Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Spolehlivé zásobování pitnou vodou pro Zwischenwasser

Propracovaný systém řízení procesů založený na softwarové platformě zenon od společnosti COPA-DATA pomáhá obyvatelům v rakouské obci Zwischenwasser zajišťovat spolehlivou dodávku kvalitní pitné vody nejen za běžného stavu, ale i ve stále častěji se vyskytujících obdobích sucha. Možnost snadného rozšiřování systému implementovaného dodavatelem BATech v budoucnu předurčuje přechod na koncept chytré obce.

Denní spotřeba vody na osobu v Rakousku je asi 135 litrů. Přestože se na pití a vaření spotřebují pouze 3 l, obyvatelé mají jistotu, že z kohoutku vždy vytéká kvalitní pitná voda. Klimatické změny a zemědělské či jiné vnější vlivy však vedou k tomu, že dokonce i v alpských oblastech bohatých na vodu již není neomezený přísun pitné vody z vodovodu samozřejmostí. Na cestě ke kohoutku koncového spotřebitele musí voda putovat několik kilometrů a protékat čerpadly, nádržemi, zásobníky a filtry.

Samosprávná obec Zwischenwasser (Gemeinde Zwischenwasser) se skládá ze tří vesnic, Muntlix, Batschuns a Dafins, celkem s téměř 3 300 obyvateli. Nachází se ve Vorarlbersku, nejzápadnější spolkové zemi Rakouska. Její název lze doslovně přeložit jako „mezi vodami“. Navzdory jménu i poloze na svazích pohoří není v této oblasti mnoho vhodných pramenů (obr. 1).

Čistá voda pro 3 300 obyvatel

O zásobování oblasti pitnou vodou se stará pět místních vodohospodářských družstev, která provozují jednu společnou zásobovací síť. Ta je navržena tak, aby vyrovnávala výkyvy mezi požadovaným množstvím a dodávaným objemem. Zahrnuje čtrnáct přečerpávacích stanic s celkem devatenácti čerpadly, dvanáct vysokoúrovňových nádrží a šest UV zařízení k dezinfikování vody. Již před časem byly vzájemně propojeny řídicí systémy jednotlivých stanic a napojeny na centrální velín umístěný ve středisku komunálních služeb. Zatímco v několika málo případech byly stanice napojeny na centrální systém optickými kabely, z převážné části byly pro přenos dat využity moduly GPRS a mobilní síť.

„Aktualizace informací v našem původním systému často probíhala se zpožděním několika hodin, takže v případě pochybností musel obvykle někdo jít zkontrolovat stanici lokálně,“ uvádí Martin Mathis, manažer komunálních služeb, který je zodpovědný za provoz vodovodní sítě v obci Zwischenwasser. „Vzhledem k tomu, že se stanice nacházejí kilometry daleko na exponovaných místech ve vysokých horách, představovalo to zejména v zimě velkou provozní překážku.“

Ve snaze získat platné informace

Nedostatečně spolehlivé údaje poskytované původním řídicím systémem znemožňovaly včasné reakce na výkyvy poptávky a dodávky a navíc bránily očekávanému plně automatizovanému provozu. Kromě toho, jestliže bylo nutné provést údržbu na místě, museli technici zahraničního dodavatele automatizačního systému cestovat na místo z velké vzdálenosti.

Ačkoliv systém nebyl provozován ani deset let, pět družstev se společně rozhodlo pro jeho kompletní renovaci. Bylo vypsáno výběrové řízení na dodávku řídicího systému, díky němuž by monitorování a údržbové práce byly praktičtější a udržitelnější. Vítězné řešení muselo umožnit přístup do systému nejen pracovníkům údržby přítomným ve velínu, ale prostřednictvím mobilních zařízení i těm v terénu.

Ucelený koncept automatizace

Obec Zwischenwasser zvolila pro vypracování návrhu a pro implementaci nového systému řízení dodávky pitné vody společnost BATech e. U. Její majitel, Daniel Bachmann, se může pochlubit patnácti lety zkušeností v oblasti automatizace. BATech vyvíjí koncepty řízení pro veřejné služby, jako jsou např. bioplynové stanice využívající softwarovou platformu zenon od firmy Copa-Data. BATech navíc sídlí v obci Zwischenwasser, což také usnadňuje spolupráci při odstraňování problémů, údržbě a rozšiřování systému.

„Díky škálovatelnosti systému zenon lze navrhovaný koncept automatizace v budoucnu krok za krokem rozšiřovat a vybudovat tak kompletní systém řízení pokrývající celou komunální infrastrukturu,“ zdůrazňuje Daniel Bachmann, čímž poukazuje na rozhodující faktor úspěchu projektu. „Vzhledem k tomu, že se zenon již úspěšně používá v četných projektech zaměřených na vytváření chytrých měst, je vybaven mnoha potřebnými funkcemi.“

Řešení vytvořené společností BATech pro obec Zwischenwasser zahrnuje nahrazení ovládacích prvků v nezávislých stanicích moderní technikou. Tam, kde to bylo nutné, byly stanice modernizovány a přeprogramovány na plně automatický provoz čerpadel nebo regulačních ventilů. To usnadňuje rychlou detekci poškozeného potrubí nebo zvýšených průtoků a umožňuje odpovídající reakci na vzniklou situaci. Snímače hladiny, průtoku a tlaku zůstaly do značné míry nezměněny, byla však doplněna jejich rozhraní pro externí komunikaci.

Data ze vzdálených stanic putují přes spojení VPN na centrální server ve středisku komunálních služeb oblasti Zwischenwasser. Zde zenon data shromažďuje, zpracovává a zajišťuje vzájemnou koordinaci jednotlivých částí systému. BATech využil otevřené, modulární systémové struktury této softwarové platformy k vytvoření přizpůsobené a zároveň modulární aplikace.

Kompletní přehled o všech sedmnácti stanicích

BATech použil zenon k implementaci ergonomického a flexibilního konceptu ovládání. Na obrazovce pracovní stanice ve velínu mají operátoři k dispozici geografické a hydraulické přehledy celého zařízení a všech sedmnácti stanic (obr. 2). Na první pohled tak mají k dispozici informace o aktuálním stavu vody ve všech nádržích a o spotřebě vody v každé vesnici. Výběrem konkrétní oblasti v základním přehledovém zobrazení se pak uživatelé mohou zaměřit na detailnější náhled jednotlivých přečerpávacích stanic (obr. 3).

Toto ergonomické uživatelské rozhraní mohou využít také dohledoví pracovníci jednotlivých vodohospodářských družstev. Na řídicích obrazovkách u každé z nádrží mohou získat přehled o celém systému a procházet všemi jeho částmi. Ve své vlastní doméně mají přístup ke všem možnostem ovládání a manuálního zásahu (obr. 4).

Důležitou součástí provozní koncepce je analýza trendů (obr. 5). Ukazuje operátorům na první pohled výkyvy v distribuci vody v síti a tvoří důležitý základ pro rozhodování o krátkodobých zásazích. „Pomocí softwaru zenon vytvořila firma BATech řešení s využitím trendů, které zajišťuje vynikající transparentnost,“ potvrzuje Martin Mathis. „To nám umožňuje proaktivně zabránit lokálnímu nedostatku vody místo toho, abychom se starali o následné škody.“

Hlášení poruch na mobilní zařízení

Od uvedení nového řídicího systému do provozu fungují zařízení pro zásobování pitnou vodou v obci Zwischenwasser nepřetržitě plně automaticky. Systém zaznamenává a archivuje všechny parametry, data a provozní podmínky. Ty pak lze v případě potřeby kdykoliv zobrazit. Pro následné analýzy a jako základ pro opravy a údržbu poskytuje systém také volně definovatelné zobrazení křivek s využitím dat získaných z různých procesů, hlášení, zpráv, protokolů a alarmů.

Funkce, které jsou v zenonu samozřejmostí, jako je údržba na dálku a aktualizace za běhu systému, se používají k provádění úprav projektu během provozu a umožňují hladkou údržbu, kontrolu a aktualizaci bez nutnosti zastavit systém. „Od zavedení používají pro provoz a údržbu systému naši operátoři hlavně mobilní zařízení, na která zenon zasílá zprávy o chybách,“ vysvětluje Martin Mathis a zdůrazňuje tím další faktor, který usnadňuje provoz: „Nyní mohou svou pohotovostní službu vykonávat z domova.“

Další krok k chytré obci: integrace solných sil

Prvním krokem k rozšíření konceptu automatizace na systém kompletní správy pro veškerou komunální infrastrukturu v obci Zwischenwasser byla integrace solných sil používaných pro zimní údržbu silnic (obr. 5). „Vzhledem k tomu, že zenon má ovladač pro používané řídicí PLC, nebyl to velký problém,“ vzpomíná Daniel Bachmann. „Integrace sil do řídicího systému, včetně vytvoření samostatného HMI, byla provedena během jednoho odpoledne.“

Obec Zwischenwasser, která byla již v minulosti oceněna za provádění moderní energetické a klimatické politiky na místní úrovni, vytvořila pomocí systému řízení založeného na zenonu základ pro inteligentní propojení všech komunálních systémů. To znamená, že oblast je na cestě stát se chytrou obcí.

Peter Kemptner

 

Obec – Gemeinde

V Rakousku jsou obce – Gemeinde – základní jednotkou veřejné správy s právní subjektivitou. Může jít o městské obce nebo, jako v případě Zwischenwasseru, o venkovské obce – historicky je venkovská obec sdružení usedlostí a malých vesnic okolo střediskové vesnice nebo městečka, kde sídlili rychtář a farář, společní pro celou obec, a kde se zpravidla též konaly obecní trhy.

Zenon jako komunální řídicí systém v obci Zwischenwasser:

  • poskytuje ucelený přehled prostřednictvím hydraulického a geografického zobrazení na velkoplošné obrazovce,
  • jeho použití je snadné,
  • přístup do systému je nezávislý na poloze, není třeba přítomnost ve velínu,
  • využití mobilních webových klientů včetně zasílání zpráv SMS zkracuje dobu odezvy,
  • díky mnoha dostupným ovladačům je snadno rozšiřitelný.

 

Obr. 1. Dodávka pitné vody pro Zwischenwasser (foto: Werner Schnetzer)

Obr. 2. Systém poskytuje operátorům přístup k přehledu společného zásobování pitnou vodou pro oblast Zwischenwasser

Obr. 3. Úroveň podrobností zobrazená v přehledu stanic je libovolně volitelná

Obr. 4. Vizualizační řešení vytvořené pomocí zenonu zvyšuje uživatelskou přívětivost

Obr. 5. Důležitou součástí konceptu provozu je analýza trendů jako základ pro rozhodování o krátkodobých zásazích

Obr. 6. Integrace solných sil používaných pro zimní údržbu silnic je prvním krokem k rozšíření koncepce automatizace na řídicí systém pro celou komunální infrastrukturu v oblasti Zwischenwasser