Sistema radio avanzato di lavaggio filtri per l’ impianto di potabilizzazione

A Pontelagoscuro in provincia di Ferrara è attiva un’imponente centrale di potabilizzazione, in grado di assicurare una portata media di circa 1.000 L/s a beneficio di circa 250 mila abitanti. La fonte principale di acqua dolce trattata è il fiume Po. L’acqua viene captata dal fiume mediante elettropompe e inviata agli impianti di trattamento.
Uno dei processi principali nel processo di trattamento di acque di superficie è quello di filtrazione su sabbia. Un filtro è formato da uno strato di graniglia attraverso cui passa l’acqua. I filtri trattengono le particelle solide non depositate nelle fasi di trattamento precedenti con conseguente accumulo nello strato filtrante. Per questa ragione è fondamentale allontanare ciclicamente il materiale trattenuto attraverso un ‘contro lavaggio’ del filtro prima di giungere alla saturazione dello strato filtrante attraverso l’insufflazione di aria compressa e l’ingresso acqua pulita a intervalli di tempo prestabiliti e successivo allontanamento delle acque di risulta.
L’obiettivo di ottenere una nuova e più efficiente modalità di programmazione ed automazione delle fasi di lavaggio dei filtri a sabbia, hanno spinto il management di Hera a ricercare una soluzione avanzata e a trovarla nella tecnologia Made in Italy di Seneca, società attiva da oltre 25 anni nel campo dell’automazione, dell’acquisizione dati e del telecontrollo.

Vasche di filtrazione in fase di lavaggio

Un nuovo concetto di lavaggio filtri
Il progetto di automazione del lavaggio dei filtri a sabbia si è sviluppato alla base di un’idea relativamente semplice ma di grande efficacia: quella di realizzare per via tecnologica una sorta di ‘conduttore virtuale’ il quale in autonomia, sulla base di una programmazione, svolge le normali attività di lavaggio di solito svolte manualmente dagli operatori. Il progetto è stato sviluppato da Vittorio Crepaldi, dai tecnici Hera di gestione del potabilizzatore, con l’ausilio del supporto tecnico di Seneca. Alla realizzazione in campo hanno partecipato il personale Hera e lo staff di ingegneria Seneca per lo sviluppo del software. I benefici e i risparmi raggiunti dal sistema, il cui ritorno dall’investimento è stato previsto in 3-4 anni, sono stati molteplici: maggiore affidabilità delle fasi di lavaggi, ottimizzazione delle attività del personale di gestione, possibilità di eseguire lavaggi in orari predefiniti (ad esempio nei momenti di inferiore impatto impiantistico) e in fasce orarie di minor costo energetico. Hera ha dunque pienamente soddisfatto l’aspettativa di una distribuzione omogenea delle attività di lavaggio nell’intera fascia giornaliera, che di riflesso si traduce anche nella erogazione all’utenza di un servizio più efficiente e un prodotto di maggiore qualità.

Quadro di controllo stazione centrale con hardware Seneca

Il sistema di automazione e trasmissione dati Seneca
L’implementazione del sistema Seneca nell’ambito della centrale di potabilizzazione ha interessato il controllo delle batterie di filtrazione a sabbia, delle pompe orizzontali, dei compressori e delle valvole pneumatiche ed elettriche. In totale sono gestiti oltre 240 segnali digitali (160 ingressi, 80 uscite). Il sistema di automazione e telecomando si compone di un controllore multifunzione web server Seneca Z-TWS4 corredato di pannello operatore da cui impostare le modalità di lavaggio. Presso ciascuna delle 5 batterie di filtrazione sono state collocate altrettante stazioni di controllo remoto basate su moduli I/O misti Seneca (ZC-16DI-8DO) e collegate al sistema centrale tramite radiomodem Seneca Z-AIR (antenna a 6 canali license free a 868 -870 MHz). L’installazione complessiva dà luogo così a un sistema Wi-Fi affidabile e ad alte prestazioni. Il sistema di comunicazione wireless realizzato con apparati Z-AIR è uno degli elementi chiave del sistema. La possibilità di eliminare i cavi e di rimpiazzarli con radio modem ha consentito al gestore di centralizzare i numerosi segnali provenienti da punti diversi e distanti nell’impianto, abbattendo drasticamente i costi per i cablaggi, le opere murarie e gli interventi meccanici a corredo. Al tempo stesso l’uso degli apparati radio Z-AIR ha permesso di raggiungere zone poco accessibili, e, grazie al livello di protezione IP65, di realizzare l’installazione in ambienti esterni climaticamente severi.In definitiva è stato realizzato un sistema automatico centralizzato e sequenziale dal quale gli operatori di impianto possano programmare la cadenza automatica di lavaggio filtri, impostando tramite pannello operatore data e ora di lavaggio di un singolo filtro giornaliero per ciascuna delle 5 batterie di filtri presenti. La Stazione Centrale provvede a colloquiare con tutti i sistemi di lavaggio remotizzati all’interno della Centrale di Potabilizzazione di Pontelagoscuro. Oltre a essere dotato di funzioni websever, l’hardware di controllo Z-TWS4 è estremamente potente e versatile, in quanto ottimizzato sia per applicazioni di Energy Management (con il supporto ai protocolli IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-104, IEC 61850), sia per automazioni di impianto (grazie al Soft PLC IEC 61131-3 – Straton). Della stazione centrale fanno parte anche un pannello operatore di supervisione e alcuni moduli I/O ad alta densità (ZC-24DI e ZC-24DO) con protocollo switching ModBUS/CANopen.

Quadro di controllo stazione centrale con hardware Seneca

Logica di controllo
Per capire più a fondo il processo automatico di lavaggio è interessante addentrarsi nella logica di controllo. Per ogni filtro sono previsti 3 contatti di ingresso che ne caratterizzano lo stato di funzionamento (esercizio, lavaggio, esclusione). Il contatto di esclusione è gestito da un selettore e può essere manovrato da un operatore a campo. Per ogni filtro è anche presente un contatto di uscita utilizzato per la selezione che precede il lavaggio. Per ogni batteria di filtrazione sono presenti anche 2 contatti di uscita, uno per l’azzeramento, l’latro lo start del lavaggio. L’avviamento del lavaggio avviene secondo una procedura in tre step: 1) azzeramento (chiusura del primo contatto), 2) selezione del filtro sul quale effettuare il lavaggio (chiusura del contatto relativo), 3) avviamento (chiusura del contatto di avviamento). Tutti e tre gli step hanno durata pari a 5 secondi, anche se il tempo prefissato non è in sé vincolante. Un ingresso digitale di tipo alto livello è presente nel quadro centrale (dove si trova la CPU). Quando è attivo impedisce l’avviamento di qualsiasi lavaggio. Se l’allarme compare quando un lavaggio è in corso nessuna operazione è consentita.

HMI
Per ogni batteria di filtri, tramite HMI (Human Machine Interface) costituito da un terminale LCD touchscreen 5,7”, un operatore può configurare il ciclo di lavaggio intervenendo su parametri quali l’abilitazione dell’automatismo di lavaggio filtri, l’orario di avviamento del lavaggio, la selezione del primo filtro con cui iniziare il ciclo. Gli orari non possono essere gli stessi per le varie batterie. Nel caso in cui si sovrappongono, è necessario attendere il completamento del lavaggio in corso prima di avviare il successivo ciclo. Il ciclo di lavaggio dura circa mezzora. Il pannello operatore è dunque articolato in una pagina di accesso al sistema e in una pagina menù da dove vengono selezionate le batterie filtri. Per ogni batteria possono essere impostati il pulsante generale di abilitazione o disabilitazione dell’automatismo, l’orario di inizio lavaggio, il filtro da lavare e lo stato di abilitazione di ogni singolo filtro. Completano il sistema HMI una pagina di impostazione data/ora attuale PLC/HMI e la segnalazione allarme alto livello.