Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Pitnou vodu pro Pardubice zajišťují řídicí systémy Simatic

Před několika měsíci, když jsem s Oldřichem Kupou z firmy Siemens připravoval článek Digitalizace pro efektivní a udržitelný provoz vodohospodářských zařízení (vyšel v čísle 5-6/2022 a najdete ho na https://automa.cz/Aton/FileRepository/pdf_articles/13993.pdf), jsme se domlouvali, že navštívím a čtenářům představím některý z realizovaných vodohospodářských projektů. Proto jsem 20. dubna přijel do úpravny vody Hrobice, která patří firmě Vodovody a kanalizace Pardubice. Na místě mě kromě Oldřicha Kupy čekali Jaroslav Kubínek, výrobní náměstek firmy Vodovody a kanalizace Pardubice, a Kamil Škreptáč, vedoucí úpravny Hrobice.

 

Pane Kubínku, můžete nejprve představit firmu Vodovody a kanalizace Pardubice?

Jaroslav Kubínek: Vodovody a kanalizace Pardubice jsou akciovou společností, kde akcie drží města a obce bývalého okresu Pardubice. Společnost vyrábí a dodává pitnou vodu obyvatelům pardubické aglomerace, na Holicko i Přeloučsko.

 

Můžete mi něco říci o úpravně, kde se právě nacházíme?

Jaroslav Kubínek: Úpravna vody Hrobice je z roku 1959. Tehdy se v lese mezi obcemi Hrobice a Čeperka vyvrtalo prvních několik vrtů pro čerpání podzemní vody a vybudovala se tato úpravna. Její kapacita se postupně zvětšovala a kromě pramenišť Hrobice a Čeperka v současné době využívá i povrchovou vodu z písníku Oplatil. Upravená voda z Hrobic se čerpá do vodojemu Kunětická hora s kapacitou 15 000 m3.

 

Zdroje vody pro Pardubice

To je jediný zdroj vody pro Pardubice?

Jaroslav Kubínek: Ne. Na vodojem na Kunětické hoře je napojena také úpravna vody Monaco u Slatiňan, která bere vodu z Křižanovické přehrady. V době svého vzniku patřily obě úpravny stejné firmě, Východočeskému vodárenskému svazu, později Východočeským vodovodům a kanalizacím, ale nyní patří Monaco Vodárenské společnosti Chrudim. Nicméně obě firmy vzájemně spolupracují: voda z úpravny Monaco se čerpá do vodojemu na kopci u Mikulovic, který je ve stejné nadmořské výšce jako vodojem na Kunětické hoře. Oba vodojemy fungují jako spojené nádoby a mohou se vzájemně doplňovat. Podobně si v rámci nadregionální Vodárenské soustavy východní Čechy můžeme vypomáhat s Královéhradeckou provozní prostřednictvím napojení na vodojem v Novém Hradci Králové.

Důležitost tohoto propojení se prokázala v posledních letech, kdy modernizací procházela nejen naše úpravna, ale i úpravny v Chrudimi a v Hradci Králové, takže jsme vzájemné dodávky využívali velmi často, aby spotřebitelé nezaznamenali žádné odstávky zásobování vodou.

 

Úpravna Hrobice tedy využívá povrchovou i podzemní vodu?

Jaroslav Kubínek: Přesně tak. Podzemní voda se čerpá z hloubky osmi až deseti metrů z vrtů u Hrobic a Čeperky, povrchová voda pochází z bývalého štěrkopískového lomu Oplatil. Oplatil je v současné době dominantním zdrojem, pocházejí z něj dvě třetiny upravované vody.

 

Povrchová voda ale vyžaduje důkladnější úpravu než podzemní, že ano?

Jaroslav Kubínek: To máte pravdu. Zhoršující se klimatické podmínky v posledních letech kvalitu surové vody odebírané z písníku Oplatil výrazně ovlivnily. Největším problémem je zvyšující se koncentrace mikroorganismů a organických látek, která narůstá zvláště v suchém období, kdy hladina vody v písníku zaklesává.

Ovšem také u zdrojů podzemní vody musíme čelit postupnému zvyšování koncentrace pesticidů, proto bylo nutné intenzifikovat celkovou technologii úpravy podzemních vod.

 

Kde se v takové hloubce berou pesticidy?

Jaroslav Kubínek: Naše zdroje jsou v Polabí, kde je velmi intenzivní zemědělská výroba. Ve snaze zvyšovat výnosy se dříve pesticidy používaly ve velkém množství a postupně pronikly až do spodních vod. I když současní zemědělci pesticidy používají v menší míře, v podzemní vodě nacházíme i látky, které se již mnoho let nesmějí používat. Proto s tím při úpravě vody musíme počítat.

 

Postup úpravy pitné vody

Jak se čistí povrchová voda?

Jaroslav Kubínek: Vzhledem ke zhoršující se kvalitě jsme nejprve zkoušeli na dvou linkách čištění flotací, podobně jako v Chrudimi nebo v Hradci Králové, a současně dvě metody mikrofiltrace. Nakonec byla pro náš zdroj vybrána mikrofiltrace s keramickou membránou, která je schopná z vody odstranit veškeré mikroorganismy, pevné mikročástice a zákal.

 

Jak přesně čištění mikrofiltrací funguje?

Kamil Škreptáč: Systém membránové mikrofiltrace Amaya nám dodala firma Envi-Pur. Jde o přímou filtraci s předřazeným koagulačním stupněm. Při zanesení membrány se automaticky spustí zpětný tok a membrána se fyzikálními a chemickými procesy vyčistí. Výhodou je velká účinnost a malá spotřeba elektřiny i prací vody. Celý proces se automaticky přizpůsobuje kvalitě upravované vody.

 

Jak se čistí podzemní vody?

Kamil Škreptáč: K tomu slouží lamelové separátory a pískové filtry. U vody se nejprve upraví pH, potom jde na lamelové separátory, kde se odstraní železo a mangan, a dále do dvouvrstvých filtrů s pískem a antracitem.

 

Co se zmíněnými pesticidy?

Kamil Škreptáč: Ty se odstraňují v následujícím stupni. Oba proudy se smíchají v akumulační nádobě, kde se současně přidává ozon. Dále projde ošetřením UV lampou a přes filtry s aktivním uhlím. Nakonec se přidává chlor a tím je úprava vody hotová.

 

Jaký je vlastně výkon úpravny?

Kamil Škreptáč: Jmenovitý výkon je 200 l/s. Přitom ze zdroje Oplatil máme povoleno odebírat nejvýše 110 l/s a na prameništi 150 l/s. U prameniště navíc nesmíme překročit maximální roční odběr. Máme ověřeno, že 200 l/s úpravna bez problémů zvládne. Skutečný denní provoz se upravuje podle spotřeby tak, aby ve vodojemu byla dostatečná zásoba. Snaha je, aby se množství upravované vody měnilo zvolna, jinak to má nepříznivý vliv na kvalitu. Voda ve vodojemu vystačí pro Pardubice zhruba na 36 hodin, takže výpadek elektřiny, jaký jsme tu měli například během bouře Kyrill, zásobování vodou neohrozí.

 

Rekonstrukce úpravny

Pojďme se věnovat rekonstrukci úpravny vody. Kdy začala a jak probíhala? Co všechno se modernizovalo?

Jaroslav Kubínek: Projekt modernizace a intenzifikace úpravny vody v Hrobicích byl zahájen 9. července 2020. V rámci projektu byl v areálu úpravny vybudován nový objekt, kde je umístěna mikrofiltrace pro úpravu povrchové vody z písníku Oplatil, lamelové separátory pro úpravu podzemní vody a také kalové hospodářství. Modernizací spojenou s výměnou technologie prošel také stávající objekt úpravny vody.

Součástí projektu bylo rovněž vybudování 30 nových vrtů na prameništi Hrobice, výměna propojovacího potrubí z čerpací stanice v Čeperce, vybudování nového jímacího objektu a technická rekonstrukce čerpací stanice Oplatil.

 

Architektura ASŘ

Jaká je architektura automatického systému řízení úpravny vody?

Jaroslav Kubínek: Používáme systém s vícevrstvou architekturou. Na páteřní sběrnici s kruhovou topologií jsou připojeny podsítě jednotlivých zařízení. Tato topologie má výhodu ve velké odolnosti proti selhání.

Oldřich Kupa: Použili jsme zde PLC Simatic S7-1500 a z hlediska komunikace vy­užíváme jak Profibus-DP, tak Profinet. V infrastruktuře komunikační sítě Profinet jsou vy­užity prvky Scalance. Na pohonech jsou naše měniče Sinamics G120 a softstartéry. Pochopitelně i operátorské panely nesou značku Siemens, konkrétně Simatic Comfort Panel, a od firmy Siemens je i část provozních snímačů, například ultrazvukové hladinoměry na pískových filtrech.

Kamil Škreptáč: Jenom systém membránové mikrofiltrace Amaya a lamelové separátory byly dodány jako kompletní celky a mají vlastní autonomní řídicí systémy.

Jaroslav Kubínek: Při modernizaci úpravny na konci 90. let byl pro ASŘ vybrán systém švýcarské firmy Sauter WSR3000. Jenomže krátce po spuštění zkušebního provozu firma zrušila své české zastoupení a posléze přestala systém podporovat. To byl velký problém, protože jednotky, které nám byly dodány, nebyly naparametrovány a byly ve výchozím nastavení. Ani vizualizační systém neposkytoval dostatečný uživatelský komfort. Ačkoliv nám firma Geovap v roce 2002 pomohla systém zprovoznit, nemohli jsme dlouhodobě být bez technické podpory. Proto jsme systém brzy nahradili kompletní dodávkou od firmy Siemens. Šlo tenkrát o řídicí jednotky SC3000 s procesory, relé a motorovými vývody. Každý filtr měl svou vlastní řídicí jednotku, které navzájem komunikovaly přes Profinet. To bylo v roce 2010, takže jsme byli v Česku jedni z prvních, kdo Profinet využíval.

Tento decentralizovaný systém řízení se nám velmi osvědčil, a proto jsme ani po modernizaci nechtěli přejít na hvězdicovou topologii s jedním ústředním PLC nebo průmyslovým počítačem. Za velké plus považujeme také to, že máme digitální komunikaci důsledně dovedenou až na úroveň snímačů a akčních členů, do jednotlivých snímačů a regulovaných ventilů: páteřní kruhová sběrnice je optická, jednotlivé odbočky do technologických zařízení metalické.

 

Management energií

Bude se dodaný systém dále rozvíjet a doplňovat?

Jaroslav Kubínek: Chtěli bychom systém doplnit o management energií. Ve firmě máme energetický management jako součást účetního systému a údaje z elektroměrů se do něj zadávají ručně nebo se stahují ze systému SCADA. V současné době máme spotové ceny elektřiny, což je na jednu stranu příležitost, jak uspořit náklady, na druhou stranu to znamená, že je třeba spotřebu energie měřit v reálném čase. Chtěli bychom proto na úpravně vody vyzkoušet v pilotním projektu Siemens Energy Ma­nager. Jak jsem uvedl, výhodou stávajícího systému je digitální komunikace až na úroveň snímačů a akčních členů. Můžeme proto sledovat spotřebu až k jednotlivým pohonům s měniči a softstartéry a Siemens Energy Manager nám pomůže tato data využít k úspoře nákladů. Naším cílem je plánovat a optimalizovat spotřebu jednotlivých technologických zařízení, a to ručně dost dobře nejde: známe jmenovité příkony, ale neznáme souběhy spotřeby energií v úpravně jako celku.

 

Pane Kupo, máte se systémem Siemens Energy Manager už nějaké zkušenosti z jiných vodáren?

Oldřich Kupa: Ano, v Česku už máme dva pilotní projekty a tady v Hrobicích jsme ve stadiu technického návrhu.

 

Bude tu verze on-premise, nebo cloudová?

Oldřich Kupa: Tak to ještě nevíme. Za Sie­mens bychom doporučovali cloudovou verzi. Energetická data neslouží přímo k řízení procesu úpravy vody, nejsou kritická z hlediska dodržení reálného času.

Jaroslav Kubínek: To už je vlastně součást systému SCADA, ne ASŘ, takže požadavky na odezvu jsou volnější.

 

Jako systém SCADA používáte Retos, že?

Ano, úpravna je řízena systémem Retos od firmy QLine.

 

Vyplatí se Siemens Energy Manager?

Oldřich Kupa: Vyplatí. Tady určitě. Návratnost se liší projekt od projektu. Samotný software není nákladný, nákladný může být sběr dat, ale v tomto případě, kdy už je zavedena digitální komunikace, je implementace snadná.

Velikou výhodou je, že systém je certifikovaný pro ISO 50001, takže je to nástroj, který v budoucnu velmi pomůže při auditování systému energetického managementu. Pomůže vám například při vyčíslování uhlíkové stopy, což vás, pane Kubínku, určitě také čeká.

 

Kybernetická bezpečnost

Vodárenství je součástí kritické infrastruktury, a proto je velký důraz kladen také na kybernetickou bezpečnost. Mysleli jste na to při projektování modernizace řídicího systému úpravny?

Od prosince 2021 jsme Národním úřadem pro kybernetickou bezpečnost zařazeni mezi provozovatele základní služby. Z toho pro nás vyplývají povinnosti popsat a řídit bezpečnostní rizika související s výrobou a distribucí vody. V loňském a letošním roce proto zavádíme fyzická a organizační opatření k zajištění kybernetické bezpečnosti. Věnujeme se analýze rizik, psaní směrnic, instalaci firewallů a dalších bezpečnostních prvků, zálohování dat a tak dále. Pro úpravnu vody to znamená, že její řídicí infrastrukturu musíme maximálně izolovat od vnějšího světa. Veškerá komunikace musí být vedena vyhrazenými kanály, kde jsou instalovány nástroje vyhodnocující hrozící hackerský útok. Musíme sepsat smlouvy i se všemi firmami, které mají k našim systémům vzdálený přístup, protože zajišťují jejich údržbu a servis. Všude se musí používat vícefaktorové ověřování.

Oldřich Kupa: Na celé vnitřní síti jsou použity prvky Scalance, které mají kybernetickou bezpečnost již zabudovanou. Je jejich součástí a nemusí se nic přidávat. Naše prvky komunikační infrastruktury výrazně usnadňují zabezpečení celého systému, včetně propojení IT a OT, a jeho certifikaci. Je to ale stejné jako u funkční bezpečnosti: když má pohon bezpečnostní funkce, ještě to neznamená, že je bezpečný – je třeba analyzovat rizika celého zařízení a bezpečnostní funkce potom správně implementovat.

 

Proč právě Siemens

Pane Kubínku, proč jste si vybrali právě Siemens?

Jaroslav Kubínek: Po pravdě jsme si Siemens nevybrali, Siemens nám vybrala dodavatelská firma. V zadání výběrového řízení jsme ani nemohli uvést požadavek na konkrétní firmu a konkrétní zařízení. Bylo to tak, že projektovou dokumentaci připravovala společnost VIS – Vodohospodářsko-inženýrské služby. Vítězem výběrového řízení na zhotovitele projektu se stalo sdružení reprezentované společnostmi VCES, KUNST a GDF. Zatímco firma VCES realizovala stavební část projektu, firma KUNST dodala strojně-technologickou část a GDF elektroinstalace včetně automatizace. Projekt byl spolufinancován Evropskou unií. Celkové náklady na projekt byly 596 milionů korun. Fond soudržnosti v rámci Operačního programu Životní prostředí přispěl částkou 190 milionů a 49 milionů korun poskytlo Ministerstvo zemědělství České republiky.

Ovšem byli jsme rádi, když zhotovitel vybral jako dodavatele řídicího systému právě Siemens, protože to pro nás bylo pokračování kontinuity a záruka kvality řídicí techniky. Starý systém od firmy Siemens tu pracoval dvanáct let a v podstatě jsme o něm nevěděli, neměl žádnou závažnou poruchu.

Oldřich Kupa: My jsme při přípravě nabídky s firmou GDF spolupracovali a snažili jsme se jí připravit takové podmínky, aby měla šanci ve výběrovém řízení uspět.

Siemens v České republice v oblasti vodárenství nikdy nedodává celá řešení. Jdeme cestou maximální podpory významných partnerů, kteří pracují pro koncové zákazníky, jako jsou například Vodovody a kanalizace Pardubice. To znamená, že při přípravě projektu jsme vytvořili tým složený z odborníků na řízení pohonů, automatizaci a komunikaci a s nimi jsme firmě GDF pomáhali vytvářet optimální řešení.

 

Jaká je návratnost investice?

Jaroslav Kubínek: To je těžké spočítat, protože hlavním důvodem rekonstrukce nebylo zlevnit úpravu vody, ale vyhovět vyhlášce o pitné vodě i při rostoucím biologickém znečištění povrchové vody v důsledku stupňujícího se sucha. Pesticidy se dříve nemonitorovaly tak přísně, ale rozvoj analytických metod v posledních letech ukázal, že pesticidy a jejich metabolity v pitné vodě jsou a je třeba s tím něco dělat: kromě jejich odpovědnějšího používání je třeba je také z pitné vody odstraňovat. To jsme dříve nedělali a spoléhali jsme se, že budeme vždy pod stanovenými limity.

Kamil Škreptáč: Koncentrace pesticidů skutečně stále je pod stanovenými limity, ale časem by se k nim mohla přiblížit. Naše zdroje jsou navíc v dosti zatížené oblasti: je tu areál v Semtíně s chemickou výrobou, teplárna Opatovice, kolem vede dálnice, železniční trať a teče tu Labe. V lokalitě se počítá i s další těžbou štěrkopísku. To všechno má a bude mít vliv na kvalitu surové vody.

Jaroslav Kubínek: Proto spolupracujeme s Povodím Labe, s Masarykovou univerzitou i VUT v Brně na monitorování pohybu podzemní vody a na modelování výparu z písníků. Cílem je stanovit těžařům písku podmínky, které budou muset dodržet, aby kvalitu vody, kterou čerpáme, ovlivnili co nejméně. V písníku Oplatil v současné době testujeme technologii, která má zvýšit kvalitu vody, a plánujeme zastínění hladiny fotovoltaickými panely, abychom snížili výpar.

To je mimochodem další investice, kterou plánujeme: chceme snížit energetickou náročnost úpravny využitím obnovitelných zdrojů energie. Máme vytipované plochy na fotovoltaickou elektrárnu a do budoucna bychom chtěli mít úpravnu vody zcela nezávislou na elektrorozvodné síti.

 

Pánové, děkuji Vám za rozhovor.

 

 

(Rozhovor vedl Petr Bartošík.)

(Foto: Siemens)

 

Obr. 1. Úpravna vody Hrobice

Obr. 2. Rozdělovací objekt filtrace vody

Obr. 3. Pohled do velínu

Obr. 4. Ultrazvukový hladinoměr Sitrans na pískovém filtru

Obr. 5. Pohony řídí měniče Sinamics