Úpravna vody Hrdibořice (vliv změny provozovatelské
společnosti na řízení vodohospodářské infrastruktury)
Ing. Jiří Kašparec, obchodně - technický manažer (VAE CONTROLS, s.r.o., Ostrava) Ing. Pavel Řepka, ředitel (Vodovody a kanalizace Prostějov, a.s.) ______________________________________________________________________ Poděkování Ing. Jiří Suchánek – za poskytnutí aktuálních provozních údajů Ing. Oldřich Hladký – za trvalou inspiraci a cenné informace k rekonstrukci ÚV Hrdibořice v roce 1996 Úvodem V poslední době dochází k častému přeskupování a integraci provozních vodárenských společností. Je proto nutné dbát na nejen na zjednodušení jejich organizační struktury, centralizaci jednotlivých obslužných provozů, ale i na sjednocování vodárenských soustav z hlediska efektivního řízení. K tomu by mělo docházet nejen na straně strategického řízení, ale i v oblasti operativního, dispečerského řízení. K tomu, aby to tento oprávněný požadavek majitelů provozních vodárenských společností byl plněn, musí dispečerské řízení splňovat zejména podmínku tzv. "otevřenosti systému". Pak teprve je umožněno vzájemné propojování, slučování a zastupování řízení vodárenských soustav a integrace dat do jednoho nově tvořeného podnikového centra. Tento požadavek vyvstal i u Moravské vodárenské společnosti v Prostějově. V následujícím textu jsou čtenáři přiblíženy dvě rekonstrukce řídicího systému ÚV Hrdibořice. První z nich proběhla v roce 1996 a druhá v roce 2009. V další části jsou stručně shrnuty obecné zásady pro postup při zavádění anebo modernizaci řídicího systému a v závěrečné části je na konkrétním případu popsáno, jak ovlivňuje změna provozovatele řízení vodárenské infrastruktury. Základní údaje o ÚV Hrdibořice Úpravna vody Hrdibořice se nachází přibližně 5 km východně od Prostějova a je provozována společností Středomoravská vodárenská, a.s., členem skupiny Veolia Voda. Surovou vodu odebírá z jímacího území Hrdibořice, které se nachází v jejím blízkém okolí. Výkon úpravny je 90 l/s a celková roční výroba vody se v posledních letech pohybuje těsně pod hranicí 1,4 mil. m3. Je tak největší úpravou vody na Prostějovsku a zásobuje zhruba 50 tisíc obyvatel. Upravená voda je ze dvou akumulačních nádrží v úpravně čerpána na dva vzdálené vodojemy Dubany a Stráž. Přibližně stejné množství vody dodává do sítě na Prostějovsku ještě vodní zdroj Smržice, voda z něj však není upravována. Rekonstrukce ÚV Hrdibořice v roce 1996 Práce na rekonstrukci ÚV Hrdibořice byly zahájeny v srpnu roku 1996 a dokončeny v prosinci téhož roku. Tehdejší rekonstrukce zahrnovala stavební práce, strojně technologické práce, instalaci zařízení měření a regulace, instalaci automatizovaného systému řízení a zřízení radiové sítě pro komunikaci s okolními vrty a studnami.
103
Původní řízení technologického procesu úpravy vody bylo prováděno ručně z čelních panelů elektrických rozváděčů, s indikací jednotlivých stavů kontrolkami a s využitím jednoduchých releových automatik. Byl to systém v té době obvyklý u obdobných vodárenských objektů. Nově zbudovaný systém zajišťoval řízení prostřednictvím tehdy moderního centrálního programovatelného automatu (PLC). Stejným systémem byly řízeny i příslušné objekty na jímacím území. Každý objekt měl své samostatné místní automatické řízení, které bylo koordinováno z centrálního systému řízení úpravny přes rádiovou datovou síť. To se později ukázalo jako prozíravé rozhodnutí z hlediska majetkoprávních vtahů s vlastníkem okolních pozemků. Takto byly na jímacích objektech řízeny např. otáčky (a tím i výkon) ponorných čerpadel ve vrtech v závislosti na aktuální potřebě procesu úpravy vody. Rádiová datová síť zajistila následně i přenos vybraných technologických dat z úpravny na centrální vodárenský dispečink v Prostějově. Přitom bylo nutno vycházet z potřeby dálkového přenosu údajů o stavu hladin v několika desítkách vodojemů v okolí Konice, v té době používající ke komunikaci mezi sebou a dispečinkem umístěným v Konicích rádiový přenos jiného dodavatele. Obsluha úpravny získávala informace o technologickém procesu a mohla jej také ovládat pomocí vizualizačního software instalovaného na standardním PC. Je důležité podotknout, že tehdejší vedení společnosti a odpovědní provozní pracovníci VAK Prostějov měli v té době neobyčejně podrobně zpracovaný celkový záměr řízení svých vodohospodářských objektů i s výhledem do budoucnosti. To výrazně usnadňovalo projektování řídicího systému nejen na ÚV Hrdibořice a jejím prameništi, ale i při pozdějším rozšiřování vodárenského dispečinku o další vodárenské objekty ve vzdáleném okolí. Vybudovaný dispečerský systém byl následně využit nejen na monitoring a řízení vodárenských objektů, ale i k dalším účelům. Můžeme jmenovat např. projekt na snižování ztrát vody v trubní síti, sledování stavu katodové ochrany na přivaděči vody do Prostějova a v pozdějších letech také integraci řízení kanalizačních a čistírenských objektů a přenos vybraných údajů ze stanice podtlakové kanalizace Bedihošť. Modernizace řídicího systému ÚV Hrdibořice v roce 2009 V roce 2009 proběhla na ÚV Hrdibořice celková výměna řídicího systému. Hlavními důvody pro tuto rekonstrukci byly: -
nedostupnost náhradních dílů (komponentů) pro „starý“ systém, především pro programovatelný automat, který řídí celý technologický proces – vzhledem k potřebě bezproblémového provozu úpravny se jednalo o kritický faktor, který bylo nutné odstranit;
-
problémy při provozu rádiové sítě – datová komunikace mezi ÚV a jímacími objekty probíhala ve stejném rádiovém pásmu jako komunikace mezi dispečinkem a celou vodohospodářskou sítí Prostějovska. To způsobovalo problémy zejména s příliš dlouhou odezvou na řídicí signály;
-
zastaralost ovládacího software pro obsluhu ÚV – systém bylo stále obtížnější udržovat a rozšiřovat, zejména kvůli jeho zastaralé platformě.
104
Je nutné zmínit, že i přes popsanou morální zastaralost fungoval původní systém poměrně spolehlivě a nikdy neselhal do té míry, že by byla odstavena funkce úpravny. Po zhodnocení technické a finanční náročnosti několika variant byla zvolena varianta kompletní výměny řídícího programovatelného automatu PLC, instalace serveru a operátorské stanice PC a výměna stávajících rádiových přenosů mezi úpravnou a jímacími objekty za moderní mikrovlnné datové spoje (dnes obecně známé pod označením wi-fi). V úvahu připadaly i dvě další varianty jen částečné obnovy řídicího systému, ale jeho kompletní výměna by byla v blízké budoucnosti stejně nevyhnutelná. Zvolené řešení má všechny předpoklady dlouhé životnosti a zcela naplňuje kritérium využití tzv. nejlepší dostupné technologie. Nový řídicí automat je navržen tak, aby splňoval všechny požadavky na moderní řízení technologických procesů – modularita, rozšiřitelnost a dostatečná výpočetní kapacita pro případ rozšíření, vysoká spolehlivost, komerční dostupnost náhradních dílů. Byl vybrán systém renomovaného výrobce, se kterým má dodavatel díla dlouholeté pozitivní zkušenosti z mnoha aplikací. Z tohoto je zřejmá snaha o co instalaci co nejspolehlivějšího řešení s dlouhou životností. Pro tzv. operátorské rozhraní byla stanovena obdobná kritéria jako pro řídicí automat. Navíc bylo klíčovou podmínkou, aby zvolený systém umožňoval snadný přenos vybraných dat na centrální dispečink v Prostějově. Zvolený systém SCX SCADA tyto podmínky beze zbytku splňuje a navíc se jedná o systém uživatelsky otevřený, který umožňuje provozovateli provádět poměrně snadno změny a stát se tak méně závislým na službách poskytovaných dodavatelem. Nové mikrovlnné datové spoje zajišťují rychlou a spolehlivou komunikaci mezi úpravnou vody a jímacími objekty a tím umožňují jejich efektivní řízení podle provozních potřeb úpravny. Pracují v jiném pásmu než zbytek rádiové sítě provozovatele a nedochází tedy k jejich vzájemnému ovlivňování. Rekonstrukce řídicího systému probíhala v období od června do listopadu 2009 v několika etapách tak, aby byl provoz úpravny narušen co nejméně. Výhodou bylo, že nedocházelo k výměně sytému měření a regulace, všechny sondy, snímače a akční členy tedy zůstávaly původní. V první fázi byly osazeny novým systémem jednotlivé jímací objekty, a následně byly oživeny nové datové spoje na úpravnu. Na úpravně byl kompletně nainstalován a spuštěn nový řídicí automat a operátorské rozhraní. Nový software byl již připraven předem podle zpracovaného projektu řídicího algoritmu úpravny. Samotné „překlopení“ starého systému na nový proběhlo plánovaně a byla před ním provedena příslušná provozní opatření. Přepojení proběhlo bez zásadních komplikací a odstávka úpravny netrvala déle než 8 hodin. Poté proběhla ještě parametrizace systému, tedy doladění řídicího algoritmu podle potřeb technologického procesu a úspěšné provozní zkoušky. Je nutné podotknout, že celé akci předcházela důkladná projekční příprava. Jen díky tomu bylo možné provést bezpečné přepojení na nový systém, zejména minimalizovat riziko komplikací při jeho spouštění. Nezbývá než tento postup doporučit k aplikaci nejen u řídicích systémů, ale v podstatě obecně pro jakékoliv investiční akce. Ze zkušeností je zřejmé, že tento postup se v naší zemi ještě dostatečně nevžil. Bohužel solidní dodavatel, který nabízí tento postup je často převálcován nízkými cenami dodavatelů, kteří často nemají v oboru dostatečné zkušenosti a neuvědomují si ani dostatečně výše zmíněné souvislosti. Následně dochází ke komplikacím při dodávkách, prodlužování odstávek, vícepracem atd. To v konečném důsledku může stát provozovatele více peněz než případná dražší nabídka renomovaného dodavatele.
105
Obecně návrh ASŘ a jeho zásady Vzhledem k výše uvedenému považuje autor za nezbytné shrnout stručně obecné zásady pro návrh a budování moderních řídicích systémů. Při jejich posouzení a dodržení lze již v první fázi přípravy projektu rozpoznat případné nesolidní dodavatele a předcházet tak nepříjemným překvapením při realizaci nebo provozování systému. V uplynulých přibližně 15 letech vložily vodárenské společnosti v České republice nemalé prostředky do budování a obnovy systémů řízení vodohospodářské infrastruktury. Byly budovány vodárenské a kanalizační dispečinky a byla automatizována většina objektů na vodovodních i stokových sítích. Tento proces ovšem není dokončen a ani nikdy zcela dokončen nebude. Tak jak se mění urbanizace území, mění se i struktura a stáří sítí a objektů a spolu s tím se mění i struktura řídicího systému vodovodní i stokové sítě. Z pochopitelných důvodů i řídicí systém podléhá stárnutí, a protože nejstarší řídicí systémy dnes již pracují 15 i více let, přichází dnes již období jejich postupné modernizace. V některých případech je vynucena zvýšenou poruchovostí, často se ale jedná o zestárnutí morální. To se projevuje zejména nekompatibilitou starších systémů s moderními prostředky výpočetní techniky, nedostupností náhradních dílů a komponentů v případě požadavků na změny a rozšíření systémů. Stačí si uvědomit, že teprve před 15 lety se na trhu objevil tehdy revoluční operační systém Windows 95 a kolika změnami od té doby prošel! Respektování níže uvedených základních zásad přispívá nejen k hladkému průběhu při zavádění řídicího systému, ale zejména prodlužuje právě onu zmíněnou morální životnost systému. - Řídicí systém musí být navrhován v počátečním stádiu návrhu všech procesů v plném rozsahu jako jejich rovnocenná a nedílná součást. - Při navrhování řídicího systému musí být zohledněny požadavky provozovatele na druh a množství informací přenášených z jednotlivých objektů na centrální dispečink. - Koncepce místního řízení musí být navrhována speciálně pro každý objekt s ohledem na použitou technologii a odbornou kvalifikaci obsluhy (pokud se jedná o objekt s obsluhou). Koncepce centrálního dispečinku a podružných dispečinků by naopak měla být jednotná. - Realizaci musí přecházet důkladná projekční příprava, projektant řídicího sytému musí být znalý technologie daného objektu a projekt musí obsahovat mimo jiné také důkladný popis řídicího algoritmu. - Řídicí systém musí být modulární, rozšiřitelný, nezávislý na jednom dodavateli a musí podporovat datové přenosy přes standardní rozhraní ať už kabelová nebo bezdrátová (rádio, GSM, internet). - Je žádoucí využití dat z řídicího sytému pro další funkce – snižování ztrát vody, sledování spotřeby materiálů, energií a opotřebení strojních součástí, automatizované předávání získaných dat potenciálním zájemcům (veřejnost, vlastníci infrastruktury, vodoprávní úřad) a mnoho dalších. Nabízený systém musí tyto funkce umožňovat. Důsledky nedodržování těchto zásad jsou vesměs negativní. Mohou sice přinést relativní úsporu investičních prostředků, ale při uvádění do provozu a samotném provozování je tato úspora neobyčejně rychle převýšena zvýšenými provozními náklady, odstávkami, omezenou funkčností apod.
106
Dosavadní poznatky z rekonstrukcí a zavádění nových řídicích systémů nepotvrzují dosud plnění ve všech bodech všeobecných požadavků. Nejčastěji způsobuje problémy fakt, že řídicí systém nestojí v počátečním stádiu návrhu vždy jako zcela rovnocenná část ostatním částem daného objektu (stavba, technologie). Jednou z příčin může být menší informovanost zainteresovaných pracovníků oboru o způsobech, možnostech a významu řídicích systémů. Přetrvává také dodatečné předkládání požadavků na zpracování provozních dat a propojení s informačními systémy vodárenské společnosti. Na výše popsaném příkladu ÚV Hrdibořice byly tyto podmínky splněny a také v důsledku toho nedošlo při realizaci díla k žádným zásadním komplikacím, byl dodržen termín předání díla a úpravna byla odstavena jen na minimální možnou dobu. Dlužno podotknout, že cena za dílo nebyla navýšena o žádné vícepráce. Využití prostějovského CD a jeho návaznost na CD v Olomouci Modernizace řídicího systému ÚV Hrdibořice měla i další velmi důležitý aspekt. Vybraná technologická data byla původně předávána jen na centrální dispečink v Prostějově. V roce 2007 došlo ke změně provozovatele vodárenské infrastruktury na Prostějovsku. Provozovatelem se stala Moravská vodárenská, a.s. a VaK Prostějov, a.s. zůstal vlastnickou společností infrastruktury. Po této změně vyvstal požadavek na přenos dat ze stávajícího dispečinku v Prostějově na centrální dispečink v Olomouci za účelem monitoringu a také na možnost vzdáleného řízení objektů vodovodní a kanalizační sítě na Prostějovsku z Olomouce. Veškeré běžné dispečerské úlohy ovšem zůstaly zachovány na původním dispečinku v Prostějově. Zásadním faktem pro provedení tohoto propojení dvou systémů bylo, že každý systém byl od jiného dodavatele. Pokud by byly oba systémy navrženy jako uzavřené, nebylo by možné jejich propojení vůbec provést. Pokud by byly oba systémy navrženy jako otevřené, bylo by možné přímé propojení mezi databázemi obou systémů. Skutečný stav byl takový, že systém v Olomouci neumožňoval přímé propojení na prostějovský systém. V úvahu tedy připadaly 2 varianty řešení: -
rozšířit stávající prostějovský systém do Olomouce. To by na jednu stranu umožnilo v Olomouci plný přístup do prostějovského systému, ale muselo by být zřízeno další operátorské rozhraní (počítač) na dispečinku v Olomouci.
-
konvertovat a přenášet vybraná data z prostějovského sytému do olomouckého. Toto řešení bylo nakonec provozovatelem zvoleno a realizováno v průběhu listopadu a prosince 2007.
Data z prostějovského systému jsou předávána standardním protokolem (Modbus) do speciálního komunikačního rozhraní, které data převede do podoby zpracovatelné olomouckým systémem a přenese jej do Olomouce pomocí rádiového spoje. Olomouckému dispečinku tak je nyní umožněno: -
monitorovat vybraná data na Prostějovsku;
-
ovládat vybrané objekty na Prostějovsku.
Použité řešení neumožňuje v Olomouci vzdáleně parametrizovat a konfigurovat objekty na Prostějovsku. Systém přenáší jen aktuální data a v případě výpadku spojení chybí v historii příslušné úseky dat.
107
Obr. 1: Komunikační schéma propojení ÚV Hrdibořice s okolními systémy Zkušenosti z tohoto příkladu opět podtrhují potřebu trvání na zásadách pro zavádění řídicích systémů, jak jsou popsány i výše v tomto textu. Navíc jsou v současnosti mimořádně aktuální, protože dochází stále častěji ke změnám provozovatele vodovodní a stokové sítě. Dá se tedy očekávat, že budou obdobné požadavky často vyvstávat i v budoucnu a opět dojde k prověření, zda při návrhu řídicích systémů byly dodrženy zmíněné doporučené zásady. Zejména zainteresovaní pracovníci by tedy měli být připraveni na možnost rozšíření stávajícího systému o nové lokality, dosud provozované jinou společností a často i řízené jiným systémem a také na druhou možnost, tedy ztrátu lokalit ve prospěch jiného provozovatele a jejich případné odpojení ze systému. Literatura [1] Hladký O. ,Bálintová B.: Ztráty vody a vodárenský dispečink, Vodní hospodářství, ročník 2004, č.11 [2] Hladký O., Kašparec, J.: Současné trendy v automatizaci vodárenských a čistírenských objektů, sborník příspěvků konference SOVAK 2008 [3] Jurák, Š: Projektová dokumentace „Úpravna vody Hrdibořice – rekonstrukce ASŘ“, archivní číslo VAE CONTROLS DPRJ0910144A001
108
