Zásoby vody: celosvětový problém
Přesun obyvatel do měst a klimatické změny mají nepříznivý dopad na přírodní zdroje po celém světě, v řadě velkých evropských měst se jedná až o 10% nárůst počtu obyvatel za pouhých 20 let. Globální oteplování způsobuje delší suchá a teplá období a narůstá počet silných nárazových dešťů. „Období sucha způsobují v sítích odpadních vod zápach a korozi. Silné srážky mohou zaplavit kanalizační systém, a to může vést ke kontaminaci životního prostředí,“ vysvětluje profesor Paul Uwe Thamsen, vedoucí oddělení systému dynamiky tekutin na Institutu dynamiky tekutin a techniky akustiky na Technické univerzitě v Berlíně.
Digitalizace umožňuje lepší využití vodní infrastruktury
„Náš výzkum se zaměřuje na zlepšení provozu zařízení a systémů v oblasti vodního hospodářství v Německu, zejména v Berlíně. Chceme, aby byl provoz současných systémů flexibilnější a efektivnější,“ vysvětluje profesor Thamsen. Digitalizace poskytuje důležité nástroje, například pro síťové systémy a tvoří nové možnosti datových analýz provozu a údržby. Profesor Thamsen a jeho tým nyní zkoumají některé z těchto nových možností prostřednictvím simulací reálného zařízení čerpací stanice za využití digitálního dvojčete.
Možnosti digitalizace ve vodohospodářském průmyslu
V současné době Siemens dokáže pro vodohospodářský průmysl navrhnout a implementovat komplexní digitální a automatizační řešení. To zahrnuje inventarizaci a digitalizaci majetku, procesní instrumentaci, napájení, průmyslovou komunikaci a zabezpečení, systém řízení motorů a čerpadel, systémy procesního řízení, inženýrské a simulační systémy.
Cílem projektu TU v Berlíně je vybudovat jednotné digitální prostředí pro veškeré informace o čerpací stanici, a to od návrhu po provozní a údržbářská data, včetně částečně autonomních systémů pro detekci a odstranění závad. Obousměrná výměna dat mezi softwarovým procesním systémem COMOS a procesním řídicím systémem Simatic PCS 7 navíc zajišťuje, že informace jsou aktuální nepřetržitě po celou dobu provozu.
Digitální dvojče obsahuje všechna reálná data
Na začátku projektu byly veškeré komponenty zařízení navrženy v softwaru Bentley ContextCapture pomocí fotogrammetrie a následně byly sestaveny do 3D modelu. Ten se poté načetl do systému PlantSight, kde se sjednotil s dalšími daty a vytvořil digitální dvojče zařízení.
„To je zásadní krok,“ zdůrazňuje Thamsen. „Ukazuje nám, že digitalizace je klíčem k úspěchu nejen pro pár greenfield projektů, ale také pro brownfieldy,“ dodává. V současné době jsou data modelu propojena s procesním řídicím systémem Simatic PCS 7, a tak je možno vytvořit kompletní digitální dvojče, které obsahuje všechna technická a provozní data závodu po celou dobu jeho životního cyklu.
Praxe ukazuje jasné výhody
Zapojení chytrých nástrojů do simulace všech systémů umožnilo profesoru Thamsenovi realizovat první inovativní koncepce. Například výkonové a napěťové profily lze lokálně i v cloudu analyzovat pomocí systému řízení a ochrany motoru Simocode. Navíc je pomocí PlantSight a cloudových algoritmů možné z dat zařízení odvodit možný potenciál pro optimalizaci. To může pomoci provozovatelům zařízení aktivně detekovat a odstranit běžné poruchy na čerpacích stanicích.
Další konkrétní aplikace se zaměřuje na ucpávání čerpadla zbytky vláken, která se dostávají do víru odpadních vod a hromadí se na kole čerpadla. V krajním případě se čerpadlo může zablokovat. „Digitální dvojče nám umožňuje detekovat ucpávání na základě provozních parametrů a včas čerpadlo vyčistit zpětným chodem,“ říká Thamsen.
Nová řešení mohou provozovatelé hned začít využívat
Vzhledem k tomu, že simulované zařízení používá průmyslové komponenty, které se běžné používají v mnoha průmyslových čističkách odpadních vod, nově vyvinutá řešení mohou být velice rychle uvedena na trh. „Pomocí našeho simulovaného závodu můžeme ukázat, jak integrovat řešení v průmyslovém prostředí, a na digitálním dvojčeti tak ukázat reálné výsledky. Pomohlo nám to zkrátit čas uvedení inovace na trh,“ vysvětluje Thamsen.
„To, co tu máme, není jen simulované zařízení, ale malá průmyslová čerpací stanice se systémem procesního řízení, pohonnými systémy, senzory a aktuátory. Díky našemu digitálnímu dvojčeti umíme představit praktickou ukázku toho, jak vypadá digitalizace a zpřístupnit ji provozovatelům vodohospodářských podniků a personálu údržby. To je to, co z tohoto projektu dělá skutečný milník na cestě k digitalizaci vodohospodářského průmyslu: zkrátka Voda 4.0!“ uzavírá Thamsen.
