Système radio avancé pour le rinçage des filtres dans une station d'épuration des eaux

A Pontelagoscuro Ferrara (Italie), il existe une imposante station d'eau potable, capable d'assurer un débit moyen d'environ 1 000 L/s au profit d'environ 250 000 habitants. La principale source d'eau douce traitée est le fleuve Po. L'eau est captée par le fleuve à l'aide de pompes électriques et acheminée vers les stations de traitement.
L'un des principaux procédés de traitement des eaux de surface est la filtration sur sable. Un filtre est constitué d'une couche de sable à travers laquelle passe l'eau. Les filtres retiennent les particules solides qui n'ont pas été déposées au cours des phases de traitement précédentes, ce qui entraîne une accumulation dans la couche filtrante. C'est pourquoi il est essentiel d'éliminer cycliquement les matières retenues par un "contre-lavage" du filtre avant d'atteindre la saturation de la couche filtrante, grâce à l'insufflation d'air comprimé et à l'entrée d'eau propre à des intervalles de temps prédéterminés et à l'élimination ultérieure de l'eau résultante.

L'objectif d'obtenir une nouvelle façon plus efficace de programmer et d'automatiser les phases de lavage des filtres à sable a poussé la direction de Hera à chercher une solution avancée et à la trouver dans la technologie Made in Italy de Seneca, une entreprise qui opère depuis plus de 25 ans dans le domaine de l'automatisation, de l'acquisition de données et du contrôle à distance.

Bassins de filtration en phase de lavage

Un nouveau concept pour le lavage des filtres
Le projet d'automatisation pour le lavage des filtres à sable a été développé sur la base d'une idée relativement simple mais très efficace : celle de créer par des moyens technologiques une sorte de "conducteur virtuel" qui effectue de manière autonome, sur la base d'une programmation, les activités normales de lavage habituellement effectuées manuellement par les opérateurs. Le projet a été développé par Vittorio Crepaldi, par les techniciens de la gestion de l'eau potable de Hera, avec l'aide du support technique de Seneca. Le personnel de Hera et le personnel d'ingénierie de Seneca ont participé à la mise en œuvre sur le terrain pour le développement du logiciel.

Les avantages et les économies réalisés par le système, dont le retour sur investissement a été prévu dans 3-4 ans, ont été nombreux : plus grande fiabilité des phases de lavage, optimisation des activités du personnel de gestion, possibilité d'effectuer le lavage à des moments prédéfinis (par exemple à des moments où l'usine a moins d'impact) et dans des créneaux horaires où les coûts énergétiques sont moins élevés. Hera a donc pleinement répondu à l'attente d'une distribution uniforme des activités de lavage tout au long de la journée, ce qui se traduit par la fourniture d'un service plus efficace et d'un produit de meilleure qualité aux utilisateurs.

Panneau de commande de station centrale avec matériel Seneca

Le système d'automatisation et de transmission de données SENECA

La mise en œuvre du système Seneca dans le contexte de l'usine d'eau potable impliquait le contrôle de batteries de filtration sur sable, de pompes horizontales, de compresseurs et de vannes pneumatiques et électriques. Au total, plus de 240 signaux numériques (160 entrées, 80 sorties) sont gérés. Le système d'automatisation et de contrôle à distance consiste en un contrôleur serveur web multifonction Seneca Z-TWS4 équipé d'un panneau opérateur à partir duquel les modes de lavage peuvent être définis. Chacune des 5 batteries de filtres est équipée de stations de commande à distance basées sur des modules E/S mixtes Seneca (ZC-16DI-8DO) et connectées au système central via le modem radio Seneca Z-AIR (antenne à 6 canaux sous licence gratuite à 868 -870 MHz).

L'ensemble de l'installation constitue ainsi un système Wi-Fi fiable et performant. Le système de communication sans fil avec l'équipement Z-AIR est l'un des éléments clés du système. La possibilité d'éliminer les câbles et de les remplacer par des modems radio a permis à l'opérateur de centraliser les nombreux signaux provenant de points différents et éloignés du système, en réduisant considérablement les coûts de câblage, de maçonnerie et d'interventions mécaniques. En même temps, l'utilisation d'équipements radio Z-AIR a permis d'atteindre des zones difficiles d'accès et, grâce au niveau de protection IP65, d'installer le système dans des environnements extérieurs difficiles ; en bref, un système automatique centralisé et séquentiel a été créé à partir duquel les opérateurs de l'usine peuvent programmer le taux de lavage automatique des filtres, en définissant la date et l'heure du lavage d'un seul filtre quotidien pour chacune des 5 batteries de filtres présentes sur le panneau de l'opérateur.

La station centrale permet de communiquer avec tous les systèmes de lavage à distance de l'usine de potabilisation de Pontelagoscuro. En plus d'être équipé de fonctions de serveur web, le matériel de contrôle Z-TWS4 est extrêmement puissant et polyvalent, car il est optimisé à la fois pour les applications de gestion de l'énergie (avec la prise en charge des protocoles IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, IEC 61850) et pour l'automatisation de l'usine (grâce à l'automate programmable IEC 61131-3 - Straton Soft PLC). La station centrale comprend également un panneau opérateur de supervision et des modules d'E/S haute densité (ZC-24DI et ZC-24DO) avec protocole de commutation ModBUS/CANopen.

.Panneau de commande de la station centrale avec matériel Seneca

Logique de commande
Pour mieux comprendre le processus de lavage automatique, il est intéressant de se plonger dans la logique de commande. Pour chaque filtre, il y a 3 contacts d'entrée qui caractérisent l'état de fonctionnement (fonctionnement, lavage, exclusion). Le contact d'exclusion est géré par un sélecteur et peut être actionné par un opérateur de terrain. Pour chaque filtre, il y a également un contact de sortie utilisé pour la sélection avant le lavage. Pour chaque batterie de filtration, il y a également 2 contacts de sortie, l'un pour la mise à zéro, l'autre pour le démarrage du lavage. Le lavage démarre selon une procédure en trois étapes : 1) mise à zéro (fermeture du premier contact), 2) sélection du filtre à laver (fermeture du contact relatif), 3) démarrage (fermeture du contact de démarrage). Les trois étapes ont une durée de 5 secondes, même si le temps programmé n'est pas contraignant en soi. Une entrée numérique de haut niveau est présente dans le panneau central (où se trouve l'unité centrale). Lorsqu'elle est active, elle empêche tout lavage de commencer. Si l'alarme apparaît lorsqu'un rinçage est en cours, aucune opération n'est autorisée.

HMI
Pour chaque jeu de filtres, à travers l'IHM (Interface Homme Machine) constituée d'un terminal à écran tactile LCD de 5,7", un opérateur peut configurer le cycle de lavage en intervenant sur des paramètres tels que l'activation de l'automatisme de lavage des filtres, l'heure de début du lavage, la sélection du premier filtre avec lequel commencer le cycle. Les temps ne peuvent pas être les mêmes pour les différentes batteries. En cas de chevauchement, il est nécessaire d'attendre la fin du lavage en cours avant de commencer le cycle suivant. Le cycle de lavage dure environ une demi-heure. Le panneau de commande est donc divisé en une page d'accès au système et une page de menu à partir de laquelle les batteries de filtration sont sélectionnées. Pour chaque batterie, il est possible de régler le bouton général d'activation ou de désactivation du système automatique, l'heure de début du lavage, le filtre à laver et l'état d'activation de chaque filtre individuel. Le système IHM est complété par une page permettant de régler la date/heure PLC/HMI actuelle et le signal d'alarme de haut niveau.