Řídicí systém štolového přivaděče a úpravny vody Želivka

Technický týdeník - 14.1.2003
UniControls, úspěšná česká společnost v oblasti vývoje a dodávek řídicích systémů pro různá průmyslová odvětví, společně s partnery dokončila projekt informačního a řídicího systému štolového přivaděče a úpravny vody Želivka. Jeho první fáze začala v roce 2000, a vedle společnosti UniControls jako generálního dodavatele se na něm podílely firmy ČKD Praha DIZ (elektrozařízení) a INGEA
(programové vybavení). Investorem projektu byla Pražská vodohospodářská společnost, současným provozovatelem jsou Pražské vodovody a kanalizace.
VÝSTAVBA ÚPRAVNY VODY ŽELIVKA
Největší rozmach zažila v Praze výstavba vodovodního potrubí a kanalizace koncem 19. a v první polovině 20. století. Poměrně brzy se objevil problém s dostatečným zásobováním obyvatel hlavního města kvalitní pitnou vodou. Zdroje Káraný a Podolí již kapacitou nestačily a tak se po druhé světové válce začalo uvažovat o stavbě nového vodního zdroje. Po mnohaletém experimentálním výzkumu se rozhodlo o využití řeky Želivky jako klíčového zdroje pitné vody pro Prahu a části Čech včetně vybudování vodárenské nádrže s úpravnou vody u Švihové a přívodu pitné vody tlakovým štolovým přivaděčem do vodojemu v Jesenici u Prahy. Projekt doporučila Státní komise pro koordinaci vědy a techniky a Československá akademie věd, vláda jej schválila v roce 1963. Výstavba probíhala po etapách a byla zahájena v roce 1965.
V první etapě vznikl hydrotechnický komplex v plném rozsahu. Tvoří jej přehradní hráz se všemi doprovodnými stavbami zabezpečujícími ochranu vodního zdroje, dále byla postavena úpravna vody s maximální kapacitou 3300 l.s"1 surové vody a štolový přivaděč. Dílo bylo uvedeno do provozu v roce 1972.
Ve druhé etapě výstavby byly postaveny objekty související s nárůstem spotřeby vody - další vodojem s objemem 100 000 m3 v Jesenici. Se zkvalitňováním biosférické a hydrosférické ochrany nádrže byla postavena nádrž na Trnávce, čistírny odpadních vod Želiv a Hněvkovice a dalších asi 50 drobných objektů.
Ve třetí etapě výstavby byla rozšířena úpravna vody na více než dvojnásobnou kapacitu tak, aby bylo možno krýt spotřebu vody ve spolupráci se závody v Káraném a v Podolí i v období špičkových odběrů. Tato etapa byla ukončena v roce 1987. V roce 1991 byl pak dostavěn objekt ozonizace.
ZÁKLADNÍ TECHNOLOGIÍ
úpravny vody je přímá filtrace zahrnující destabilizaci, agregaci a jednostupňovou separaci na otevřených pískových rychlofiltrech. Surová voda se odebírá z vodárenské nádrže ve sdruženém objektu ze dvou odběrných pilířů s možností 5 etážových odběrů. Odtud se vede do čerpací stanice surové vody u paty hráze dvěma přívodními řady DN 1400. Dopravu surové vody do úpravny vody obstarávají dva výtlačné řady DN 1400 a DN 1600, které jsou propojeny. Ústí v rozdělovacím objektu, odkud se voda přivádí ke třem samostatným úpravárenským linkám.
Pro všechny tři linky se jako koagulant používá 40% roztok síranu hlinitého. První linka je vybavena hydraulickým rychlým a pomalým mícháním ve flokulační nádrži s dobou zdržení až 17 min. Suspenze se odvádí do 32 filtračních jednotek s rychlostí 4,4 m/h. Na druhé a třetí lince destabilizace probíhá dávkováním síranu hlinitého ve formě 10% roztoku. Bezprostředně na destabilizaci navazuje agregace, která je zajištěna rychlým mícháním na dvou rychlomísičích. Po přípravě suspenze dochází k separaci na pískových otevřených rychlofiltrech. Každá linka jich má 12, každý o ploše 99 m2. Filtračním materiálem je křemičitý písek o zrnitosti 1,1 až l ,6 mm. Filtrační cyklus se pohybuje v rozmezí 24 až 72 hodin.
Po filtraci se voda z každé linky odvádí potrubím DN 1600 do přítokového kanálu ozonizace a zlepšení senzorických vlastností vody.
Po ozonizaci se voda dostává do měrného objektu, kde se zjišťuje množství upravené vody, probíhá doalkalizace vody vápenným hydrátem a zdravotní zabezpečení chlórem. Pro mimořádné stavy v kvalitě surové vody je tam možno dávkovat aktivní uhlí a odmanganovávat manganistanem draselným.
Úpravna vody má značné nároky na spotřebu prací vody. Ta je akumulována ve dvou vodojemech o celkovém objemu 17 000 m3.
Z měrného objektu se upravená voda odvádí propojovacím kanálem do regulačních vodojemů o celkovém objemu 16 600 ni3 a do štolového přivaděče. Ten je dlouhý 52 km, prochází 31 katastrálními územími a končí šachtou měření před vodojemy v Jesenici o celkovém objemu 200 000 m3. Štolový přivaděč má kruhový profil s průměrem 2640 mm s betonovou obezdívkou o tlustou 20 až 35 cm. Kapacita je 6700 l/s gravitačně přepravené vody.
Jednotlivé technologické celky Čerpací stanice surové vody, úpravny vody a štolového přivaděče jsou konstruovány tak, že dovolují automatický provoz v závislosti na průtoku i chemických a fyzikálních veličinách.
Voda z nádrže zásobuje nejen Prahu, ale i části Středočeského a Jihlavského kraje. Rozsáhlá vodárenská soustava zabezpečuje dodávku až 7000 l/s pitné vody, a tím se řadí k největším úpravnám vody v Evropě.
Na takové dílo, jakým vodní komplex Želivka je, se již od počátku kladly velké nároky na řízení všech procesů. Zastaralost původního řídicího systému vedla v roce 1999 Pražskou vodohospodářskou společnost - správce komplexu - k vypsání výběrového řízeni na dodávku informačního a řídicího systému Štolového přivaděče a úpravny vody Želivka.
ŘÍDICÍ SYSTÉM
"Úpravna vody Želivka a štolový přivaděč do vodojemu Jesenice hrají v zásobování hlavního města pitnou vodou nenahraditelnou roli. Vítězství ve výběrovém řízení na generálního dodavatele řídícího a informačního systému představovalo pro naši firmu nemalý závazek. Rozsáhlý projekt se podařilo úspěšně dokončit a uvést do provozu. Významnou zásluhu na tom mají i partnerské firmy, s nimiž jsme ve všech fázích projektu spolupracovali," prohlásil ing. Petr Stroner, ředitel společnosti UniControls.
Vzhledem k rozsáhlosti technologií se na parametry řídicího systému od počátku kladly vysoké požadavky. Společnost UniControls použila řešení, které využívá osvědčené vysoce spolehlivé prostředky renomovaného zahraničního dodavatele - dánské firmy 7Technologies - v kombinaci se systémy vyvinutými a vyrobenými díky vlastním vývojářským kapacitám (systém UNICON2 a softwarový nástroj UniCap).
Dodávka informačního a řídicího systému štolového přivaděče a úpravny vody Želivka byla rozdělena na dvě samostatné části -úpravnu vody a štolový přivaděč. První část řídí samostatné technologické procesy ve vlastní úpravně vody, druhá část řídí dopravu vody štolovým přivaděčem do Prahy. Každá pracuje nezávisle, ale obsluha má k dispozici všechny informace z obou částí. Celý systém je rozdělen na operátorskou a procesní úroveň.
Firma INGEA, jeden z významných subdodavatelů projektu, poskytla aplikační programové vybavení pro řídicí systémy pro vodárenství. Na projektu se podílela od úvodní fáze návrhu řešení přes vývoj aplikačního softwaru až po jeho odladění v provozu podle připomínek a požadavků uživatele.
Mezi nejvýznamnější projekty, na nichž společnost INGEA v poslední době participovala, patří např. software řídicího systému přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé Stráně, rekonstrukce vodní elektrárny Práčov, nebo práce na elektrovýzbroji kolektoru Barrandov. Některé projekty realizovala i v zahraničí, např. v Africe rekonstrukci vodní elektrárny Awash.
"Pro INGEU představoval projekt přivaděče a úpravny vody Želivka velmi významnou a zajímavou zakázku. Mohli jsme využít zkušenosti a znalosti získané v předchozích akcích. Práce probíhaly velmi dobře, zakázka byla výborně organizována jak ze strany investora a budoucího provozovatele, tak ze strany generálního dodavatele - firmy UniControls," řekl František Troják, ředitel společnosti INGEA.
OPERÁTORSKÁ ÚROVEŇ
je založena na vizualizačním systémem IGSS dánské firmy 7Technologies. Celkově je v něm zapojeno 7 operátorských pracovišť umístěných na velíně nebo lokálně u příslušných technologií. Dalších 7 pracovišť poskytuje informace provozním složkám bez možnosti zásahu do systému řízení. Pro zvýšení bezpečnosti systému jsou operátorské stanice připojeny samostatnou sítí.
Data pro operátorská pracoviště poskytují dva datové servery CELL, které jsou konfigurovány jako horká záloha. Systém IGSS i vlastní aplikace řeší všechny standardní požadavky systémů této úrovně - archivace dat a alarmů, nastavení alarmových filtrů podle různých klíčů, hromadné nastavování limit alarmů pro skupiny proměnných, různá přístupová práva operátorů, bilance, deníky, on-line i off-line rozhraní do třetích systémů atd.
PROCESNÍ ÚROVEŇ
tvoří systém UNICON2 vyvinutý
společností UniControls. Prokázal komplexní funkčnost v mnoha náročných aplikacích, jako jsou dispečerské systémy, plynárenství nebo energetika. Základem jsou vysoce spolehlivé průmyslové počítače osvědčeného zahraničního dodavatele s instalovaným operačním systémem reálného času. Důležitá je modularita systému a jeho značná otevřenost, která dovoluje snadnou realizaci úloh netypických pro PLC automaty.
Pro programování řídicích a regulačních algoritmů se využil softwarový nástroj UniCap vyvinutý díky interním kapacitám ve firmě UniControls. Jde o rozsáhlý nástroj s integrovaným prostředím pro návrh, tvorbu a ladění úloh v programovacích jazycích podle normy IEC 1131-3. Programování a diagnostika systému může probíhat lokálně nebo z nadřazených stanic. l/O systém stanic vyniká vysokou odolností vstupů a výstupů a vysokou přesností zpracování analogových vstupních signálů. Moduly obsahují vlastní diagnostiku a je možná jejich výměna pod napětím (hot-swap).
SUBSYSTÉM ÚPRAVNA VODY
Do centrální stanice subsystému úpravny vody je připojeno 24 procesních stanic pro jednotlivé funkční celky. Centrální stanice realizuj e pouze nadřazené řízení, protože celková struktura systému dovoluje umístit aplikační programy pro řízení do jednotlivých uzlů systému. Komunikace je zajištěna po metalických a optických spojích, případně prostřednictvím sítě Rádio Data System (RDS).
Pro celek filtrace vody byly rekonstruovány pulty místního ovládání, které jsou příkladem řešení moderního distribuovaného systému řízení. Připojení technologie k řídicímu systému využívá distribuované I/O moduly připojené komunikačním standardem CANopen.Tyto moduly (CZ-MIX3) mají 16 digitálních a 2 analogové vstupy a 7 digitálních výstupů, což je dostatečné množství pro ovládání
technologie jednoho filtru. Komunikace běží po sběrnicích CANbus na které jsou připojeny I/O moduly 8 filtrů. Vypnutí jednoho modulu nijak neovlivní komunikaci s ostatními. Tato struktura značně snížila nároky na kabeláž, zvýšila
přehlednost systému a diagnostiku vněm.
Systém rovněž zahrnuje monitoring a ovládání 6 VN rozvoden 22 a 6 kV, které byly rekonstruovány samostatnou investiční akcí ukončenou na začátku roku 2002.
SUBSYSTÉM ŠTOLOVÝ PŘIVADĚČ
Tato část systému sbírá data z objektů štolového přivaděče po celé jeho délce. Na procesní úrovni se skládá z centrální stanice a 17 podřízených stanic v jednotlivých objektech přivaděče, mezi nimiž probíhá komunikace po síti RDS. Součástí dodávky je i Elektronický zabezpečovací systém (EZS) poskytující operátorovi informace o narušení nebo legálním odemčení objektu.
Regulační algoritmus zaručuje ovládání průtoku štolou tak, aby byla splněna omezení vyplývající z provozního řádu, minimalizována Četnost zásahů a udržena požadovaná hladina v regulačním vodojemu úpravny a v obou vodojemech Jesenice.
PŘÍNOS PRO PROVOZOVATELE
Systém štolového přivaděče dovoluje kontrolu všech 17 objektů z hlediska EZS - zabezpečení neoprávněných vstupů, kontrolu hydraulických poměrů a plně automatické řízení složitého hydraulického systému distribuce vody podle hladiny regulačního VDJ nebo zvoleného průtoku. Berou se přitom v úvahu všechny bezpečnostní parametry provozu štolového přivaděče.
Zabezpečovací systém objektů umožňuje okamžitou reakci dispečera při jejich narušení. Podstatné se tak zvýšila ochrana objektů a instalovaných technologických zařízení z hlediska ochrany majetku před vniknutím neoprávněných osob a možnost rychlé reakce obsluhy.
Systém úpravny vody zajišťuje kontrolu všech hydraulických parametrů úpravny a následně nastavení provozu ČSSV s ohledem na minimální spotřebu elektrické energie pro čerpání surové vody. Kontroluje rovněž automatické dávkování chemikálií a ozónu s požadovanou přesností a garantuje dodržení kvality upravené vody při ekonomickém provozu technologie. Řídí optimální provozování filtračních jednotek s ohledem na plné využití jejich kapacity i s ohledem na kontrolu kvality upravené vody.
Kontrola a řízení - systém dovoluje kontinuální sledování celé technologie úpravy vody, podrobné rozbory jednotlivých regulovaných soustav, automatické bilancování minulého dne, sledování historických událostí a jejich grafické znázornění. Je uživatelsky příjemný a zároveň je základním kamenem při rozhodování o řízení technologie úpravny.
/br/