Le télécontrôle "intelligent" du réseau d'assainissement

On parle de plus en plus de réseaux intelligents en matière de contrôle à distance, c'est-à-dire de systèmes intégrés de haute technologie capables de rationaliser la consommation et d'améliorer les services. Dans le cas de GISI spa, une société pour la gestion intégrée du service des eaux de l'Oglio, cet objectif a été atteint en confiant à Grundfos et Seneca la mise en œuvre du contrôle à distance des stations d'épuration. Le système intercommunal traite actuellement les eaux usées d'une population d'environ 70 000 équivalents habitants, avec une extension territoriale d'environ 242 km2 et un réseau d'égouts de plusieurs dizaines de kilomètres.

Les zones communales desservies concernent à la fois la province de Mantoue (communes de Sabbioneta, Viadana, Dosolo, Pomponesco) et Crémone (Casalmaggiore). D'autre part, l'augmentation des coûts des biens tels que l'électricité, la main d'œuvre ou les pièces détachées a rendu nécessaire un changement de stratégie dans la gestion des réseaux de stations d'épuration et de remontées mécaniques. En effet, les mêmes critères administratifs que ceux utilisés pour les usines de production, c'est-à-dire ceux qui visent à minimiser les coûts et à augmenter les performances, se sont généralisés dans les réseaux d'utilité publique.

Actuellement, les technologies de l'information et le développement des communications permettent d'utiliser des systèmes de télédétection efficaces et rapides, capables de garantir une fonctionnalité et une fiabilité maximales. Dans le même temps, ces technologies visent à minimiser la consommation de ressources énergétiques et tendent à réduire l'exposition du personnel à des opérations coûteuses, répétitives et dangereuses. Par exemple, les systèmes automatiques de collecte de données sur les installations et de signalement des défauts et des anomalies permettent de réagir rapidement et de manière appropriée aux situations d'urgence, ainsi que de prévenir les pertes d'eau et les éventuels dommages causés à l'environnement et aux installations.

Station de traitement des eaux usées de Cogozzo di Viadana (13 000 équivalents habitants)

Contrôle rationnel des installations

L'utilisation de systèmes de contrôle automatique et de contrôle à distance devient particulièrement intéressante lorsque l'installation est répartie sur le territoire et se compose de plusieurs sous-systèmes. C'est précisément le cas du système d'évacuation et d'épuration des eaux usées géré par le GISI. Le réseau d'égouts est composé de plusieurs stations de relevage et d'épuration situées sur le territoire de la commune et coordonnées dans leur fonctionnement. Il convient également de noter qu'en l'absence de contrôle à distance, le fonctionnement des stations est exclusivement lié à la présence physique du personnel et aux temps d'intervention correspondants. Le système de contrôle à distance créé par Grundfos et Seneca assiste donc un vaste réseau d'égouts, dont il faut mesurer les capacités d'évacuation de chaque municipalité. Le système recueille également des données sur le fonctionnement des installations individuelles. Grâce à ces données, il est possible d'évaluer le bon dimensionnement des pompes et des puits, ainsi que leur fonctionnement. Le système permet, entre autres, d'identifier les défauts et leur étendue pratiquement en temps réel, et d'intervenir avant qu'ils ne provoquent des déversements, des inondations et d'autres problèmes.

En termes de gestion automatisée, le système permet d'optimiser le réseau, en calculant les débits et en intervenant sur ceux-ci pour rendre le débit à l'entrée des épurateurs le plus constant possible. Le système de contrôle à distance est un support efficace aux activités de maintenance et de surveillance des installations. Chaque station est contrôlée par un panneau de commande à distance. Dans chaque site, il y a également des capteurs à ultrasons, des systèmes de pompage, des unités de traitement et des enregistreurs de données pour le stockage des données mesurées et un système GSM / GPRS pour le transfert des données vers l'ordinateur central et les téléphones portables disponibles. Parmi les fonctions "intelligentes" du système, on peut citer la communication continue et bidirectionnelle entre les périphériques et le centre de supervision, ainsi qu'une série de fonctions totalement automatiques et prédéfinies : totalisation des mesures, collecte des données, arrêt du fonctionnement de la pompe. Le système est également conçu pour permettre l'intégration future d'un contrôle à distance sur les stations de relevage en cours de développement.

L'architecture du système de contrôle à distance des stations de collecte et d'épuration des communes de la Destra Oglio mantovana

Résumé du système de contrôle à distance

La technologie de contrôle à distance utilisée

La série Z-PC, la technologie de SENECA pour la gestion des données et le contrôle à distance, est basée sur des normes ouvertes et internationalement reconnues. Elle comprend des appareils et des systèmes qui prennent en charge les protocoles de communication les plus modernes (PPP, FTP, HTTP, SMTP, TCP, Ethernet, OPC, IEC 870), à faible coût et dans le but de faciliter la gestion. Le matériel de la série Z-PC, tant en version modulaire qu'en version intégrée, est très performant. L'unité maître contient 4 modules de fonction intégrés (PLC, RTU, Web Server, Datalogger). Les E/S optoisolées à haute résolution capables d'alimenter les transducteurs sont réellement distribuées et flexibles. En particulier, toutes les stations d'épuration GISI sont contrôlées par Z-RTU, un dispositif comportant 30 signaux isolés galvaniquement avec un bornier intégré, 3 ports de communication série et 1 port Ethernet 10/100 Base T. Dans la configuration de base, Z-RTU dispose de 8 entrées numériques (avec alimentation interne ou externe), 2 entrées analogiques (avec alimentation en boucle sélectionnable), 4 sorties numériques (relais SPDT), 1 sortie analogique (tension ou courant). Cette densité d'E/S peut être doublée (16 DI, 4AI, 8 DO, 2 AO) avec une carte optionnelle et étendue avec des modules d'E/S distribués sur bus et rail DIN de la série Z-PC. Z-RTU est équipé d'un modem industriel GSM/GPRS embarqué (ou RTC) pour permettre la gestion à distance des alarmes, le diagnostic et la transmission des données sur événement ou en astreinte de manière automatique sur tout réseau de communication standard (RTC, ISDN, GSM, ADSL, etc.). Dans un format particulièrement réduit (185 x 242 x 37 mm) et un robuste boîtier en aluminium, Z-RTU offre d'excellentes capacités de calcul (CPU μP RISC 32 bit - 20 MIPS) et de mémoire (16 MB data flash, 8 MB RAM, 64 variables rétentives via batterie de secours), identiques à celles de la version modulaire.

En termes de logiciel, la stratégie de programmation de Seneca est basée sur les concepts d'intégration et d'ouverture dans le traitement de l'information. Les configurations, la programmation et le contrôle à distance sont développés sur la base de la norme IEC 61131 et offrent une compatibilité maximale avec toutes les applications SCADA et Windows Runtime grâce au standard OPC. Les technologies de tunneling pour l'encapsulation et l'échange bidirectionnel de données sur VPN (Virtual Private Network) sont également prises en charge. L'environnement de configuration et d'ingénierie (Z-NET3) fournit une suite de fonctions de contrôle à distance (gestion d'alarmes, de fichiers, d'événements via SMS, e-mail, voix, etc.) et de fonctions d'automatisation (rotation de la pompe, compteur horaire, totalisateur d'impulsions, calcul du débit, etc.

SENECA Z-RTU, apparato integrato di telecontrollo, cuore delle stazioni periferiche

Stations périphériques

Il y a au total 17 stations périphériques, dont 12 ascenseurs et 5 stations d'épuration. Les ascenseurs sont assistés par la gestion automatisée de 31 pompes de relances d'une puissance allant de 2 à 18,5 kW. Le réseau d'épuration comprend 4 stations principales à boues activées. Le cycle d'épuration comprend des opérations mécaniques (relevage et grillage), des traitements primaires (dessablage, déshuilage, décantation primaire), des processus biochimiques (dénitrification, oxydation, nitrification) et des traitements finaux (sédimentation, filtration, désinfection UV, épaississement, digestion anaérobie, déshydratation mécanique). Les stations périphériques, contrôlées depuis le siège de Vicomoscano di Casalmaggiore grâce au réseau GPRS, comprennent plus de 1 000 signaux d'E/S. Le cœur des stations périphériques est représenté par le système de gestion de l'eau de Vicomoscano di Casalmaggiore. Le cœur des stations périphériques est représenté par le dispositif de commande à distance Z-RTU qui acquiert jusqu'à 16 entrées numériques et jusqu'à 8 canaux analogiques, y compris les mesures des sondes de niveau magnétiques.

Chaque dispositif de commande à distance contrôle 4 sorties numériques : 1 pour permettre la commande électromécanique (qui exclut donc la logique implémentée à bord), et 3 pour la commande de la pompe. La configuration de base des 18 stations périphériques (matériel et données) est effectuée au moyen du logiciel de configuration Z-NET, conformément à la norme IEC 61131. Le contrôle de l'allumage de la pompe est implémenté pour tous les systèmes, sur la base d'un niveau acquis par la jauge à ultrasons. La logique PLC qui gère la rotation des pompes contrôle en permanence le temps de fonctionnement des pompes. Lorsque le seuil de démarrage est atteint (par rapport au niveau détecté par le compteur), l'algorithme sélectionne l'allumage de la pompe disponible qui a le temps de fonctionnement total le plus court. De même, lorsqu'un seuil d'arrêt est atteint (par rapport au niveau détecté par le compteur), la pompe dont la durée totale de fonctionnement est la plus longue est arrêtée. Le nombre de pompes contrôlées dans chaque station varie de 2 à 5. La totalisation horaire est progressive, mais la totalisation des données journalières est historisée. Tous les événements provenant de la commutation des signaux d'entrée (alarmes et états du système) et des signaux de sortie sont archivés. Les données stockées dans les fichiers journaux comprennent également les tendances des mesures de niveau et de débit. Il est important de noter que la routine de rotation des pompes est un service prêt à l'emploi qui ne nécessite aucune programmation supplémentaire. Il s'agit également d'une fonction extrêmement flexible. Elle permet de gérer automatiquement jusqu'à 8 pompes et de choisir entre 3 modes de contrôle différents (basés sur l'alternance, le temps ou la priorité de fonctionnement). Le déclenchement de l'événement peut être sélectionné sur un seuil de mesure, un temps ou un contact numérique.

Détail du tableau de commande de la station d'épuration de Vicomoscano di Casalmaggiore (40 000 équivalents habitants)

Le réseau de communication

Le réseau de communication primaire du système de commande à distance est basé sur la technologie de téléphonie mobile GPRS (General Packet Radio Service). Les stations sont toujours connectées en mode bidirectionnel. Lorsqu'elles se connectent au réseau GPRS, elles communiquent à un serveur spécifique l'adresse IP que le fournisseur de services leur a attribuée. La transmission des états de fonctionnement s'effectue au moyen de la technologie OPC (OLE for Process Control). En particulier, le logiciel OPC SERVER IO, développé par Seneca, acquiert l'adresse IP dynamique et publique stockée sur le serveur.

Le centre de contrôle commence alors à communiquer de manière bidirectionnelle avec la station distante. Le contrôle systémique de la communication GPRS est fondamental. Le contrôle à distance est conçu pour surveiller la qualité du signal et effectuer une procédure de détection automatique des erreurs. Sur les sites des épurateurs, il y a des sous-réseaux sans fil UHF basés sur des équipements radio Z-LINK, Seneca LPD (low power device) fonctionnant à 434 / 869 MHz. Ces dispositifs contrôlent à distance les états de fonctionnement des pompes, en retransmettant les données près des panneaux de contrôle, de manière sûre et fiable, et sans fil, jusqu'à quelques centaines de mètres.

Supervision

Le centre de contrôle se trouve à la station d'épuration de Vicomoscano. De là, à travers le superviseur Movicon 11, les paramètres de l'installation de toutes les stations sont contrôlés. La nouvelle version du Scada Movicon installé permet la gestion de variables et de données pour des milliers d'octets d'E/S, ainsi que la possibilité de développer et de contrôler un nombre illimité de pages synoptiques.

Particulièrement intéressant est le paquet "Alarm Dispatcher", le composant Movicon pour la notification d'événements, qui permet d'envoyer des alarmes au personnel par synthèse vocale, SMS, E-Mail, Fax et services de messagerie en temps réel. Tout cela avec un haut niveau de personnalisation (groupe d'utilisateurs, envoi en fonction des horaires, des calendriers, des équipes et du personnel disponible en rotation). Pour chaque station, un masque permet d'activer ou de désactiver l'envoi de SMS aux personnes disponibles, en fonction de l'alarme ou de l'état correspondant.

L'enregistrement et la gestion des données de processus de manière simple et rapide se font par le biais de la technologie Ftp Server et des outils logiciels de Seneca tels que Z-NET RTU et OPC Server IO. Z-NET RTU est un service de contrôle à distance pour la programmation horaire, quotidienne et hebdomadaire du téléchargement des données historiques sur un ou plusieurs anneaux de connexion parallèles. Z-NET RTU gère les connexions avec les stations distantes (même en cas d'alarme) et la création de la base de données dans l'unité centrale à partir de laquelle les pages d'affichage des alarmes et des tendances des quantités acquises sont ensuite traitées à l'aide des technologies OCX. Enfin, la gestion des données utilise un outil Seneca appelé OPC Server IO. Il s'agit d'un logiciel serveur OPC capable de s'interfacer avec toute instrumentation supportant le protocole ModBUS slave RTU ou ModBUS TCP et en particulier avec les unités de contrôle à distance Z-RTU. Le serveur OPC IO offre donc un environnement intégré unique pour l'échange de données entre les stations distantes et le Scada. De plus, en s'appuyant sur un serveur FTP public (sur Internet), OPC Server IO est capable d'établir une connexion directe par Internet via le réseau GPRS (TIM) avec l'instrumentation Seneca située sur le terrain. En pratique, ce type de serveur OPC permet au PC de supervision de fonctionner comme un nœud maître Modbus.

Page synoptique avec carte générale des implants.

Page synoptique du contrôle des stations d'ascenseurs

Tendance des mesures de niveaux et de débits