W kierunku Wody 4.0 z cyfrowym bliźniakiem
3 lipca 2020
Wiele osób czystą wodę bierze za pewnik. Konsumenci korzystają z niezawodnego zaopatrzenia w świeżą wodę, a ścieki są bezpiecznie oczyszczane dzięki inteligentnym, połączonym w sieć rozwiązaniom, takim jak te stosowane na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie (TU). Tam – w warunkach zbliżonych do środowiska rzeczywistego, z użyciem cyfrowego bliźniaka pompowni – badane są innowacyjne koncepcje.
Urbanizacja i zmiany klimatu wpływają negatywnie na zasoby naturalne na całym świecie. Przykładowo, Berlin od 2000 roku rozrósł się o 300 tysięcy mieszkańców. Obecnie jest domem dla 3,6-milionowej populacji, która wzrosła o 10% w ciągu 20 lat. Do 2030 roku liczba mieszkańców może wzrosnąć o kolejnych 200 tysięcy. W porównaniu do dynamiczne rozwijających się megamiast w Azji ten wzrost może wydawać się skromny, jednak zasoby wodne Berlina już teraz odczuwają to obciążenie.
Zmagania z globalnymi wyzwaniami w dostawie wody
Globalne ocieplenie wpływa na wzrost długotrwałych okresów suchych i ciepłych, a jednocześnie prognozy przewidują wzrastającą liczbę intensywnych opadów deszczu. „Susze powodują wydzielanie nieprzyjemnych zapachów z sieci kanalizacyjnej oraz korozję. Intensywne opady deszczu mogą podtapiać systemy kanalizacyjne, a to może prowadzić do przenikania skażonych ścieków prosto do środowiska”, wyjaśnia profesor Paul Uwe Thamsen, dyrektor wydziały Dynamiki Systemów Płynowych w Instytucie Dynamiki Płynów i Akustyki Technicznej Uniwersytetu Technicznego w Berlinie.
Optymalne wykorzystanie infrastruktury dzięki cyfryzacji
„Nasze badania skupiają się na poprawie działania instalacji i systemów w przemyśle wodnym w Niemczech, w szczególności w Berlinie. Dążymy do tego, by istniejące systemy działały w bardziej elastyczny i wydajny sposób”, wyjaśnia Thamsen. Cyfryzacja zapewnia istotne narzędzia między innymi dla systemów sieciowych, a także wspiera nowe podejścia do analizy danych obsługi i konserwacji. Thamsen i jego zespół badają obecnie niektóre z tych podejść przy użyciu służącego do badań modelu pompowni ścieków, do którego tworzony jest obecnie cyfrowy bliźniak.
„Systemy mieszane są typowe dla instalacji typu brownfield, zarówno w przemyśle wodnym, jak i w każdym innym. Używając rozwiązań z cyfrowego portfolio Siemensa, chcemy zintegrować zróżnicowane systemy w jednolite środowisko” – Profesor Paul Uwe Thamsen, Uniwersytet Techniczny w Berlinie
Cyfryzacja jako praktyczne doświadczenie
Siemens jest istotnym partnerem wspierającym służące do badań modele instalacji innowacyjnymi rozwiązaniami. „Ma to szczególne znaczenie, kiedy chce się zademonstrować korzyści wynikające z cyfryzacji w określonych aplikacjach. Wiedza z takich obszarów jak badania, inżynieria instalacji, automatyzacja czy doświadczenie operatorów instalacji, pobudza do nowych inspiracji i przyczynia się do pomysłów na przekształcenie digitalizacji w praktyczne doświadczenie”, twierdzi Markus Lade, Dyrektor Generalny w Siemens AG Germany oraz Dyrektor Globalny Pionu Wody i Ścieków.
Konsekwentna cyfryzacja i automatyzacja
Siemens wdraża obecnie kompleksowe rozwiązanie w zakresie cyfryzacji i automatyzacji, obejmujące inwentaryzację zasobów i digitalizację, oprzyrządowanie procesów, zasilanie, komunikację i bezpieczeństwo przemysłowe, system zarządzania pompami i silnikami, system sterowania procesami oraz systemy inżynierii i symulacji instalacji.
Rozwiązanie końcowe będzie całościowym cyfrowym środowiskiem, obejmującym wszystkie informacje o pompowni – od projektu do systemu obsługi i konserwacji, włącznie z częściowo autonomicznym systemem wykrywania i usuwania błędów. Dwukierunkowa wymiana danych między inżynierią procesową z rozwiązaniem Comos a systemem kontroli procesu PCS7 zapewnia aktualność informacji w ciągu całego procesu operacyjnego.
Wszystkie dane w cyfrowym bliźniaku
W początkowej fazie projektu wszystkie fizyczne komponenty instalacji zostały przechwycone przez oprogramowanie Bentleya ContextCapture używające fotogrametrii, a następnie przetworzone do modelu 3D. Wówczas model ten został załadowany do PlantSight, gdzie może zintegrować się z innymi danymi w celu stworzenia cyfrowego bliźniaka modelu instalacji demonstracyjnej.
„To kluczowy krok”, komentuje Thamsen. „Pozwala nam wykazać, że cyfryzacja może być skutecznie używana w instalacjach typu brownfield, a nie tylko w znikomej liczbie projektów greenfield.” Obecnie dane modelu są połączone z systemem kontroli procesu Simatic PCS7, tworząc kompletnego cyfrowego bliźniaka zawierającego wszystkie dane inżynieryjne i operacyjne instalacji z całego jej cyklu życia.
„Wspieramy projekt cyfrowego bliźniaka instalacji nie tylko przez dostarczanie naszych produktów i systemów, ale również jako zespół - przez aktywny wkład w stawianiu czoła wyzwaniom digitalizacji” – Markus Lade, Siemens AG
Rozwiązania dające namacalne korzyści
Integracja inteligentnych narzędzi w modelu instalacji pozwoliła Thamsenowi wdrożyć pierwsze innowacyjne rozwiązania. Przykładowo, przebiegi mocy i napięcia mogą być analizowane przez system zarządzania silnikiem Simocode, zarówno lokalnie, jak i w chmurze. Co więcej, potencjał optymalizacji może być również pochodną danych z instalacji, używając PlantSight i algorytmów bazujących na technologii chmurowej. Rozwiązania te mogą pomóc operatorom proaktywnie wykrywać i eliminować typowe błędy w pompowniach.
Jedno z zastosowań tego rozwiązania dotyczy zatykania się pompy przez szczątki włókien, które zaplątują się wirach ścieków i gromadzą na kole pompy. W najgorszym wypadku, pompa zatyka się i blokuje. „Dzięki cyfrowemu bliźniakowi, możemy wykryć zatkanie się pompy, analizując parametry operacyjne, a następnie oczyścić ją kierując strumień wody w przeciwnym kierunku”, mówi Thamsen.
Szybkie wdrożenie w przemyśle
Ponieważ model instalacji wykorzystuje komponenty przemysłowe, które mają zastosowanie również w wielu przemysłowych oczyszczalniach ścieków, nowe rozwiązania mogą być wdrażanie szybciej. „Możemy użyć naszej instalacji do zademonstrowania, jak integrować rozwiązania w środowisku przemysłowym, a także pokazać rezultaty w czasie rzeczywistym. Pomaga to nam w skróceniu czasu wprowadzania innowacji na rynek”, wyjaśnia Thamsen, dodając:
„To, co prezentujemy, to nie tylko model służący do badań, ale również przedstawiona w małej skali przemysłowa instalacja z systemem kontroli procesów, układem napędowym, czujnikami i siłownikami. Dzięki naszemu cyfrowemu bliźniakowi, jesteśmy w stanie zademonstrować w praktyce, na czym polega cyfryzacja, a także sprawić, że ten złożony temat stanie się bardziej przystępny, również dla operatorów instalacji i personelu konserwacyjnego. Oto, co czyni nasz projekt prawdziwym kamieniem milowym w kierunku Wody 4.0!”.
Zapisz się na Newsletter
Interesują Cię aktualności Siemens Polska? Zasubskrybuj nasz Newsletter
