Systemy automatyki w gospodarce wodnej

Każdy przedsiębiorca, aby „nie popłynąć” używając w działalności gospodarczej wody musi wiedzieć, że gospodarowanie wodami podlega regulacjom prawnym.

Aspekty prawne

Podstawowym aktem prawnym, z jakim powinien zapoznać się taki przedsiębiorca, jest ustawa Prawo wodne. Zgodnie z nią podmiot prowadzący działalność gospodarczą związaną ze szczególnym korzystaniem z wód musi posiadać pozwolenie wodnoprawne określające zalecenia i obowiązki. Należy pamiętać, że korzystanie z wód nie może prowadzić do pogorszenia ich stanu ekologicznego oraz ekosystemów od nich zależnych, a także wyrządzać szkód. Niedopuszczalne jest także marnotrawstwo samej wody, jak i energii wody. Pobieranie wody z ujęć wody podziemnej i powierzchniowej oraz odprowadzanie ścieków do wód lub gruntu wymaga prowadzenia stałego monitoringu jakości i ilości wody oraz ścieków. Dostawcy ścieków przemysłowych powinni wziąć pod uwagę również obowiązujące Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 1 września 2003 r. (Dz.U. 2003 nr 163 poz. 1585) oraz Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 lipca 2004 r. (Dz. U. Nr 180, poz. 1867).

Systemy automatyczne

Przedsiębiorcy korzystający z zasobów wodnych zobowiązani są do wnoszenia opłat oraz przedkładania sprawozdań o ilości pobieranej wody. Wynika z tego, że każde przemysłowe wykorzystanie wód związane jest z koniecznością monitorowania ich ilości oraz jakości, a także odprowadzania i oczyszczania ścieków. Do bezproblemowego użytkowania wód niezbędne są więc wyspecjalizowane systemy automatyki, do których zalicza się urządzenia pomiarowe oraz wykonawcze, a także komputerowe systemy sterowania i nadzoru. W zależności od specyfiki procesu, jako urządzenia wykonawcze stosowane są pompy oraz rurowe systemy transportu z zaworami nastawczymi, a w warstwie sterowania – sterowniki PLC lub komputery przemysłowe.

Najistotniejsze z punktu widzenia przedsiębiorstw korzystających z zasobów wodnych są jednak dwa aspekty: mierzenie parametrów wody oraz ich nadzorowanie, co wiąże się kolei z raportowaniem oraz analizą danych. W obecnych czasach dla przedsiębiorstw ważny jest również sprawny dostęp do informacji z bardzo rozległej infrastruktury.

Po pierwsze zmierz

O tym, czy dobrze gospodarujemy zasobami wodno-ściekowymi i nie uszczuplamy niepotrzebnie własnych finansów, czyli nie marnotrawimy wody i jej energii, dowiemy się wykonując odpowiednie pomiary w instalacjach wodno-kanalizacyjnych. Do najczęściej mierzonych parametrów w tego typu instalacjach należą przepływ i ciśnienie. W specyficznych przypadkach dokonywane będą również pomiary poziomu i temperatury, zaś w przypadku ścieków przydane mogą okazać się także analizatory. Ofertę tego typu urządzeń znajdziemy w portfolio takich firm jak np. ABB, Endress+Hauser, Siemens, Aplisens, WIKA, Poltraf czy Merazet.

Przetworniki

Do pomiaru ciśnienia zastosować można np. kompaktowy przetwornik ciśnienia absolutnego serii 2600T firmy ABB, którego obudowa w standardzie wykonana jest ze stali nierdzewnej 316. Ma on wyświetlacz LCD, który pomaga użytkownikowi w konfiguracji i diagnostyce w czasie codziennej pracy. Natomiast pełna obsługa urządzenia, w tym możliwość dostępu do funkcji informacyjnych i diagnostycznych, zagwarantowane są dzięki implementacji cyfrowego protokołu HART. Przetwornik ten cechuje się dokładnością podstawową: ±0,1 % i zakresem 0,3–3000 kPa, a ponadto ma deklarację zgodności z SIL 2 według IEC 61508 i IEC 61511. Sygnał wyjściowy z tego przetwornika to standardowy sygnał analogowy 4–20 mA.

Z kolei firma Endress+Hauser proponuje np. cyfrowy przetwornik ciśnienia Cerabar PMC51 z bezolejowym ceramicznym czujnikiem pojemnościowym zamkniętym w jednokomorowej obudowie aluminiowej lub ze stali nierdzewnej 316L. Cechuje się on zakresem pomiarowym od –1/0 mbarów do +40 barów (–15/0...+600 psi) i błędem pomiaru: ±0,15 % (w wersji Platinum ±0,075 %). Zapewnia on wysoki stopień bezpieczeństwa dzięki trwałej, odpornej na podciśnienie membranie ceramicznej z funkcją wykrywania jej uszkodzenia. Możliwa jest jego szybka konfiguracja przez swobodne ustawienie zakresu pomiarowego, bez konieczności zadawania ciśnienia wzorcowego.

Ciekawym rozwiązaniem jest produkt firmy Siemens o oznaczeniu Sitrans P280, który wspiera obsługę bezprzewodowego protokołu HART. Cechuje go zakres pomiarowy 0–400 barów (0–5800 psi).

Także polscy producenci, tacy jak firma WIKA, proponują wysokiej jakości przetworniki ciśnienia do ogólnych zastosowań przemysłowych. Przykładem jest tu model S-20, który cechuje się zakresami pomiarowymi od 0–0,4 barów do 0–1600 barów z możliwością wyboru sygnału wyjściowego w zakresie 4–20 mA, 0–10 V DC i 1–5 V DC.

Z kolei inteligentne przetworniki pomiarowe ciśnienia, np. APC-2000ALW z oferty firmy Aplisens charakteryzują się błędem podstawowym 0,075 % lub 0,05 %, mają analogowe wyjście w standardzie 4–20 mA wraz z protokołem HART oraz obudowę z aluminium lub ze stali kwasoodpornej (IP66 lub IP67).

Przepływomierze

W ofercie firmy Aplisens znajdują się także przepływomierze, np. elektromagnetyczny PEM-1000. Przyrząd ten zapewnia wykrywanie pustej rury, dokładność pomiaru na poziomie ±0,5 % oraz analogowy sygnał wyjściowy 4–20 mA. Również polski producent, firma Merazet, proponuje przepływomierze elektromagnetyczne. Modele z serii FMI-C
i FMI-R oferowane są z zakresami pomiarowymi 0,1–10 m/s, pracując z dokładnością <0,2 %. Podobnie jak wcześniejsze konstrukcje, generują sygnał wyjściowy w zakresie 4–20 mA.

Z kolei firma Siemens proponuje np. kompaktowy przepływomierz ultradźwiękowy SONO 3300 Industry dedykowany m.in. specjalnie do aplikacji wodnych i ścieków oczyszczonych. Zapewnia on dokładność pomiaru 0,5 %.

Polski wyłączny przedstawiciel i autoryzowany dystrybutor rozwiązań dla sektora wodno-kanalizacyjnego, firma Poltraf, oferuje klientom rozwiązania dopasowane do ich potrzeb. Z jej stałej oferty wskazać można np. sondę ultradźwiękową GDSL551 do pomiaru mediów płynnych dedykowaną dla branży wodno-ściekowej firmy Goda, która pracuje w zakresie 0,25–4 m, przy temperaturze medium –40...+70 °C, dla ciśnień w zakresie –0,2…1 bar. Czujnik ten generuje sygnał wyjściowy dwu- lub czteroprzewodowy 4–20 mA lub HART.

Nie wszystkie przyrządy pomiarowe tak jak wspomniany przetwornik ciśnienia Sitrans P280 firmy Siemens umożliwiają bezprzewodową transmisję danych. Większość przyrządów pomiarowych ma analogowy przewodowy interfejs komunikacyjny w standardzie 4–20 mA. Nie zawsze jest to jednak wygodne rozwiązanie.

W rozległych instalacjach, a nierzadko z takimi ma się do czynienia w przypadku sieci wodno-kanalizacyjnych, wręcz nieodzowne staje się wykorzystanie transmisji bezprzewodowej.

Komunikacja bezprzewodowa jest często koniecznością Jan Peszyński, Inside Sales and Service Manager, JUMO Najpowszechniej prowadzone pomiary procesowe w transmisji bezprzewodowej dotyczą ciśnienia oraz temperatury, a pomiar tej ostatniej wartości wielokrotnie prowadzony jest również w strefach zagrożonych wybuchem – cechujących się specyficznymi wymaganiami sprzętowymi. Dodatkowo coraz częściej spotykaną aplikacją dla transmisji bezprzewodowej jest także kondycjonowanie parametrów powietrza, takich jak temperatura, wilgotność i CO2 w halach produkcyjnych. To wszystko powoduje, że standardowe rozwiązania oparte na przetwornikach z kablową transmisją sygnału wielokrotnie wypierane są przez nowoczesne urządzenia pomiarowe zapewniające bezprzewodową transmisję na terenie całej hali. Nadajniki bezprzewodowo podłączone są do przetwornika zbiorczego, który ma możliwość połączenia np. poprzez interfejs szeregowy z rejestratorem wartości procesowych, gdzie wszystkie dane procesowe są gromadzone i mogą zostać poddane późniejszej analizie. We wskazanym tu przypadku przewagę aplikacji bezprzewodowej stanowi minimalizacja kosztów instalacyjnych oraz łatwość ewentualnego późniejszego przenoszenia punktu pomiarowego w inne miejsce docelowe. Należy pamiętać, że istnieją również aplikacje, w których występuje nie tylko możliwość, a bezwzględny wymóg zainstalowania czujników z transmisją bezprzewodową. Dotyczy to m.in. wszelkiego rodzaju aplikacji z elementami ruchomymi, jak np. zbiorniki rotacyjne, prasy ciśnieniowe, zbiorniki z obrotowymi mieszadłami.

Po drugie prześlij informacje

W czasach szybkiego rozwoju sieci komunikacyjnych wydawałoby się, że przesyłanie informacji nie jest już żadnym problemem. Jednak nadal niezawodne przesyłanie danych w krótkim czasie, a do tego na duże odległości może przysparzać problemów. Wiedzą o tym szczególnie operatorzy sieci wodno-kanalizacyjnych. I z tą niedogodnością firmy oferujące sprzęt pozwalają jednak skutecznie się uporać. Wystarczy przejrzeć ofertę bezprzewodowych systemów komunikacji dla potrzeb przemysłu. Można tu wskazać produkty firmy Satel oferowane przez firmy ASTOR, Sabur czy też bardzo szeroką ofertę różnorodnych urządzeń komunikacyjnych w ofercie firmy Phoenix Contact.

Radiomodemy i modemy GSM

Radiomodemy pozwalają przesłać dane na odległość do kilkudziesięciu kilometrów, a stosując retransmitery sygnału (często funkcję retransmitera może pełnić dowolny radiomodem) można zwiększyć zasięg transmisji. Takie urządzenia w ofercie firmy ASTOR to np. SATELLINE-EASy 869 – radiomodem działający w zakresie pasma wolnego 869 MHz. Jest on przeznaczony do budowania sieci bezprzewodowych cechujących się znacznym obszarem pokrycia terenu oraz składających się z nawet kilkudziesięciu obiektów. Wariant dostępny w wersji z wbudowanym wyświetlaczem ciekłokrystalicznym oraz czteroprzyciskową miniklawiaturą umożliwia zmianę kluczowych parametrów urządzenia bez konieczności podłączania komputera. Cechuje go prędkość transmisji 19 200 bit/s, moc nadajnika 10–500 mW, czułość odbiornika: –111 dBm. W ofercie firmy ASTOR są także radiomodemy działające w paśmie licencjonowanym 400–470 MHz oraz 140–170 MHz, a także modemy GSM własnej marki ASTRADA – urządzenia do bezprzewodowej komunikacji przemysłowej na duże odległości, które – wykorzystując technologię pakietowej transmisji danych – pozwalają na wymianę informacji w czasie rzeczywistym w systemach rozproszonych.

Modemy GSM oraz radiomodemy występują także w ofercie firmy Sabur. Rozwiązania GSM-owe to produkty firmy Racom. Z kolei radiomodemy na pasma ogólne pochodzą z oferty firmy ATIM. Przykładowy model ARM-SE8/500 cechuje się pracą w paśmie 868 MHz z mocą regulowaną 1–500 mW i gwarantuje prędkość 19,2 kbit/s (opcjonalnie 38,4 kbit/s) oraz znakomity zasięg sygnału radiowego (ponad 5 km Line-of-sight). Może on pełnić funkcje stacji bazowej, repeatera lub routera, a ponadto ma wbudowany webserwer, dzięki czemu użytkownicy mogą skonfigurować modem do pracy oraz przeprowadzać testy diagnostyczne z poziomu strony webowej.

Szeroki wybór sprzętu do komunikacji bezprzewodowej zapewnia firma Phoenix Contact. Są to urządzenia wykorzystujące systemy komunikacji telefonii komórkowej, jak i komunikację radiomodemową. Przedstawicielem radiomodemu z oferty tej firmy jest np. urządzenie o oznaczeniu RAD-ISM-2400-DATA-BD – 2867869 o zakresie częstotliwości pracy 2,4015–2,4815 GHz i mocy nadawania 100 mW. Natomiast bezprzewodowy dostęp do danych z wykorzystaniem sieci komórkowych zapewnić może przekaźnik SMS – TC MOBILE I/O X200 – 2903805, który nie tylko umożliwia monitorowanie wartości analogowych i cyfrowych, ale także zdalne przełączanie wyjść przekaźnika. Komunikacja odbywa się za pomocą SMS-a lub transmisji GPRS – wysyłanie wiadomości e-mail.

Przesłanie zmierzonych danych to często dopiero początek. Oczywiście najczęściej dane procesowe służą do sterowania i diagnostyki procesów, ale mogą być wykorzystane także do lepszego zarządzania energią oraz mediami. W tym celu niezbędne jest zastosowanie dedykowanych systemów wspomagających zarządzanie, o których najlepiej napisać na przykładzie konkretnych rozwiązań już wdrożonych.

Po trzecie bądź na bieżąco i daj sobie pomóc

Pośród dostawców urządzeń i oprogramowania systemów automatyki widać wyraźnie, że wśród systemów monitorowania szczególne miejsce zajmują dedykowane systemy dla gospodarowania energią i mediami, w tym wodą, szczególnie w warstwie raportów i systemów doradczych. Również wśród inwestorów, tych małych i tych dużych, widoczne jest zainteresowanie tego typu rozwiązaniami – widać to po liczbie implementacji.

Sprawny system wodociągowy wymaga inwestycji zarówno na wstępie, jak i podczas eksploatacji, co można zauważyć przyglądając się wdrożeniom wielu firm. Często realizowane systemy są modyfikacją istniejących instalacji, pozwalającą na lepsze wykorzystanie jej potencjału.

Jeśli możesz coś zmierzyć, to znaczy, że możesz to ulepszyć Łukasz Nowak, Instrumentation Technical Sales Support Team Leader, ABB W obecnych czasach, podążając za słynną maksymą pomiarowców: „jeżeli czegoś nie możesz zmierzyć, to nie można tego ulepszyć”, aby ulepszyć wydajność sieci transportowej medium niezbędny jest dobry system monitoringu. Niestety, w tak rozległych sieciach transportowych, jak sieci wodociągowe nie jest możliwe zastosowanie przewodowego systemu zbierania danych. W takich aplikacjach idealnie sprawdzają się rozwiązania oparte na technologii GPRS lub GSM. Dzięki rozwojowi technologii Wireless obecnie monitoring bezprzewodowy ma też zastosowanie w dużych zakładach przemysłowych. Niejednokrotnie znacznie taniej jest zastosować sieć czujników bezprzewodowych, niż ciągnąć kilometry przewodów, zaś niektóre instalacje, jak obrotowe bębny, uniemożliwiają zastosowanie rozwiązań opartych na komunikacji przewodowej. Jeżeli chodzi o urządzenia bezprzewodowe, to w przypadku monitoringu sieci wodociągowych wymagana jest duża dokładność i niezawodność, co pozwala na szybkie wykrycie wycieku w instalacji, a co za tym idzie – zminimalizowanie strat. Sprawa wygląda bardzo podobnie w przypadku urządzeń wykorzystujących komunikację Wireless HART. Chociaż wszystkie te urządzenia pracują często na zasilaniu bateryjnym, to mogą mieć możliwość podpięcia zewnętrznego zasilania, a na rynku dostępne są urządzenia, które czerpią energię z samego mierzonego medium lub z odnawialnych źródeł, takich jak słońce.

Wdrożenia firmy ASTOR

Firma ASTOR może pochwalić się wieloma tego typu wdrożeniami. Są to zarówno polegające na wprowadzeniu monitoringu i zdalnego sterowania modernizacje instalacji wodno-kanalizacyjnych, jak i projektowane od podstaw systemy dla nowo powstającej infrastruktury. W Zakładzie Wodociągów i Kanalizacji w Szczecinie firma wdrożyła zintegrowany system zarządzania i monitorowania ścieków, który objął wszystkie kluczowe obiekty i wspomógł podnoszenie efektywności eksploatacji sieci. Pozwala on na szybszą reakcję na awarie oraz natychmiastowy dostęp do aktualnych parametrów pracy oczyszczalni ścieków. Z kolei rozproszony system monitoringu sieci wodno-kanalizacyjnej zrealizowany dla przedsiębiorstwa Regionalne Wodociągi i Kanalizacja z siedzibą w Białogardzie powstał z uwagi na konsolidację kilku zakładów samorządowych, zajmujących się obsługą gospodarki wodno-ściekowej w obszarze ośmiu gmin dorzecza Parsęty. Obejmuje on swym działaniem obszar prawie 2000 km kwadratowych. Wprowadzane kolejno inwestycje w automatyzację produkcji przyczyniły się do dynamicznego rozwoju przedsiębiorstwa, dzięki czemu w ciągu kilku lat dwukrotnie zwiększyło ono obszar sieciowy, a trzykrotnie ilość obiektów. System oparto na produktach dostępnych w ofercie firmy ASTOR: zintegrowane systemy sterowania i wizualizacji firmy Horner XLe, oprogramowanie do monitoringu Wonderware ze składnikami: Platforma Systemowa, Historian, InTouch oraz radiomodemy Satel Satelline 3AS z NMS. Ocenia się, że wdrożenie umożliwiło dostawę wody i odbiór ścieków z obszarów rozwijających się, a zwiększenie ilości dostarczanych ścieków do niedociążonych oczyszczalni wpłynęło na poprawę wydajności i mocy przerobowych oczyszczalni z 40 aż do 70 %. Ponadto dostarczana mieszkańcom woda w 100 % ma jakość normatywną. Wdrożenie wyeliminowało całkowicie problem braku dostaw wody dla mieszkańców i wpłynęło znacząco na zmniejszenie jej strat. Jeszcze innym przykładem inwestycji bazującej na technologiach dostarczanych przez firmę ASTOR jest zrealizowany system nadzoru i sterowania Stacją Uzdatniania Wody w elektrociepłowni Zakładów Azotowych w Tarnowie. Zastosowano tam oprogramowanie Wonderware InTouch w systemie komputerowym służącym do nadzoru i sterowania, co umożliwiło bezproblemowe połączenie z ogólnozakładową siecią informatyczną. Z kolei wprowadzenie redundowanego systemu sterowania, opartego na sterownikach GE Intelligent Platforms 90-70 zagwarantowało sprawne i niezawodne działanie strategicznej dla elektrociepłowni instalacji. W elektrociepłowni zainstalowany jest serwer z oprogramowaniem InTouch, połączony linią światłowodową z centralnym serwerem sieci. Do tego właśnie serwera przekazywane są podstawowe dane o działaniu Stacji Uzdatniania Wody.

Firma ASTOR ma wiele podobnych wdrożeń na swoim koncie, do których zaliczyć można: automatyzację procesów produkcji i dystrybucji wody w Górnośląskim Przedsiębiorstwie Wodociągów w Katowicach, system monitoringu i wizualizacji pracy instalacji technologicznych krytej pływalni w Limanowej, czy też system kontroli i likwidacji strat wody w wodociągach w Zakładzie Gospodarki Komunalnej w Wieliczce.

Wdrożenia Phoenix Contact

Firma Phoenix Contact może pochwalić się udziałem w modernizacji wodociągów Meissenheim należących do spółki Badenova AG&Co KG, która powstała w wyniku połączenia sześciu regionalnych miejskich zakładów użyteczności publicznej leżących pomiędzy Hochrhein i Nordschwarzwald. W zakładzie wodociągowym Ried, który zaopatruje w wodę około 5400 mieszkańców z wydajnością 45–60 litrów na sekundę z dwóch studni głębinowych zmodernizowano sterowanie. Oparto je na sterowniku Inline Controller ILC 3xx, który transmituje wszystkie aktualne dane dotyczące statusu i zużycia przy wykorzystaniu znormalizowanego protokołu transmisyjnego według IEC 60870-5-104 do nastawni zakładów we Freiburgu. Również falowniki, które zostały zabudowane w celu regulacji pomp sieciowych, otrzymują swoje parametry podczas bieżącej eksploatacji z tego sterownika, za pośrednictwem Modbus TCP oraz zgłaszają z powrotem do PLC komunikaty o statusie i zakłóceniach. Zainstalowano także miejscowy moduł obsługi, który składa się z komputera przemysłowego z ekranem dotykowym oraz systemu SCADA Visu+ i również komunikuje się ze sterownikiem, poprzez OPC. Oprócz funkcji obsługi całej instalacji, za pośrednictwem modułu obsługi wizualizowane są wszystkie stany instalacji, do których zalicza się też ochronę obiektu. W pełni automatycznie przejmowane są z systemu dokumentacja i archiwizacja danych, a także księgi meldunkowe.

W innym regionie Niemiec, Nadrenii Północnej-Westfalii, w powiecie Lippe firma Phoenix Contact zautomatyzowała przedsiębiorstwo wodociągowe Schieder-Schwalenberg dysponujące dwoma odwiertami głębinowymi, dwoma źródłami, dwoma stacjami pomp, jedną stacją zasuw oraz siedmioma zbiornikami ciśnieniowymi. W gminie Schieder-Schwalenberg liczącej około 10 000 mieszkańców, zamieszkujących siedem miejscowości, dzienne zapotrzebowanie na wodę to około 1100 m³. Dla niezawodnego zaopatrzenia gminy w wodę pitną wszystkie dane eksploatacyjne i sterownicze z sąsiednich miejscowości są rejestrowane centralnie w sterowni na wysokowydajnym sterowniku RFC 430. Sygnały procesowe są wczytywane za pośrednictwem złączy I/O Inline, a komunikacja ze sterownikiem odbywa się za pośrednictwem sieci Interbus. W celu wizualizacji procesów sterownik przesyła wszystkie sygnały poprzez TCP/IP do sterowni. Za pomocą telemechaniki ReSy+ firmy Phoenix Contact odbywa się obecnie sterowanie i nadzór nad trzema oddalonymi stacjami zewnętrznymi, jednym zbiornikiem ciśnieniowym oraz jedną pompą i stacją zasuw. Lokalnie w tych stacjach jeden kompaktowy ministerownik zapewnia wymianę danych i zabezpiecza eksploatację. Podobne rozwiązanie systemu zastosowano przy modernizacji rumuńskiego przedsiębiorstwa wodociągowego, z tą różnicą, że wykorzystano tu dodatkowo sieć GSM do przesyłania danych. Od strony sterowania zorganizowano to w ten sposób, że dane historyczne są zapisywane w formacie CSV i importowane bezpośrednio do systemu archiwizacji, opracowywania i analizy Acron. Do komunikacji pomiędzy stacjami zewnętrznymi stosowany jest protokół transmisyjny według IEC 60870-5-104. Niezbędne połączenia sieciowe są tutaj zapewnione przez 12 modemów typu PSI GSM/ETH. Newralgiczne dane są przekazywane przez sieć GSM z zastosowaniem „zapamiętujących protokołów”, co zapobiega utracie danych. Bezpieczeństwo przesyłu gwarantują zapory wbudowane w modemy, które chronią aplikację przed nieuprawnionymi dostępami. W systemie sterowania wykorzystano sterowniki ILC 150 ETH i ILC 170 ETH, które mogą w razie potrzeby być elastycznie rozszerzane o wejścia analogowe lub cyfrowe. Zastosowane oprogramowanie wizualizacyjne Visu+ firmy Phoenix Contact umożliwia zobrazowanie trendów i planowanie całościowego zarządzania alarmami. Zastosowanie switchy z rodziny produktów Factoryline pozwala z kolei na ekonomiczne rozszerzanie sieci Ethernet. Zapewnia to optymalną współpracę sterownika, panelu dotykowego, rozproszonych komponentów I/O i modemów.

Firma Phoenix Contact zajmuje się nie tylko automatyzacją dostarczania wody, ale również odprowadzania ścieków. Jej rozwiązanie zdalnego sterowania dla zaopatrzenia w wodę i oczyszczania ścieków w mieście Lügde pomaga mieszkańcom w zakresie gospodarki wodą i ściekami. Miasto Lügde codziennie zaopatruje ponad 10 000 mieszkańców w śródmieściu i dziewięciu sąsiednich miejscowościach w wodę przez sieć rurociągów o długości 124 km, z dwóch źródeł i 10 studni, a także korzysta z dwóch oczyszczalni. Wszystkie ważne informacje przesyłane są przez sterowniki ILC 150 ETH i gromadzone w komputerze systemu kierowania, gdzie są protokołowane za pomocą systemu rejestracji danych Acron zgodnie z ATV i DVWG oraz archiwizowane długoterminowo w systemie wizualizacji WebVisit. Ponadto są one wyświetlane przy użyciu serwera www. W centralach zdalnego sterowania przychodzące dane są dalej przetwarzane przez sterownik ILC 350 ETH. Co ważne, w przypadku błędu obsługa zostaje zaalarmowana poprzez SMS lub wiadomość głosową.

Za oczyszczanie ścieków w Miami odpowiada firma Miami-Dade Water and Sewer Department, która jest jednym z największych przedsiębiorstw użyteczności publicznej w USA. Zaopatruje ona prawie dwa miliony klientów, dostarcza dziennie 330 mln galonów wody dla regionu Miami i odprowadza od nich ścieki. Do rozdziału wody służą trzy instalacje uzdatniania wody, 14 stacji pomp i sieć rurociągów licząca 7100 mil. Dzięki zastosowaniu w systemie sterowania Mini-MCR-SL-UI/2I,
minimodułów analogowych z trójdrożną separacją firmy Phoenix Contact firma Miami-Dade Water and Sewer Department może sprostać wymaganiom separacji potencjałów i przystosowania sygnałów z wysoką precyzją, przy niskim poborze prądu. Sygnał przychodzący z urządzeń obiektowych jest rozdzielany i doprowadzany do systemu SCADA oraz lokalnego zespołu nadzoru nad danymi.

Inne wdrożenia firmy Phoenix Contact to dla przykładu system nadzoru nad ściekami w Oberasbach, dla 18 000 mieszkańców, m.in. z zastosowaniem sterownika ze zintegrowanym modemem GPRS, który służy do nadzoru stacji zdalnego sterowania i transmituje istotne sygnały pomiarowe do systemu kierowania.

Wdrożenia firmy ABB

Kolejną dużą firmą z wieloma wdrożeniami w branży wodno-kanalizacyjnej jest ABB. Ten potentat oferuje liczne rozwiązania pozwalające na uzyskanie dużych oszczędności i niezawodności działania systemów. Pierwszym krokiem do uzyskania wody o pożądanej czystości jest usunięcie rozpuszczonych w niej związków żelaza i manganu. Aby dobrze dobrać proporcje dodatków ekstrahujących te substancje chemiczne z wody, konieczne jest poznanie jej dokładnego ilościowego składu chemicznego. Pomocny w tym będzie z pewnością analizator kalorymetryczny z serii Aztec oraz analizator tlenu. Z kolei przy wykrywaniu przecieków w instalacjach wodnych przyda się na pewno elektromagnetyczny przepływomierz z serii AquaMaster, a w instalacjach ściekowych dedykowany przepływomierz Parti-MAG. Do pomiaru poziomu wody w zbiornikach, zarówno zamkniętych, jak i otwartych, użyć można ultradźwiękowego transmitera z rodziny KSONIK firmy ABB. Do wizualizacji wartości zmiennych procesowych nieodzowne może okazać się oprogramowanie ScreenMaster, które wraz z narzędziem DataMenager umożliwia długoterminową archiwizację danych i późniejszą ich analizę na PC. Zważywszy na tak szeroki wachlarz dostępnych urządzeń i technologii nie dziwi, że to właśnie firma ABB dostarczyła swoje systemy sterowania do jednej z największych na świecie hut aluminium, produkującej ponad 1 mln ton ciekłego aluminium rocznie. W skład tego dubajskiego kompleksu, zbudowanego na terenie 480 ha, wchodzi m.in. instalacja odsalania, która produkuje 113,5 mln litrów destylowanej i pitnej wody dziennie. Instalacja ta pracuje pod nadzorem systemu Advant i Procontrol właśnie firmy ABB, które nadzorują większość turbin gazowych i parowych, a także kotłów w elektrowni, jak i turbin parowych oraz pomp w zakładach odsalania. Co istotne, po oddaniu rozwiązania do eksploatacji firma ABB nadal czuwa nad jego unowocześnianiem, a także dokonuje optymalizacji pracy urządzeń. Skutecznie przeprowadzane przez firmę ABB zaowocowały zastosowaniem ich systemu Procontrol P14 w miejsce wcześniej stosowanych rozwiązań pochodzących od innych firm. Dzięki zastosowaniu tego właśnie systemu, stworzonego z myślą o sterowaniu elektrowni atomowych, spodziewane jest obniżenie kosztów. System Procontrol, wdrożony również np. w elektrowni Pomorzany w Szczecinie do demonstracyjnej instalacji oczyszczania spalin, ograniczającej emisję SO2 i NOX metodą wiązki elektronów, ceniony jest za intuicyjność oraz szybkość. Jest to jeden z najszybszych i najmniej awaryjnych rozproszonych systemów sterowania na świecie.

Kolejne wdrożenie firmy ABB na Bliskim Wschodzie, w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, tym razem w Abu Zabi, ogłoszone zostało w styczniu 2015 r. Firma ABB podpisała kontrakt o wartości około 28 mln dolarów na dostawę komponentów elektrycznych dla nowego niezależnego producenta wody i energii elektrycznej. W ramach tego projektu ABB zaprojektuje, dostarczy i dokona montażu instalacji elektrycznej nowego zakładu, m.in. obwodów: wyłączenia generatora oraz rozdzielnic i transformatorów rozdzielczych średniego i niskiego napięcia. Ponadto dostarczy energooszczędne napędy pomp o zmiennej częstotliwości, co pomoże zmniejszyć zużycie energii i wydłużyć żywotność silników. Częścią składową nowej inwestycji będzie kombinacja elektrowni i zakładu uzyskiwania wody pitnej z wody morskiej z wykorzystaniem technologii odwróconej osmozy. Obiekty będą miały łączną moc znamionową 1600 MW i zdolność odsalania wody morskiej na poziomie 240 000 m³ dziennie.

Firma ABB ma na koncie także bardziej konwencjonalne wdrożenia w sektorze wodno-kanalizacyjnym. Można do nich zaliczyć system zdalnego sterowania wykonany dla Almería Water Utility, przedsiębiorstwa z południowo-wschodniego wybrzeża Hiszpanii. System ten nadzoruje transport wody pitnej oraz dystrybucję i sieci transportowe ścieków. Pod jego nadzorem jest cała sieć dystrybucji wody, począwszy od produkcji wody (studnie i odsalanie), poprzez jej uzdatnianie, do magazynowania i dystrybucji wody wewnątrz miasta i ostatecznie odprowadzania ścieków kanalizacją do oczyszczalni ścieków. Sieć obejmuje około 60 km hiszpańskiego wybrzeża w bardzo zaludnionej strefie, zapewniając w okresie letnim wysokiej jakości usługi dla 400 000 osób. Prace modernizacyjne przeprowadzone prze ABB objęły instalację elektryczną zbiorników i przepompowni, dostawę, instalację i uruchomienie:

• szaf sterowniczych niskiego napięcia dla przepompowni i zbiornika (napędy, softstarty, przełączniki, falowniki zaworów),
• PLC (RTU AC500) dla potrzeb lokalnej automatyki i zdalnego sterowania sieci wodociągowej wody pitnej i kanalizacyjnych,
• 76 RTU do akwizycji danych oraz regulacji miejskiej sieci wodociągowej,
• oprzyrządowania pomiarowego sieci wodnej (przepływomierze, przetworniki ciśnienia, analizatory jakości),
• dwóch centrów sterowania, serwerów SCADA i stacji operatorskich z jednym punktem informacyjnym w oparciu o komputery przemysłowe.

Inne wdrożenia sprzętu firmy ABB w sektorze wodno-kanalizacyjnym to np. modernizacja stacji Mahasawat poboru wody surowej dla potrzeb miasta Bangkok – dostarczenie napędów pomp o zmiennej prędkości (ACS 1000) oraz systemów napędowych Samistar, co pozwoliło na automatyczne sterowanie ciśnieniem zasysania wody z rzeki oraz całej sieci dystrybucji wody dla Bangkoku.

O wyborze decyduje analiza techniczna i kosztowa Artur Woźniak, starszy programista systemów automatyki, Skamer-ACM Tarnów Komunikacja bezprzewodowa stosowana jest wszędzie tam, gdzie istnieje konieczność połączenia oddalonych od siebie urządzeń, części instalacji lub obiektów, a ułożenie tras kablowych jest nieopłacalne lub niemożliwe do wykonania ze względów technicznych. Dobrym przykładem stosowania komunikacji bezprzewodowej są sieci wodociągowe – stacje uzdatniania wody, przepompownie wody, studnie głębinowe oraz sieci przepompowni ścieków. Najczęściej w takich przypadkach stosuje się, równocześnie lub alternatywnie, dwa warianty komunikacji bezprzewodowej – komunikację za pomocą radiomodemów oraz coraz częściej z wykorzystaniem istniejących sieci GPRS/EDGE/3G/4G(LTE). Innym przykładem stosowania komunikacji bezprzewodowej są sieci komunikacyjne budowane wewnątrz hal produkcyjnych, w których wykonanie okablowania komunikacyjnego jest utrudnione lub wręcz niemożliwe. Często w takich obiektach zachodzi również konieczność komunikacji z poruszającymi się urządzeniami, wózkami transportowymi itp. Stosuje się wówczas komunikację głównie za pomocą sieci Wireless Ethernet (Wi-Fi), Wireless I/O, ale również Bluetooth. Decyzję o zastosowaniu i wybraniu odpowiedniego wariantu komunikacji bezprzewodowej powinna zawsze poprzedzać analiza technicznych możliwości wykonania połączenia obiektów/urządzeń ze sobą oraz analiza kosztów wykonania sieci komunikacyjnej, jak również kosztów późniejszej jej eksploatacji.

Wdrożenia firmy Endress+Hauser

Inny światowy potentat w branży pomiarowej, firma Endress+Hauser, także chwali się wdrożeniami swoich produktów w sektorze wodno-kanalizacyjnym. Jednym z nich jest zastosowanie dwukanałowego analizatora fosforanu, sterownika swobodnie programowalnego z rodziny CompactLogixTM firmy Rockwell Automation Allen Bradley, oprogramowania Liquicontrol-P i pomp dozujących w celu zapewnienia redukcji zanieczyszczenia wody ściekowej poprzez automatyczne dodawanie flokulantów.

Innym rozwiązaniem tej firmy, zapewniającym bezpieczne i ekonomiczne sterowanie oczyszczalnią ścieków, jest zastosowanie jednoczesnego pomiaru zawartości tlenu, jonów amonowych i azotanów oraz analizy on-line, aby ekonomicznie sterować procesem napowietrzania, w połączeniu z informacją o realnym obciążeniu. Kluczowym czynnikiem ekonomicznym funkcjonowania oczyszczalni ścieków jest dokładne monitorowanie zużycia energii potrzebnej do natlenienia ścieków. Ponadto usuwanie związków azotu oraz fosforu z wód ściekowych powoduje konieczność stosowania rozwiązań opartych na inteligentnych czujnikach pomiarowych i układach sterowania, co wiąże się z utrzymaniem w ruchu trudnych w eksploatacji urządzeń pomiarowych z zakresu analizy cieczy. Odpowiedzią na te niedogodności ze strony firmy Endress+Hauser jest rozwiązanie do pomiarów analitycznych dla oczyszczalni ścieków, w skład którego wchodzą:

• prosty pomiar on-line kilku parametrów analitycznych,
• koncepcja platformy pomiarowej opartej na przetworniku Liquiline,
• zastosowanie czujników Memosens,
• ciągły i szybki pomiar związków biogennych,
• sonda jonoselektywna (ISEMax), która nie wymaga stosowania reagentów.

Firma Endress+Hauser oferuje także przeprowadzenie audytu i wprowadzenie wszystkich zainstalowanych urządzeń pomiarowych, także innych producentów, do bazy danych (W@M portal). W trakcie audytu dokona oceny wszystkich zainstalowanych przyrządów pod kątem ich znaczenia dla procesu i konieczności remontu, w oparciu o warunki danej aplikacji, dostępność części zamiennych oraz urządzeń zamiennych. Wykorzystując zbudowaną w ten sposób tzw. matrycę krytyczności, operator jest w stanie błyskawicznie zidentyfikować krytyczne punkty pomiarowe, dla których potrzebne są części zamienne.

Można płynąć i pod prąd

Podsumowując można z całą pewnością stwierdzić, że oferta urządzeń dla sektora wodno-kanalizacyjnego jest bogata. Wiele firm działających na ryku krajowym, jak i międzynarodowym proponuje nie tylko dostawę urządzeń wykonawczych, aparatów pomiarowych i systemów zarządzania, ale także doradztwo bądź kompleksowe projektowanie instalacji. Daje to szansę inwestorom nowych obiektów, jak też eksploatatorom już istniejących na bezproblemową realizację swoich inwestycji bez obaw o efekt. Duża liczba zrealizowanych już przedsięwzięć jest tu chyba najlepszą rekomendacją.

Właściwie wszystkie wymienione w niniejszym artykule firmy mogą poszczycić się długimi listami referencji od inwestorów, dla których dostarczyli sprzęt lub zrealizowali całą instalację. Przedsiębiorstwa z branży wodno-kanalizacyjnej nie muszą więc bać się nowych inwestycji ani modernizacji już istniejących obiektów – zawsze mogą liczyć na pomoc.

source: Automatyka 4/2016