження рішення DP System»,
каже Казімєж Стачира, менеджер очисної споруди у Слупську.

Рішення MACS, реалізоване у Слупську, використовується для контролю аерації, внутрішньої та зовнішньої рециркуляції, а також для регулювання роботи ключових приводів, таких як повітродувки та змішувачі. Також реалізовано модуль дозування коагулянту. Важливу роль в забезпеченні ефективної роботи системи управління відіграє комплексне приладобудування установки.

«Ефективність прикладного контролю є результатом поєднання глибоких технологічних знань процесів очисних споруд, досвіду в принципах автоматизації та інженерії на основі математичних моделей та прогнозного управління»,
каже Казімєж Стачира.

Система MACS використовується для контролю аерації, внутрішньої та зовнішньої рециркуляції, а також для регулювання роботи приводів, таких як повітродувки та змішувачі.

MACS був розроблений за технологією Siemens, яка поєднує традиційний контролер PLC з промисловим комп'ютером.

Рішення було розроблено за технологією Siemens, яка інтегрує традиційний контролер ПЛК з промисловим комп'ютером. А SIMATIC Box PC, поряд з модулями зв'язку, використовувався для управління. Промислові ПК Siemens характеризуються високою продуктивністю, широким діапазоном робочих температур і стійкістю до вібрацій, при цьому займають мінімальний простір в шафі управління. Вони також розроблені для надійної роботи в суворих умовах навколишнього середовища.

«Ми обрали рішення Siemens, оскільки це універсальна платформа, що поєднує можливості програмованого логічного контролера з високопродуктивним промисловим комп'ютером. Ця обчислювальна потужність є важливою для інтеграції з середовищем MATLAB, яке використовується для реалізації математичних моделей, відтворення біохімічних процесів очисної установки та виконання розрахунків для управління процесом. Такий підхід дозволив нам легко інтегрувати оптимізаційний шар з системою управління в одному середовищі»,
пояснює Роберт Влазьлак, директор департаменту промислової автоматизації DP System.

Компактний промисловий комп'ютер SIMATIC Box PC разом з модулями зв'язку використовується для управління системою.

Переваги в сфері енергоефективності

Значною перевагою впровадження системи MACS є загальнозрозуміле підвищення безпеки процесів, що здійснюються об'єктом, який її використовує.

Модернізація була проведена таким чином, що заміна існуючої інфраструктури очисної споруди не була необхідною. Існуючі вимірювальні прилади, доповнені додатковими відсутніми вимірюваннями, були інтегровані та надають дані, необхідні для роботи системи MACS. У свою чергу, сигнали управління, що генеруються рішенням DP System, виконуються наявною інфраструктурою управління заводу, яка зазнала лише незначних модернізацій. В результаті, незважаючи на відносно низькі інвестиції, були досягнуті значні фінансові та екологічні вигоди.

«Під час модернізації очисної установки ми запровадили додатковий рівень управління вищого рівня, який служить опорою для оператора. Після впровадження система MACS вибирає і автоматично встановлює оптимальні параметри управління процесом»,
каже Томаш Хжесьціянек, менеджер проектів DP System.

Впровадження рішення зайняло приблизно шість місяців, тоді як його калібрування тривало близько року, що дозволило враховувати експлуатаційні особливості об'єкта в різні сезони.

Найважливіші переваги включають економію енергії внаслідок зменшення споживання електроенергії. Також вдалося підвищити стабільність процесів в біологічному розділі. Крім того, співробітники, підтримувані інформацією з системи, тепер менше беруть участь у нагляді за процесами, що дозволяє ефективніше використовувати свій час.

Казімєж Стачира, Менеджер, очисна станція стічних вод у Слупську

Ще однією перевагою, досягнутою завдяки модернізації, є загальнозрозуміле підвищення безпеки процесів, що здійснюються об'єктом. Реалізоване рішення дозволяє досягти додаткового резерву вантажопідйомності приблизно 20 000 ПЕ (Еквівалент населення). Це дозволяє очисній установці приймати більший обсяг стічних вод для переробки з використанням вже існуючого реактора.

«До модернізації очисна станція була здатна приймати стічні води від 250 000 жителів, тоді як зараз вона обслуговує 350 000. Такий результат був досягнутий, серед іншого, завдяки впровадженню оптимізаційних рішень. Ми задоволені залученням DP System до роботи з впровадження, а також продуктивністю системи. Застосовані рішення виявляються ефективними як у повсякденній роботі нашої очисної споруди, так і в критичних ситуаціях, таких як періоди сильного припливу стічних вод після опадів».
підсумовує Казімєж Стачира з очисної споруди у Слупську.

Модернізація очисної споруди в Ілаві

Іншим об'єктом, де впроваджено рішення MACS, що працює на пристроях Siemens, є очисна споруда в Ілаві. При цьому першочерговою причиною впровадження стала необхідність зниження вмісту азоту в очищених стічних водах. DP System виграла тендер і розпочала роботу з заміни елементів управління, демпферів та компонентів приводу, відповідальних за контроль рециркуляції.

Модернізація охоплювала внутрішню та зовнішню рециркуляцію, контроль аерації та дозування коагулянтів PIX. В рамках виконаних робіт була змінена система зовнішньої рециркуляції з алгоритму управління, заснованого на обсязі вхідних стічних вод, на основі рівнів осаду у вторинних освітлювачах. В результаті цих змін довелося автоматизувати випускні ворота, встановлені у вторинних освітлювачах. Модернізація призвела до підвищення якості очищених стічних вод. Також були досягнуті помітні переваги з точки зору економії енергії.

«Споживання енергії багато в чому залежить від типу стічних вод, що надходять на очисну споруду. Більш складне навантаження вимагає більшої кількості повітря і використання повітродувки, які споживають значну кількість електроенергії. Через мінливість вхідних стічних вод з різною концентрацією важко точно оцінити, наскільки енергоефективним є нове рішення. Однак при стабільній роботі ми спостерігаємо значне поліпшення експлуатаційних характеристик і підвищення енергоефективності установки. Контроль заслінок і відключення повітродувки в потрібні моменти дає можливість чітко скоротити споживання електроенергії. Завдяки оптимізації ми тепер можемо повною мірою використовувати можливості системи очищення стічних вод»,
каже Кшиштоф Драшевський, заступник начальника очисної споруди в Ілаві.

Система MACS використовується в Ілаві вже кілька років. Подібно до очисної споруди у Слупську, її реалізація зайняла близько шести місяців, а потім приблизно рік адаптації до конкретних умов об'єкта. Протягом річного циклу були проаналізовані всі сезонні явища, які могли статися на об'єкті. В даний час застосоване рішення дозволяє зменшити енергію приблизно на 12%. Покращена ефективність процесу також означає більш високу пропускну здатність всієї установки і можливість переробляти більші обсяги стічних вод.

«Замість стандартних PID контролерів ми реалізували рішення з використанням моделі процесу та отриманих прогнозів, тобто алгоритмів MPC (Model Predictive Control). Робочі точки для цього типу контролерів набагато ближче до технологічних обмежень, що автоматично перетворюється на більш високу ефективність процесу та покращену пропускну здатність установки», пояснює Роберт Влазьлак з DP System.

«Рішення, що надаються Siemens, враховують не тільки широкі можливості управління на основі моделей, але й пропонують підтримку штучного інтелекту: машинного навчання (Deep Learning). Все це забезпечує більш високу ефективність управління та надає додаткові можливості для оптимізації споживання енергії та досягнення кращої продуктивності процесу». підкреслює Міхал Урлінський з Siemens Polska.

Впроваджене рішення сприяє максимізації кількості біогазу, отриманого в хімічних процесах. Ще однією перевагою системи MACS є скорочення часу, необхідного для виконання певних завдань.

«У деяких аспектах вдалося зменшити витрату робочої сили. Це стосується, серед іншого, контролю у вторинних освітлювачах, які до модернізації вимагали ручного регулювання воріт для регулювання рівня мулу, тоді як зараз цей процес повністю автоматизований», - йдеться в повідомленні.
зазначає Кшиштоф Драшевський.

«Система MACS забезпечує постійний моніторинг вимірювальних приладів. Це дозволяє, крім усього іншого, оцінити достовірність вимірювань струму. Якщо система визначає, що дане вимірювання є ненадійним, вона інформує користувача та переходить на альтернативне вимірювання або базує алгоритм управління на історичних значеннях».
додає Томаш Хжещіянек з DP System.