Piattaforma di controllo Createch

La piattaforma CREA^® prodotta dalla società spagnola Createch Solutions sl, rappresentata in Italia da WATERSPIN Srl, è un sistema di ottimizzazione e controllo avanzato di impianti di trattamento delle acque reflue che contribuisce a migliorare le prestazioni di processo minimizzando i costi operativi associati.

Le principali caratteristiche della piattaforma che verranno descritte più nel dettaglio nel presente documento sono:

• Possibilità di gestire diverse tecnologie CREA^® supporta tutti i modelli di PLC e di sonde/analizzatori presenti sul mercato
• Avere una diagnostica predittiva per la manutenzione degli strumenti. CREA^® consente di verificare il corretto funzionamento degli strumenti installati
• Controllo in tempo reale di N e DO. CREA^® consente il monitoraggio costante di tutti i principali parametri di funzionamento del comparto biologico
• Consentire l’archiviazione di dati. CREA^® consente la creazione, l’invio e la memorizzazione di dati
• Creare appositi allarmi. CREA^®consente la creazione e l’invio di allarmi personalizzati
• Creare trend storici. CREA^® consente la creazione e la personalizzazione dei trend di tutti i parametri rilevati
• Generare report. CREA^® consente la creazione, la personalizzazione e l’invio di report
• Avere accessi con password e user name. CREA^®consente l’accesso ad utenti dotati di user name e password con diversi livelli di permesso
• Programmare le attività. CREA^® consente la creazione, la personalizzazione e l’invio di eventi per pianificare attività di manutenzione e controllo su sonde, strumenti e componenti elettromeccaniche

I 5 prodotti principali di Createch Solutions sl sono:

• CREApro, piattaforma realizzata su misura e auto-personalizzabile per impianti di media-grande taglia in grado di offrire ottimizzazione di processo con soluzioni di controllo all’avanguardia elaborate su misura per raggiungere le massime prestazioni
• CREAlite, piattaforma personalizzata, con soluzioni di controllo e installazione plug & play per siti medio-piccoli.
• CREAcompaq, piattaforma personalizzata con comunicazione ad hoc e soluzione di controllo plug & play per siti piccoli
• CREAmaster, piattaforma cloud intelligente per l’integrazione dei dati provenienti da più piattaforme CREA, progettata per una gestione integrata ed efficiente di più impianti di depurazione.
• CREAsmart, piattaforma intelligente completamente personalizzata per il monitoraggio efficiente dei consumi (acqua, gas, energia, ecc.) per gli impianti industriali.

Createch Solutions sl 

Createch Solutions sl è un’azienda specializzata in sistemi avanzati di controllo di processo per ottimizzare la gestione degli impianti di trattamento acque reflue e ridurne i consumi energetici.

L’esperienza di Createch Solutions sl è andata maturando con gli anni, grazie alle oltre 100 installazioni effettuate. Quest’esperienza, unitamente ad una profonda conoscenza nel settore del trattamento delle acque reflue e in quello dell’ingegneria delle comunicazioni, conferisce a Createch Solutions sl un know-how unico nel settore e le consente di proporre le migliori soluzioni operative per ogni tipologia e configurazione di impianti di trattamento acque reflue.

In particolare, Createch Solutions sl ha sviluppato la piattaforma di controllo avanzato e intelligente CREA^® che può essere installata sia in impianti municipali che industriali.

La piattaforma CREA^® è un software di gestione ad alto contenuto tecnologico che offre i seguenti vantaggi:

• Monitoraggio dei dati in tempo reale;
• Gestione e controllo avanzato e intelligente del processo di trattamento delle acque reflue;
• Ottimizzazione dei parametri operativi;
• Interpretazione efficace e inequivocabile di un grande volume di dati e informazioni;
• Elevata robustezza e affidabilità del processo;
• Flessibilità e adattabilità a qualsiasi sistema di trattamento delle acque reflue;
• Interfaccia di controllo intuitiva e di facile utilizzo;
• Facilmente accessibile tramite il servizio web;
• Controllabile da remoto.

La seguente tabella presenta alcuni riferimenti ai impianti esistenti dove la piattaforma di controllo CREA^® è stata implementata negli ultimi anni:

Introduzione alla piattaforma CREA^®

La piattaforma CREA^® rappresenta un’ evoluzione dei sistemi RTC classici, facendo parte dei cosiddetti “RTC intelligenti” o iRTC, che integrano al monitoraggio costante dei parametri di qualità la possibilità di raggiungere importanti risparmi energetici. Ciò si ottiene mediante un’elaborazione in tempo reale di strategie di controllo flessibili per meglio gestire l’impianto.

Rispetto ad un RTC classico, questo obiettivo è raggiunto da CREA^® tramite una combinazione di:

• Modelli matematici;

• Logiche di controllo avanzate (fuzzy logic);
• Modelli predittivi/adattativi;
• Algoritmi “Case-Based-Reasoning”;
• Algoritmi “Ruled-Based-Systems”.

Tra i principali punti di forza della tecnologia CREA^® rispetto ai classici sistemi RTC sono da sottolineare:

• L’ADATTABILITÀ

La piattaforma CREA^® non si limita ad effettuare un controllo standardizzato, ma si adatta alla specificità dell’installazione considerando nelle sue logiche le caratteristiche e le particolarità dell’impianto. Ad esempio, nel comparto aerobico il suo controllo non si limita all’elaborazione di un semplice set point dinamico di ossigeno disciolto in base alle concentrazioni di azoto in entrata e in uscita, ma considera l’andamento del profilo delle concentrazioni nel tempo, la posizione degli strumenti di misura all’interno del comparto, la conformazione delle vasche, il tipo e modello di piattelli e soffianti, ecc. La soluzione che ne scaturisce risulta essere fatta su misura per lo specifico impianto di trattamento acque reflue, offrendo quindi una risposta estremamente rapida ed efficace di fronte a qualsiasi cambiamento.

• FLESSIBILITÀ

I classici sistemi RTC sono rigidamente collegati al comparto in cui sono installati gli specifici strumenti di controllo (sonde, analizzatori, ecc.) e sono limitati all’ottimizzazione di solo quella parte dell’impianto. Nel caso in cui il gestore voglia ampliare il controllo ad un’altra sezione, è necessario l’acquisto di un altro sistema RTC. La piattaforma CREA^® consente di controllare e ottimizzare più comparti diversi in contemporanea e, nel caso in cui il gestore voglia cambiare la logica di funzionamento di parti dell’impianto o ampliarlo, CREA^® permette di integrare facilmente qualsiasi eventuale modifica o ampliamento. La piattaforma CREA^® può essere vista come un vestito che modifica la sua forma a seconda dei cambiamenti nel tempo di chi lo indossa.

È inoltre da sottolineare come CREA^®, a differenza di molti sistemi di controllo legati ad uno specifico fornitore, possa lavorare con macchinari e strumenti di qualsiasi tipologia e marca.

• CONTROLLO ESTESO

I classici sistemi RTC non hanno un controllo diretto dei macchinari, ma si limitano a indicare un valore ottimale di ossigeno disciolto, portata, ecc. ed è compito del cliente programmare il PLC in modo da raggiungere il valore richiesto. La piattaforma CREA^®, invece, interviene direttamente nel controllo delle macchine (pompe, soffianti, mixer etc..) e dei componenti (valvole ad attuazione automatica) installate all’interno dell’impianto di trattamento, consentendo importanti risparmi energetici e una risposta rapida del sistema ai cambiamenti.

• PERSONALIZZAZIONE

A differenza dei classici sistemi RTC che risultano avere una struttura rigida, la piattaforma CREA^® consente di personalizzare i moduli di controllo proposti incorporando anche l’esperienza operativa pregressa dell’operatore. In questo modo è possibile effettuare un monitoraggio intelligente di tutto il processo, generando ulteriori risparmi operativi (sia in termini di consumi energetici che di reagenti). Inoltre, l’opertatore può anche modellare sui bisogni specifici dell’impianto la creazione degli allarmi, la redazione e invio di report nonché la pianificazione di eventi (per esempio di manutenzione).

• AZIONI AUTO-CORRETTIVE

La funzionalità di diagnostica degli strumenti di misura nei classici sistemi RTC, si basa sulla creazione e invio di avvisi circa le azioni manutentive necessarie, segnalando inoltre per ogni sensore lo stato di funzionalità. Il modulo di diagnosi e controllo della strumentazione in campo della piattaforma CREA^®, invece, non si limita a riportare il problema all’operatore ma, per permettere la prosecuzione del corretto funzionamento del processo di depurazione, può scegliere automaticamente un segnale equivalente per controllare e gestire il processo, oppure (nel caso in cui l’opzione precedente non sia possibile) applicare in autonomia delle azioni correttive per minimizzare gli effetti della cattiva qualità del segnale.

Oltre alle sopra elencate caratteristiche, questo sistema di controllo può essere implementato in modo da tenere conto di fasce tariffarie diverse, mediante l’implementazione della cosiddetta “time zone strategy”. Operando la piattaforma CREA^® in questa modalità, tenendo cioè conto della differenza di costo unitario del kWh nelle diverse fasce orarie, è possibile incrementare ulteriormente i risparmi economici, spostando i picchi di consumo in quelle ore in cui il costo del kWh è ridotto.

Quanto alle capacità computazionali del sistema, l’unicità della piattaforma CREA^® è data dalla capacità intrinseca di gestire grandi volumi di dati in tempo reale, mediante una soluzione software sviluppata ad hoc.

La combinazione di questi algoritmi avanzati e della possibilità di sfruttare in modo flessibile le fasce tariffarie, consente il raggiungimento di notevoli risparmi energetici, con risultati che possono giungere fino al 40% in meno dei consumi legati all’aerazione e fino al 20% dei consumi energetici totali in meno.

2. CARATTERISTICHE DELL’INSTALLAZIONE

La piattaforma CREA^® è accessibile da qualsiasi apparecchiatura (computer fisso e portatile, tablet e telefono cellulare) che abbia connessione ad Internet e/o accesso alla rete locale dell’impianto di trattamento acque dove la piattaforma è installata. Ogni utente autorizzato possiede un nome utente personale ed una password d’accesso definiti dai tecnici informatici di Createch360° secondo le richieste del cliente. Per ciascuna categoria di utente vengono definiti permessi specifici.

Le componenti dell’installazione

L’installazione della piattaforma CREA^® prevede tipicamente una componente hardware e una componente software:

HARDWARE:

• Server OPC;
• Terminale di visualizzazione “All in One”

SOFTWARE

La piattaforma CREA^® consta di vari moduli di controllo, che possono venire integrati o meno nella soluzione dedicata per l’impianto, in funzione delle specifiche esigenze e sulla base di un’attenta valutazione dei costi/benefici offerti al cliente finale. La comunicazione tra piattaforma CREA^® e il campo (macchine e strumenti) avverrà tramite il PLC o i PLC esistenti per mezzo di uno switch virtuale.

Moduli generali standard

Ogni piattaforma CREA^® è dotata dei seguenti moduli generali standard, di ausilio alla gestione e al controllo dell’impianto di depurazione:

Modulo di acquisizione, raccolta e gestione dati

1. Trasferimento dei dati dal campo (strumenti, sonde e analizzatori) agli archivi storici della piattaforma;
2. Filtrazione dei dati per la rilevazione e rimozione degli input considerati affetti da errore;
3. Gestione delle informazioni: possibilità di rappresentare i dati storici in tabelle, diagrammi, di evidenziare l’andamento dei KPI (indicatori chiave delle prestazioni del sistema) e possibilità di esportare tutti i dati in file di Excel.

Modulo gestione energia

1. Registrazione dei consumi energetici – i consumi delle macchine soggette a controllo di CREA^® sono continuamente monitorati e i dati salvati in un database (archivio) specifico.
2. Rielaborazione dati dei consumi: rappresentazione in tabelle, grafici e possibilità di esportare i dati in file di Excel

Modulo di redazione report

Il gestore dell’impianto ha la possibilità di impostare report personalizzati dei dati di processo (in forma di fogli Excel e/o grafici) che, con cadenza periodica anch’essa impostabile, vengono inviati tramite e-mail alle caselle di posta elettronica definite nella relativa “mailing list”.

Modulo di notifica eventi e allarmi

1. Creare allarmi personalizzati. Il gestore dell’impianto ha la possibilità di creare allarmi (scegliere il parametro specifico, impostare soglie di attivazione e di disattivazione dell’allarme) che al loro verificarsi trasmettono un pop up sullo schermo della piattaforma e inviano una e-mail alla lista di indirizzi preimpostata
2. Creare eventi: possibilità di inserire a sistema note che indicano il verificarsi uno specifico evento (manutenzioni e anomalie di macchine e strumenti, anomalie qualità influente, ecc.)

I moduli di controllo proposti potranno comunque essere ulteriormente customizzati da CREATECH SOLUTIONS SL, qualora il cliente voglia introdurre particolari loop di controllo ritenuti necessari (ad esempio, la possibilità di flussare i piattelli con aria allo scopo di pulirli).

Pannello di controllo personalizzato (DASHBOARD)

La dashboard (Figura 2) è l’interfaccia utente in cui sono presentate, in modo facile e intuitivo, tutte le informazioni di processo che la piattaforma CREA^® raccoglie in campo e rielabora. La struttura della dashboard, ovvero le informazioni (parametri di processo, valori inquinanti inviato allo scarico, consumi energetici, ecc.) e la modalità con cui queste sono visualizzate (diagrammi, tabelle, valori puntuali, ecc.), è totalmente personalizzabile (ogni utente progetta la propria dashboard a proprio piacimento). In questo modo, la dashboard offre una visione di insieme dello stato e dell’operatività dell’impianto che risponde alle esigenze dello specifico utente.

I dati visualizzati dalla dashboard sono continuamente aggiornati, ovvero corrispondono al dato rilevato in quel momento, senza che sia necessaria alcuna assistenza da parte dell’utente.

Moduli specifici per il controllo di impianti di depurazione

In questa prima parte ci occuperemo essenzialmente delle possibilità modalità di controllo della linea acque. La possibilità di aggiungere ulteriori moduli ad una piattaforma già configurata e installata è comunque sempre perseguibile in ogni momento in funzione delle necessità specifiche del gestore.

La soluzione di controllo per la linea acque si prefiggono di raggiungere i seguenti obiettivi:

• Continuo rispetto dei limiti ammessi allo scarico secondo la normativa cogente;
• Fornire uno strumento di analisi avanzata per il controllo di processo, la diagnosi e il controllo della strumentazione di campo;
• Ottimizzare lo svuotamento della vasca di equalizzazione in funzione della fascia oraria più conveniente in termini di consumi energetici e in funzione delle reali prestazioni della sezione biologica;
• Ottimizzare l’efficienza di rimozione di N e P minimizzando i consumi energetici;
• Applicare e ottimizzare una logica di controllo ad aerazione intermittente in grado di alternare fasi aerobiche a fasi anossiche nelle varie linee biologiche indipendentemente l’una dalle altre;
• Massimizzare la rimozione biologica del fosforo
• Minimizzare la pressione di lavoro della mandata dell’aria compressa alle linee biologiche (e quindi per le perdite di carico associate) costringendo il sistema di distribuzione dell’aria composto da valvole di regolazione della portata a lavorare al massimo grado di apertura in funzione delle reali prestazioni della singola linea biologica
• Controllare le prestazioni delle soffianti al fine di ottimizzare la produzione e la distribuzione dell’aria nelle differenti vasche biologiche
• Ottimizzare il dosaggio di reagenti per la rimozione chimica del fosforo
• Ottimizzare il valore di concentrazione di SST e l’SRT nel comparto biologico

Linea acque

I moduli con cui si propone configurare la piattaforma CREA^® per il controllo della linea acque dell’impianto oggetto della presente proposta sono i seguenti:

Buffer Control

Il modulo gestisce la vasca di equalizzazione comandando le pompe in maniera intelligente ovvero massimizzando la portata sollevata al biologico nel momento in cui le prestazioni del processo registrate on line sono migliori e il costo della fascia energetica di riferimento è inferiore. L’invio del refluo dall’equalizzazione al processo biologico è assoggettato anche alla misura del livello idraulico nelle vasche di biologiche. Il modulo di controllo del sistema di produzione e distribuzione dell’aria, in funzione delle richieste specifiche di processo dell’impianto (limiti allo scarico, carichi influenti, specifiche di processo, particolarità del sistema di fornitura dell’aria) e basandosi su misure dirette e in tempo reale di alcuni parametri di processo (Ossigeno disciolto, Ammonio, Nitrati, Potenziale di ossido riduzione, ecc), controlla e gestisce il processo di aerazione allo scopo di raggiungere i seguenti obiettivi:

• Ottimizzare il processo di rimozione dei nutrienti;
• Minimizzare il consumo di energia associato al sistema di produzione e distribuzione dell’aria di processo.

N – Control

Ottimizza i parametri del processo di rimozione biologica dei nutrienti utilizzando:

• Set point dinamico dell’ossigeno (Dynamic DO SP) basato su misure dirette on-line (NH₄⁺, NO₃^2-, DO) indipendentemente per ogni singola linea, in modo da promuovere il processo di nitrificazione o quello di denitrificazione in funzione della qualità dell’effluente. Il set point dell’ossigeno disciolto in ciascun reattore biologico è regolato in base alla qualità dell’effluente (ammonio e nitrato). Quindi, il set point di ossigeno disciolto viene continuamente adattato alla richiesta di ossigeno di processo in tempo reale. Ogni reattore è controllato individualmente per fornire prestazioni ottimizzate. Quindi, il set point di ossigeno disciolto si abbassa quando la qualità dell’effluente è a livelli ottimali (per ridurre il consumo energetico di aerazione) e si rafforza (aumenta) quando la capacità di nitrificazione del sistema richiede di essere aumentata per mantenere la corretta qualità dell’effluente. Questa strategia è volta a minimizzare i consumi di energia richiesti dal sistema per condurre al meglio questo processo di degradazione biologica.
• Strategia di controllo dei cicli di nitrificazione/denitrificazione, basata sulla qualità dell’effluente di ogni vasca biologica (misurando i parametri di NH₄⁺ e NO₃^2-). Questa logica di controllo induce fasi di denitrificazione (spegnimento / settaggio dell’aerazione al minimo – azionamento miscelatori) nei compartimenti aerobici. In altre parole, introduce un controllo di processo ad aerazione intermittente, ovvero impone la realizzazione di fasi anossiche sequenziali nei diversi reattori in funzione del flusso trattato e della qualità dell’effluente. Quando l’ammonio dell’effluente raggiunge i valori sufficientemente bassi (set point stabilito dal gestore), l’introduzione di fasi anossiche (periodi di anossia dati dall’interruzione dell’erogazione dell’aria) consente di aumentare la capacità denitrificante del bioreattore che si traducono in importanti risparmi dei costi di produzione e distribuzione dell’aria di processo senza compromettere qualità del refluo inviato allo scarico.
• Controllo e gestione avanzata delle soffianti, basata sulla frequenza e sulla portata al fine di raggiungere la concentrazione di ossigeno impostata in ogni vasca di areazione con il minimo consumo energetico. Il controllo prenderà in considerazione l’efficienza energetica di ciascuna delle macchine in modo da utilizzarle in funzione del costo dell’energia, del carico da abbattere e della rotazione di chiamata giornaliera.

Time zone Strategy: ottimizzare parte della rimozione degli inquinanti nelle fasce orarie in cui il costo energetico è inferiore.

NOTA: Il modulo N-control può regolare i cicli di nitrificazione e denitrificazione nei reattori senza che sia necessario installare mixer. È possibile programmare cicli di aerazione minimi per consentire la denitrificazione ed evitare la sedimentazione dei fanghi nelle vasche biologiche eseguendo la cosiddetta aerazione pulsata, tuttavia, l’installazione dei mixer consente di ridurre il fabbisogno di aria per questa funzione ed evita di fare affidamento sulla sedimentabilità dei fanghi per limitare la fase DN quando è necessario.

MOV Control – Massima apertura delle Valvole

La strategia di Most Open Valve (MOV) è la gestione avanzata del grado di apertura delle valvole modulanti di regolazione della linea aria. Questa strategia funziona in associazione con la Dynamic pressure strategy (Strategia della pressione dinamica), che ha come riferimento la pressione dinamica misurata nel collettore principale del sistema di distribuzione dell’aria. Il sistema di distribuzione dell’aria viene costretto a funzionare in qualsiasi momento al massimo grado di apertura possibile di ciascuna valvola, il che facilita il sistema di produzione dell’aria che lavora al punto di regolazione della pressione minima.

Il grado di apertura della valvola viene regolato per soddisfare il set point di ossigeno disciolto in ciascun reattore, che potrà essere impostato automaticamente dalla piattaforma o definito manualmente dall’utente.

Modulo di supervisione del tempo di ritenzione dei fanghi (SRT)

Questo modulo si occupa della supervisione dell’evoluzione del tempo di ritenzione dei fanghi (SRT). La piattaforma acquisisce i dati di temperatura e i valori di concentrazione della biomassa nel comparto biologico/membrane e verifica le prestazioni di nitrificazione e denitrificazione misurando i valori forniti dalle sonde e dagli analizzatori e confrontandoli con i dati storici dell’impianto.

La strategia di controllo regolerà la portata dello spurgo al fine di mantenere una concentrazione ottimale di solidi nella miscela aerata e SRT nel sistema biologico, agendo in funzione dei dati relativi alla concentrazione di SST misurata in campo e dell’HRT restituendo il calcolo del tempo di residenza ottimale dei fanghi che il reattore biologico dovrebbe adottare in funzione della temperatura e della stagione. Il modulo consentirà un miglioramento generale delle prestazioni del processo, una maggiore efficienza nella rimozione dei nutrienti, l’ottimizzazione del consumo energetico associato alla domanda di ossigeno, nonché una migliore sedimentabilità dei fanghi e un più ridotto rischio di problemi connessi alla qualità del fango biologico.

Dalla rielaborazione dei suddetti dati la piattaforma suggerisce come modificare la frequenza e la quantità di fango spurgato in modo da bilanciare le prestazioni di depurazione e l’ottimale funzionamento del comparto biologico con la diminuzione di produzione di fanghi di supero.

Modulo P- Control

Modulo di controllo avanzato del dosaggio dei reagenti chimici (per la rimozione del fosforo e/o abbattimento SST di emergenza) che regola automaticamente il dosaggio del chimico selezionato in base alla concentrazione rilevata on-line di PO4, TP e SST e torbidità con l’obiettivo di soddisfare lo standard richiesto con il minimo consumo di reagente.

Modulo RASe Control

Modulo per il controllo avanzato del ricircolo esterno in base alla portata influente, il valore misurato in campo on line di SST nel reattore biologico, di SST nella tubazione del ricircolo e del livello dei fanghi in ogni sedimentatore secondario Questo modulo consente di ottimizzare il funzionamento delle pompe di ricircolo, gestendo opportunamente la quantità di fango presente nel sistema garantendo sempre la corretta concentrazione di SST necessaria a raggiungere le migliori prestazioni di rimozione.

Modulo RASi Control

Modulo per il controllo avanzato delle portate di ricircolo interno in funzione del flusso trattato e delle concentrazioni di NO₃ nel reattore biologico e di TN nell’effluente con l’obiettivo di migliorare il processo di denitrificazione minimizzando la portata sollevata e il corrispondente consumo energetico. Questo modulo consente di ottimizzare il funzionamento delle pompe di ricircolo interno, gestendo opportunamente la portata erogata in funzione delle misure rilavate on line

Linea Fanghi

Anche la linea fanghi di un impianto di depurazione può essere sottoposta ad ottimizzazione mediante l’introduzione di una piattaforma di controllo del processo. In questo caso, i moduli con cui si propone di configurare la piattaforma CREA^® saranno i seguenti:

Modulo Thickening control

Modulo di controllo progettato per ottimizzare le prestazioni della sezione di ispessimento fanghi che sfrutta i seguenti algoritmi:

Ispessimento a gravità

Controllo avanzato del supero dei fanghi basata: la portata di fango di supero da ciascun ispessitore viene gestito in automatico e in maniere indipendente dalla piattaforma in funzione delle misure di SST nel comparto di ispessimento, di SST nella tubazione di mandata della pompa e della portata erogata. Il sistema esegue automaticamente un bilancio di massa per individuare il corretto volume di fango che deve essere estratto da ciascuna unità di ispessimento.

Ispessimento dinamico

Controllo avanzato del dosaggio di polielettrolita: il dosaggio del chimico viene regolato in base alla portata e alla concentrazione di SST di ogni linea di ispessimento analizzando sia il singolo bilancio di massa che quello dell’intera sezione di ispessimento dinamico.

Modulo DSS – controllo della digestione anaerobica

Il modulo DSS (Decision Support System) è una soluzione di controllo intelligente in grado di ottimizzare le prestazioni del processo di digestione anaerobica 24/24 assicurandone la massima stabilità. Il monitoraggio dei parametri critici e l’analisi del loro andamento nel tempo permettono alla piattaforma di controllo di eseguire una diagnosi avanzata in grado di offrire all’operatore indicazioni su come mantenere efficiente il processo di digestione anaerobica. Il modulo di controllo incorpora diversi algoritmi per la gestione delle informazioni in ingresso ed è in grado di anticipare possibili deviazioni del processo anaerobico segnalandole all’operatore grazie all’utilizzo dell’analisi intelligente dei dati. Per il controllo dei KPYs del processo viene offerta una speciale dashborad in grado di mostrare in modo chiaro e semplice i parametri chiave operativi del processo: i principali obiettivi di questo modulo di controllo sono i seguenti:

• Definire lo stato di processo in real time affidandogli un grado (normale/ instabile / destabilizzato)
• Fornire indicazioni all’operatore inerenti possibili deviazioni del processo
• Fornire allarmi in caso di malfunzionamento
• Identificare le potenziali cause del malfunzionamento
• Proporre azioni preventive e correttive al fine di risolvere l’anomalia

Modulo DW-Control

Modulo per il controllo intelligente della disidratazione e l’ottimizzazione delle fasi connesse a questo processo.

L’affidabilità della misura del tenore di SST nella corrente del centrato prodotto dall’unità di disidratazione verrà migliorata grazie all’introduzione di CREAbox, un dispositivo messo a punto a Createch Solution sl che consiste in una cella di campionamento all’interno della quale viene alloggiata la sonda di misura e che è progettata in modo da minimizzare la turbolenza al suo interno e garantire una misura stabile: la cella è dotata di valvola di ingresso e uscita automatiche governate dalla piattaforma di controllo che consentono l’ingresso e l’uscita della corrente di acqua/fango.

Il modulo DW Control si avvale di tre logiche di controllo pensate per minimizzare i costi operativi

Controllo avanzato del dosaggio del poli-elettrolita:

Modulo che ottimizza il dosaggio del chimico in funzione del carico di SST all’ingresso delle centrifughe e del livello di SST nel surnatante (centrato) al fine di garantire la qualità del centrato desiderata. Questo controllo agisce in maniere indipendente sulle differenti linee di dosaggio ottimizzando ciascuna di esse in funzione delle reali prestazioni della disidratazione.

Controllo avanzato dell’alimentazione dei fanghi

Modulo che controllo la portata di alimentazione fanghi a ciascuna centrifuga, regolando il carico di massa di ciascuna unità di disidratazione in funzione delle prestazioni della macchina, alla qualità del centrato e all’effettivo tasso di dosaggio del poli-elettrolita. Per far lavorare la meglio questo modulo vengono caricati a sistema tutti i limiti operativi indicati dal produttore della macchina e quelli relativi al carico massimo ammissibile in funzione delle rese attese e/o delle prove pilota effettuate, nonché il livello dei serbatoi dei fanghi stabilizzati.

Controllo avanzato delle unità di disidratazione:

Il modulo controllo la velocità differenziale di ciascuna centrifuga con l’obiettivo di massimizzare le prestazioni del motore, ottenendo così la massima % di secco nel fango e la miglior qualità del centrato con il minimo fabbisogno di poli-elettrolita.

I 3 sistemi di controllo sopra descritti assieme sono in grado di correggere e ottimizzare le prestazioni complessive della sezione di disidratazione al fine di massimizzare il secco prodotto con il minor costo operativo.

Controllo automatico della sezione di cogenerazione presente in impianto in grado di massimizzare la produzione di energia elettrica in funzione delle seguenti variabili in ingresso:

• Effettiva richiesta di energia interna per l’impianto di depurazione;
• Produzione di biogas e livello nel gasometro
• Prezzo dell’energia del periodo
• Presenza di altre sorgenti di produzione di energia installate in impianto (ad. es. pannelli solari)

La strategia di controllo di questo modulo ha l’obiettivo di massimizzare il profitto rispetto all’energia elettrica prodotta incrementando così l’efficienza complessiva globale dell’impianto di depurazione

MODULI DI UTILITA’ COMPLESSIVA LINEA ACQUE E LINEA FANGHI

Modulo IDM- Diagnosi e controllo della strumentazione di campo

Modulo di validazione dell’informazioni fornite dagli strumenti di misura in campo: medianti algoritmi di verifica, in caso di malfunzionamento e sulla base di controlli incrociati, il sistema è in grado di verificare l’affidabilità del dato ricevuto e di determinare se l’informazione ricevuta risulta congrua.

Analizza tutti i dati ricevuti dalla strumentazione di campo per:

1. Diagnosticare l’affidabilità degli strumenti rilevando le eventuali derive: analizza e confronta i segnali di tutte le sonde per una specifica sostanza (ad es. NH₄⁺) presenti in diverse zone della stessa linea di degradazione biologica e quelli provenienti dalle sonde installate nelle altre linee di degradazione biologica e determina l’affidabilità del segnale prodotto da ogni sonda. Ad ogni segnale associa un valore in percentuale che ne indica l’affidabilità;
2. Informare l’operatore quando una sonda o uno strumento fornisce letture non affidabili;
3. Studiare le modalità operative dell’impianto.

Nel caso in cui la piattaforma CREA^® rilevasse il cattivo funzionamento di una sonda o un basso livello della qualità del segnale fornito da quella sonda, il sistema può decidere di scartare quel segnale e:

1. riportare il problema all’operatore (pop up in dashboard e invio e-mail);
2. scegliere automaticamente un segnale equivalente per controllare e gestire il processo
3. nel caso in cui b non sia perseguibile applica delle azioni correttive per minimizzare gli effetti della cattiva qualità del segnale.

Questo strumento di diagnosi verrà utilizzato anche per valutare le prestazioni delle soffianti e delle valvole ad attuazione automatica, controllando l’eventuale discrepanza tra l’ordine inviato al macchinario ed il segnale ricevuto. In questo modo i malfunzionamenti possono essere previsti e immediatamente comunicati agli operatori via mail e/o tramite SMS.

Modulo CREAlab- Archiviazione automatica dati laboratorio

Modulo per la digitalizzazione dei dati delle analisi laboratorio in grado di eseguire le seguenti attività:

1. Possibilità di rielaborazione on line dei dati per la definizione delle prestazioni dell’impianto attraverso il controllo di specifici KPI oppure l’elaborazione di grafici per il confronto fra dati storici e dati attuali
2. Contro-verifica affidabilità dati prodotti dalle sonde e dagli analizzatori presenti in campo. I dati di laboratorio, tipicamente più affidabili di quelli registrati in campo dalle sonde, sono usati dal modulo IDM come ulteriore verifica della affidabilità dei segnali provenienti dal campo.

ARCHITETTURA DEL SISTEMA

L’installazione fisica del Server OPC su cui è presente la piattaforma avviene tipicamente presso l’impianto di trattamento stesso (in sala controllo) per tanto la tecnologia CREA^® non è cloud-based ma gli algoritmi risiedono nel server presso l’impianto. Il server viene quindi connesso con un’interfaccia per l’operatore (schermo+ tastiera+mouse) che consente di monitorare le prestazioni dell’impianto, modificare parametri di processo, gestire i dati storici ed interagire con il sistema.

In Figura 3 si riporta uno schema che riassume l’architettura tipica del sistema di controllo.

I vantaggi della configurazione proposta

La scelta di optare per questa architettura di comunicazione deve essere meglio spiegata e confrontata con soluzioni alternative fornite da altri fornitori per consentire di comprendere le maggiori potenzialità della soluzione proposta da Createch Solutions sl

Un primo aspetto qualificante da sottolineare dell’installazione di CREA^® è che questa si interfaccia con il sistema di controllo sviluppato per il PLC senza modificarlo in alcuna maniera.

CREA^® viene installata in parallelo allo SCADA di impianto e agisce direttamente sulle macchine e sui componenti elettromeccanici ad essa connessi (soffianti, pompe, valvole etc..) gestendone l’operatività in funzione delle specifiche esigenze di processo ottimizzandone il funzionamento per raggiungere i parametri definiti allo scarico con il minor consumo di energia possibile. Questo obiettivo è raggiunto grazie all’utilizzo di algoritmi predittivi, adattivi e, quando il volume dei dati raccolti è significativo, algoritmi di intelligenza artificiale che non richiedono l’intervento delle logiche di processo implementate nel sistema SCADA esistente. I sistemi RTC tradizionali invece raccolgono i dati dal campo, li analizzano, li elaborano, ed infine inviano allo SCADA un segnale che definisce il set-point puntuale da applicare (per es. quello dell’ossigeno disciolto), lasciando che il processo di depurazione sia regolato da quest’ultimo. In altre parole, gli RTC tradizionali non agiscono direttamente sulle componenti attive che regolano il processo di depurazione ma semplicemente definiscono, di volta in volta, un set-point a cui le logiche implementate nello SCADA si devono riferire per gestire il processo di depurazione.

Con il sistema CREA^® lo SCADA mantiene una propria indipendenza ed è in ogni momento disponibile: tale approccio fornisce una maggiore sicurezza per il gestore, che può in ogni momento scegliere se gestire il proprio impianto con la piattaforma di controllo avanzato, e generare così risparmi energetici, o utilizzare il sistema di controllo sviluppato con logiche di controllo tradizionali e installato sul PLC.

In caso di avaria della piattaforma di controllo l’impianto passerà automaticamente sotto la gestione dello SCADA esistente.

L’interfaccia tra il sistema di controllo tradizionale e il sistema di controllo avanzato avviene mediante la creazione di uno switch virtuale nel codice del PLC. I segnali del PLC possono così essere acquisiti anche dal server OPC su cui è installata la piattaforma CREA^® che può così comunicare con le macchine e gli strumenti installati in campo attraverso il PLC. In questo modo il gestore potrà in ogni momento decidere se controllare il suo impianto attraverso lo SCADA o se gestire le parti soggette al controllo di processo avanzato con la piattaforma CREA^®.

La duplicazione dei segnali significa, ad esempio, che i set point inizializzati dal gestore all’interno del sistema di controllo tradizionale (a esempio, il set-point dell’O₂ in vasca d’ossidazione) non vengono sovrascritti e/o modificati, e rimangono inalterati, costituendo de facto un back-up.

Nella remota ipotesi in cui si dovessero verificare errori di comunicazione tra il server OPC e il/i PLC, il protocollo di sicurezza sviluppato ad hoc da Createch Solutions sl consente di passare in automatico dalla gestione CREA^® alla gestione del sistema mediante il controllo basato sulle logiche tradizionali installato nel PLC.

Altre soluzioni disponibili sul mercato, invece, acquisiscono i segnali delle sonde direttamente al modulo di controllo RTC, con il risultato che in presenza di eventuali errori di comunicazione, l’informazione relativa al monitoraggio di parametri diretti rischia di essere perduta. Inoltre, queste architetture potrebbero implicare la modifica dei i set point del sistema di controllo tradizionale, risultando in una gestione dell’impianto meno sicura.

Un aspetto importante da sottolineare inoltre è che la piattaforma CREA^® è in grado di interfacciarsi con tutti i modelli di PLC e sonde disponibili sul mercato, non essendo l’azienda Createch Solutions sl legata a nessun produttore.

Mediante un protocollo di accesso sicuro (VPN, Virtual Private Network), è possibile connettersi al server da remoto: questa applicazione è normalmente utilizzata per consentire l’invio di informazioni sul funzionamento dell’impianto.

L’accesso da remoto, inoltre, consente ai tecnici di Createch Solutions sl di fornire assistenza continua al gestore che, previa sua specifica autorizzazione, potranno intervenire per ottimizzarne il funzionamento della piattaforma durante la messa in servizio e fornire l’assistenza dopo l’installazione.

Riassumendo, l’architettura proposta presenta notevoli vantaggi per il gestore dell’impianto. In breve:

1. l’installazione di CREA^®non altera l’architettura del sistema di controllo tradizionale (PLC + SCADA) che rimane praticamente in “stand-by” e funge normalmente da back-up;
2. il gestore in ogni momento ha la possibilità di scegliere se gestire l’impianto con la piattaforma di controllo avanzato CREA^® o mediante un sistema di controllo basato su logiche tradizionali;
3. i protocolli di comunicazione da/per la PLC sono assolutamente adattabili alle esigenze del cliente (Profibus, Ethernet, ecc.);
4. la piattaforma CREA^®è compatibile con ogni marca di strumentazione e/o PLC installata;
5. l’accesso da remoto consente una risoluzione di eventuali problemi in tempo reale.