Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Řídicí a informační systém úpravny vody Želivka

číslo 2/2003

Řídicí a informační systém úpravny vody Želivka

Pitná voda pro Prahu

Pitnou vodu pro Prahu, část Středočeského kraje a kraje Vysočina zajišťuje akciová společnost Pražské vodovody a kanalizace (PVK) v závodě Úpravny vody, který má tři provozy: Želivka, Káraný a Podolí. Tyto úpravny vody dodávají průměrně 5 m3/s pitné vody, přičemž kapacitu lze zvýšit až na 9 m3/s.

Největší z těchto tří úpraven vody je Želivka. Její podíl na dodávkách pitné vody je zhruba 64 % (25 % pitné vody dodává Káraný; nyní je podíl Želivky i Káraného větší, protože úpravna vody Podolí, která obvykle pokrývá přibližně 11 % spotřeby pitné vody, je po povodních odstavena v pohotovostním režimu).

Obr. 1.

Úpravna vody Želivka

Úpravna vody Želivka (obr. 1) je tvořena dvěma základními komplexy: hydrotechnickým a vodárenským. Hydrotechnický komplex představuje přehradní nádrž o ploše 1 432 ha s celkovým objemem zdrže 266 mil. m3. Vodárenský komplex tvoří čerpací stanice surové vody, úpravna vody, štolový přivaděč ze Želivky do Jesenice a vodojem Jesenice.

Obr. 2.

Surová voda se odebírá z vodárenské nádrže a je vedena do čerpací stanice u paty hráze. Zde jsou osazena čtyři čerpadla BQBV 600 s výkonem 1 m3/s, dvě čerpadla BQLV 1000 (3 m3/s) a pět BQDV 1000 (3,6 m3/s). Surová voda je dopravována dvěma výtlačnými řady do rozdělovacího objektu, kde se průtok dělí do tří samostatných linek. Základní technologie úpravy vody na těchto linkách zahrnuje destabilizaci, agregaci a jednostupňovou separaci na otevřených pískových filtrech. Surová voda se destabilizuje přidáním síranu hlinitého. Na první lince navazuje na dávkování síranu hlinitého rychlomísič a flokulační nádrž. U druhé a třetí linky na destabilizaci bezprostředně navazuje agregace, která je zajištěna rychlým mícháním ve dvou rychlomísičích. Dalším stupněm úpravy vody je separace na pískových filtrech. První linka má 32 filtračních jednotek, druhá a třetí po dvanácti filtrech. Linky mají vlastní provozní čerpací stanici. Voda použitá při praní filtrů se vypouští do odkalovací nádrže (na obr. 1 vpředu). Do filtrované vody se dávkuje ozon, který zlepšuje organoleptické vlastnosti vody a účinně ničí mikroorganismy (ozonizační zařízení dodala firma Trailligaz). Zbytkový ozon se likviduje v destruktorech. Následuje měření množství vyrobené vody v měrném objektu, úprava alkality vápennou vodou a zdravotní zabezpečení chlorem na zařízení firmy Wallace + Tiernan. Dále je možné, zvláště při mimořádných stavech, do vody dávkovat aktivní uhlí, manganistan draselný a pro úpravu pH kyselinu sírovou.

Z měrného objektu jde voda do dvou regulačních vodojemů a do štolového přivaděče. Jeho délka je 51 km; končí uzávěrovou komorou před jesenickým vodojemem. Přivaděč má kruhový profil o průměru 2,64 m. Objem vodojemu Jesenice je 200 000 m3; na něj navazuje hlavní pražský vodovodní řad.

Řízení úpravny vody a štolového přivaděče

Výstavba úpravny vody probíhala od poloviny šedesátých let minulého století ve třech etapách. V rámci třetí etapy výstavby byl v roce 1987 pro řízení úpravny vody instalován počítač ADT 4500. Tento počítač prostřednictvím přibližně 1 000 vstupních a výstupních signálů ovládal a monitoroval zásadní části technologického procesu. Byl to centralizovaný systém, pouze pro řízení druhé a třetí linky úpravny vody byly využívány programovatelné automaty Zepalog. Systém byl provozován neuvěřitelných patnáct let. Je jasné, že ke konci života byl velmi nespolehlivý a jeho údržba vyžadovala značné úsilí. Proto bylo v roce 1999 vypsáno výběrové řízení na výměnu informačního a řídicího systému úpravny vody a štolového přivaděče a od dubna 2000 do září 2002 byla tato výměna postupně realizována. Investorem rekonstrukce byla Pražská vodohospodářská společnost, a. s., pro realizaci byla vybrána firma Unicontrols, a. s., a na realizaci se podílely firmy ČKD Praha DIZ, a. s. (elektrozařízení) a Ingea, s. r. o. (aplikační programové vybavení).

Podsystém úpravny vody
Celý systém má dva podsystémy (obr. 3). Podsystém úpravny vody má 24 procesních stanic, které umožňují samostatně řídit jednotlivé funkční celky. Centrální stanice realizuje pouze nadřazené řízení, aplikační programy jsou instalovány v aplikačních stanicích, spojených s centrální stanicí metalickými a optickými kabely. Na čerpací stanici surové vody je pro každý pohon instalována samostatná procesní stanice. Na první filtrační lince je zapojeno 32 distribuovaných I/O modulů pro ovládání jednotlivých filtrů. I/O moduly jsou rozděleny do čtyř skupin, z nichž každá je připojena samostatnou sběrnicí CAN na procesní stanici filtrace. Do systému je zapojeno také dávkování chemikálií, chlorovna, ozonizace a laboratoř. Systém zahrnuje také monitorování a ovládání rozvoden 22 kV a 6 kV. V současné době se testuje a ladí program pro řízení pohonů čerpadel surové vody a kuželových uzávěrů podle požadovaného výkonu úpravny s kritériem minimální spotřeby elektrické energie. Čerpadla mají různou výtlačnou výšku, jejich provoz je tedy závislý na výšce hladiny vody v nádrži, a to znesnadňuje vykonávání provozních zkoušek v plném rozsahu.

Obr. 3.

Podsystém štolového přivaděče
Druhý podsystém je podsystém štolového přivaděče. Sběr dat ze všech  objektů přivaděče po celé jeho délce je zabezpečen radiostanicemi RACOM 4000S21L. V každém objektu je samostatná procesní stanice, která řídí provoz a na niž je připojen elektronický zabezpečovací systém (EZS). Centrální stanice štolového přivaděče monitoruje hydraulické poměry celého přivaděče a umožňuje automatické řízení podle hladiny regulačního vodojemu na Želivce nebo podle požadovaného průtoku. Kritériem řízení je minimalizace počtu zásahů, omezující podmínky jsou dány provozním řádem přivaděče.

Technická realizace

Procesní úroveň řízení je realizována systémem Unicon II. V obou podsystémech úpravny vody je celkem 45 procesních stanic, jejichž základem jsou průmyslové počítače PEP Modular Computers s 16bitovými nebo 32bitovými procesory a s operačním systémem reálného času. Na procesní stanice je připojeno více než 7 000 I/O signálů. Procesní stanice se programují programovacími jazyky podle normy ČSN EN 61131-3 softwarovým nástrojem UniCap, a to lokálně nebo z nadřazených stanic. Stanice mají vlastní diagnostiku, je možná výměna modulů za provozu. Komunikace s databázovými servery je změnová.

Operátorská úroveň je řešena pomocí vizualizačního systému IGSS32 (7 Technologies). Sedm operátorských pracovišť je umístěno ve velínu a lokálně u příslušných provozů. Dalších jedenáct pracovišť je informačních, bez možnosti zasahovat do řízení úpravny vody. Jejich síť je z bezpečnostních důvodů oddělena od sítě operátorských pracovišť.

Obr. 4.

Data jsou operátorským a informačním stanicím poskytována ze dvou serverů CELL, které jsou konfigurovány jako tzv. horká záloha. Přenosová rychlost sítí LAN-OP i LAN-INF je100 Mb/s. Operátor má k dispozici třináct hlavních technologických snímků a 110 vnořených snímků pro detailnější rozbor situace. Systém zabezpečuje většinu funkcí, které jsou u vizualizačních systémů této kategorie obvyklé: archivaci dat, editaci a archivaci alarmů, správu přístupových práv, tvorbu provozních deníků, bilancí atd. Z nich je pro úpravnu vody důležitá 24hodinová bilance, z které lze určit dodržování výrobních postupů a spočítat aktuální cenu vyráběné pitné vody.

Přínosy

Provozovatel díla si cení přínosu nového řídicího a informačního systému především ke zlepšení kontroly parametrů úpravny vody a hospodárnosti jejího provozu. Nezanedbatelný je příspěvek ke zvýšení bezpečnosti provozu (zapojení EZS na objektech úpravny a štolového přivaděče). Systém je uživatelsky velmi příjemný. Modularita systému usnadňuje jeho údržbu a případnou modernizaci a rozšíření.

Další investicí, která naváže na výměnu řídicího a informačního systému, bude přebudování hlavního velínu úpravny a instalace velkoplošných zobrazovacích panelů tak, aby velín vyhovoval nejen potřebám operátorů, ale i potřebám prezentace komplexu řízení této vodárenské technologie.

(Petr Bartošík)

Inzerce zpět