Automazione degli impianti di trattamento delle acque in Indonesia | SENTRADO
Un caso di studio dettagliato della soluzione di automazione industriale di SENTRADO che fornisce risultati misurabili per le operazioni di trattamento delle acque in Indonesia.
Contesto e obiettivi del progetto
Un'azienda idrica regionale in Indonesia ha incaricato SENTRADO di modernizzare i sistemi di automazione presso il suo impianto principale di trattamento delle acque, che fornisce acqua potabile a oltre 500.000 residenti in diversi comuni. L'infrastruttura obsoleta, originariamente installata nei primi anni 2000, si basava su monitoraggio manuale e anelli di controllo locali che richiedevano la costante attenzione degli operatori in loco e non potevano rispondere rapidamente ai cambiamenti nella qualità dell'acqua grezza o nei modelli di domanda.
Il processo di trattamento include il prelievo di acqua grezza, pre-clorazione, coagulazione e flocculazione, sedimentazione, filtrazione rapida su sabbia, adsorbimento su carbone attivo, correzione del pH, disinfezione e pompamento di sollevamento principale verso la rete di distribuzione. La sfida di SENTRADO era automatizzare tutte queste fasi garantendo al contempo un approvvigionamento idrico ininterrotto durante il periodo di ammodernamento — un mandato che ha interessato la salute pubblica e la sicurezza antincendio per l'intera area di servizio.
Il progetto doveva inoltre fornire capacità di monitoraggio remoto affinché la gestione dell'utility potesse supervisionare le operazioni dell'impianto dalla propria sede centrale, riducendo la necessità di personale in loco 24 ore su 24 presso l'impianto di trattamento, mantenendo al contempo rigorosi standard di qualità dell'acqua.
Problemi che abbiamo dovuto risolvere
1. Infrastruttura manuale obsoleta
L'impianto originale utilizzava strumenti di misura analogici da quadro, azionamento manuale delle valvole e controllori locali a singolo loop. Gli operatori percorrevano fisicamente l'impianto ogni due ore per leggere gli strumenti e regolare le impostazioni, con conseguenti ritardi nella risposta alle fluttuazioni della qualità dell'acqua e prestazioni di trattamento incoerenti.
2. Obbligo di fornitura continua
Il trattamento delle acque è un'operazione 24/7 che non può essere interrotta. L'ammodernamento doveva essere completato mantenendo la produzione di acqua trattata alla capacità di progetto, senza alcun degrado della qualità dell'acqua durante il periodo di transizione.
3. Qualità variabile dell'acqua grezza
L'acqua superficiale del fiume di origine subisce significative variazioni stagionali in termini di torbidità, pH e contenuto organico, specialmente durante la stagione dei monsoni. L'attuale sistema di dosaggio chimico manuale non riusciva a reagire abbastanza velocemente, producendo occasionalmente acqua che soddisfaceva a malapena gli standard normativi.
4. Elevati costi energetici
Le pompe di sollevamento operavano a velocità fissa con controllo della valvola di strozzamento, sprecando molta energia durante i periodi di bassa domanda. L'utility desiderava un controllo VFD per adattare la portata della pompa all'effettiva domanda di distribuzione.
5. Lacuna nel monitoraggio remoto
Senza SCADA, la gestione dell'utility non aveva visibilità in tempo reale sullo stato dell'impianto. Le decisioni operative si basavano su report cartacei giornalieri, ritardando la risposta a condizioni anomale e rendendo difficile l'ottimizzazione delle prestazioni.
Il nostro approccio e architettura di sistema
SENTRADO ha implementato un moderno sistema SCADA basato su PLC incentrato su un controller Siemens S7-1500 con stazioni I/O distribuite ET 200SP posizionate in tutto l'impianto. La rete di controllo utilizza PROFINET con switch gestiti e tutti gli strumenti di campo sono stati aggiornati a trasmettitori intelligenti con comunicazione HART per la diagnostica e la calibrazione remota. Il sistema automatizza il dosaggio chimico in base al feedback del rilevatore di corrente di flusso (SCD) per il dosaggio del coagulante, analizzatori di cloro residuo per il controllo della disinfezione e analizzatori di pH per il dosaggio di acidi/caustici.
I quadri VFD sono stati installati su tutte e sei le pompe di sollevamento principale e sulle quattro pompe di controlavaggio, consentendo un funzionamento a velocità variabile controllato dal PLC in base ai setpoint di pressione del sistema di distribuzione e al livello del pozzo chiaro. Ciò elimina gli sprechi di energia dovuti al controllo con valvola di laminazione e fornisce un avviamento dolce che riduce lo stress meccanico su pompe e tubazioni. L'algoritmo di ottimizzazione delle pompe ruota le assegnazioni di lead/lag per equalizzare l'usura e gestisce automaticamente l'avviamento delle pompe in base alla domanda.
Il sistema SCADA WinCC fornisce una panoramica grafica completa del processo di trattamento con trend in tempo reale, gestione degli allarmi e report normativi automatizzati. Un portale di accesso remoto sicuro basato su web consente al personale autorizzato di visualizzare lo stato dell'impianto, confermare gli allarmi e regolare i setpoint da qualsiasi posizione utilizzando l'autenticazione a due fattori. Il sistema include la sequenza automatizzata del controlavaggio dei filtri basata sulla perdita di carico e sul superamento della soglia di torbidità, ottimizzando il consumo di acqua di lavaggio e mantenendo al contempo le prestazioni dei filtri.
Punti salienti dell'architettura di sistema
- Controller Siemens S7-1500 con I/O distribuiti ET 200SP
- Dosaggio chimico automatizzato con SCD e feedback del cloro residuo
- Controllo VFD su tutte le 10 pompe con regolazione della velocità basata sulla pressione
- Trasmettitori HART intelligenti per diagnostica e calibrazione remota
- WinCC SCADA con accesso remoto basato su web e sicurezza 2FA
- Sequenziamento automatico del controlavaggio dei filtri basato su perdita di carico/torbidità
- Rete di controllo PROFINET con switch gestiti
- Rendicontazione automatizzata della conformità normativa
Parametri di sistema e configurazione
| Sistema di controllo | Siemens SIMATIC S7-1500 |
| Controller | 1 × CPU 1515-2 PN |
| Punti I/O totali | 680+ (AI: 120, AO: 40, DI: 380, DO: 140) |
| Protocollo di comunicazione | PROFINET / HART / Modbus TCP |
| HMI / SCADA | WinCC RT Advanced — 2 OS + client Web |
| Quadri di comando | 4 × IP54 con raffreddamento |
| Quadri VFD | 10 × ABB ACS580 (7.5kW–132kW) |
| Controllo delle pompe | 6 a sollevamento elevato + 4 di controlavaggio con VFD |
| Gamma di potenza | 400V trifase, 50Hz |
| Accesso remoto | Portale web sicuro con 2FA |
| Dosaggio chimico | Controllo automatizzato di coagulante, cloro e pH |
| Disponibilità del sistema | 99.5% |
Componenti chiave e hardware
Siemens CPU 1515-2 PN
6ES7515-2AM01-0AB0
Controllore principale dell'impianto
ET 200SP I/O
6ES7155-6AU01-0BN0
Stazioni I/O distribuite
WinCC RT Advanced
6AV2104-0DA06-0AA0
SCADA con navigatore web
ABB ACS580 VFD
3ABD00036842-D
Variatore di frequenza per pompe
SITRANS LUT400
7ML5050-0AA22-1DA0
Misuratore di livello ultrasonico per vasca di accumulo
SITRANS P220
7MF0300-1TE01-5AF2
Trasduttore di pressione per il controllo della pompa
SCALANCE XC216
6GK5216-0BA00-2AC2
Switch PROFINET gestito
Analizzatore HACH CL17
8572100
Analizzatore online di cloro residuo
Fasi del progetto
Progettazione di dettaglio
4 settimaneElenco I/O, filosofia di controllo, progettazione di rete
Produzione di quadri
4 settimane4 quadri di comando + 10 quadri VFD costruiti e testati
Sviluppo software
6 settimanePLC, SCADA, algoritmi di dosaggio, report
FAT
1 settimanaSimulazione completa con gli ingegneri delle utility
Installazione per fasi
6 settimaneInstallare a fianco del vecchio sistema, area per area
Messa in servizio
4 settimaneTest a umido, taratura dei loop, ottimizzazione VFD
Formazione e passaggio di consegne
2 settimaneFormazione degli operatori, documentazione, SAT
Risultati misurabili
Dati sulle prestazioni verificati dopo il commissioning del sistema e il funzionamento continuativo.
Funzionamento automatizzato continuo
Il monitoraggio remoto ha ridotto il personale in loco
Ottimizzazione del controllo pompe VFD
Precisione del dosaggio automatizzato
Prima vs Dopo: Confronto Quantificato
| Metrico | Prima | Dopo | Modifica |
|---|---|---|---|
| Tempo di attività del sistema | ~95% (intervento manuale) | 99.5% automatizzato | +4.5 pts |
| Operatori in loco | Squadra a turno completo (8+) | Riduzione del 50% tramite monitoraggio remoto | −50% |
| Consumo energetico | Linea di base (pompe a velocità fissa) | Risparmio del 25% tramite controllo VFD | −25% |
| Dosaggio chimico | Manuale, impreciso | 30% in meno di prodotti chimici tramite dosaggio automatico | −30% |
| Risposta agli allarmi | 30+ minuti | Avvisi remoti istantanei | Tempo reale |
Dati basati sui report di collaudo del progetto e su misurazioni operative sostenute. Il nome del cliente è disponibile sotto NDA.
Impatto sul risultato finale
Il sistema di automazione fornito ha superato tutti gli obiettivi di prestazione specificati nel contratto, raggiungendo una maggiore produttività, un minore consumo energetico e una migliore qualità del prodotto rispetto al funzionamento di base. Il cliente ha riportato un ritorno sull'investimento completo entro il periodo di ammortamento previsto e da allora ha incaricato SENTRADO per ulteriori fasi di espansione dell'impianto.
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