1. No category

Samstyring af afløbssystem og renseanlæg
Planlægning og design
Lene Bassø, Aarhus Vand A/S
De næste 25 minutter:
• Drivers for at implemtere samstyring
• Introduktion til samstyring
• Samstyring i Århus Vand
Århus kommune motivationsfaktorer til at søsætte projektet med
forbedret vandkvalitet i Brabrand Sø, Århus
Å
Å og Å
Århus Havn
Motivationsfaktorer:
- høj befolkningstilvækst
- stigende forventninger til miljø fra borgerne
- EU´s Vandplaner
- Badevandsdirektivet
Projektet understøtter andre aktiviteter:
-Genåbning af Århus Å
-Etableringen af et nyt kvarter på de bynære
h
havnearealer
l
-Rekreativ brug af Brabrand Sø, Århus Å og Århus
Havn
Fokuspunkter
F
k
kt i d
dette
tt projekt:
j kt
-Borgerne skal kunne have kontakt med vandet uden at
blive syg
-Hygiejnisk vandkvalitet
De nødvendige tiltag:
- Målopfyldelse skal svarer til kravene i
Badevandsdirektivet og Vandplanerne.
Mål og påvirkninger af vandområdet omfattet af
p j
projektet
Brabrand Sø, Århus Å og Århus Havn påvirkes af:
195 spildevandsudløb
133 regnvandsudløb
Ca. halvdelen af vandføringen i Århus Å er renset spildevand fra Viby og
Åby renseanlæg
Århus Å:
Målsætning:
B3 – karpefiskevand
Saltvandspåvirket
Brabrand sø:
EU - habitatområde
g : I dag:
g 11,3
, t P – heraf ca. 2 t fra regnudløb,
g
,
Påvirkning
Væsentligt bidrag fra nabokommuner (landbrug/naturbidtag: ca 6 t )
Krav: 2 t fra regnbetingede udledninger og renseanlæg + sigtdybde: 1,10 m
Århus Bugt:
Fælles fosfor-kvote
regnudløb/renseanlæg:
I dag 18,6 t P
Krav 13,0 t P
Den nuværende vandkvalitet (Ecoli)
Baseret p
på måleresultater fra 2005 og
g 2006))
Which
Whi
h iinstruments
t
t fit
fits b
bestt your project
j t and
d organisation
i ti
Training
De 4 badevandsklassifikationer:
NetworksUdmærket God Tilfredsstillende Ringe
Research
Demonstration
5
Forventet resultat
•
Hygiejnisk vandkvalitet i
Brabrand Sø (svarende til
badevand)
•
Forbedret hygiejnisk
vandkvalitet (næsten svarende
til badevand)
•
Hygiejnisk vandkvalitet i Århus
Å
Havn (svarende til badevand)
Løsningen
Infrastructure
–Nye regnvandsbassiner (ca. 55.000 m3)
–Hygiejnisering
Hygiejnisering af renset spildevand ved 2 renseanlæg
–Øget hydraulisk kapacitet på renseanlæggene (udvidelse af
efterklaringstankene)
Styring/Overvågning
–Integreret real time modellering/styring (afløbssystem/renseanlæg)
–Varslingssystem til badevandskvalitet
Den valgte løsning koster: 340 mill. kr.
Implementeringsfasen: 2007-2011
Traditionel systemstruktur på spildevandsområdet.
- Ofte er vejrradaren dog erstattet med en traditionel regnmåler
Nogle
Funktion:
bygværk
VigtigeAlle
bygværker
erbygværkerne
forsynetermed
tilsluttet
sender
lokalfælles
styring
regn og
uden
overvågningsenhed
spildevand
afhængigheder
til renseanlæg
tilog
andre
mulighed
komponenter
idet der
for at
ersende
fornøden
og RA
alarm
kapacitet i nedstrøms ledning.
ledning Risiko for overløb
MKR (overordnede systemer for Monitering, Kontrol og Rapportering)
Integreret overvågning/styring/modellering
Resultatet
Formålet
F.eks.
Nødvendigt
Renseanlæg
Optimal
erermed
atatkoordinere
udnyttelse
betragtes
renseanlæg
online målinger
af
som
debassinvolumen
modtager
enkelte
et for
bygværk.
samtlige
bygværkers
regnvand
i forhold
betydende
i funktion,
dentiltakt,
nedbørens
bygværker,
så
at aflastninger
der er
distribution.
kapacitet
så status
og til behandling.
oversvømmelser
Udjævning
er
Og
kendt
det kan
i real
af
forudsiges,
tilløbsflow
tid minimeres
hvornår
til renseanlæg,
tilløbsflowet
så denne
øges, ikke
så renseanlægget
overskrider denkan nå at omstille til en
aktuelle
ny
driftsituation.
rensekapacitet
Distribueret
nedbør/
intensitet
Real tids
modellering
og styring
SCADA
Målestation
Real tids
(modellering
og) styring
SCADA
Sensor
PLC
Kommunikation
Kontrol håndtag
3 overordnede systemer med hver deres funktion
Vejrradar
V
j d
Afløbssystemet
Renseanlæg
Formål med styring under regn:
Integreret system
Formål
• Mi
Minimere
i
effekterne
ff kt
på
å miljøet
ilj t fforårsaget
å
t aff nedbør
db (h
(her med
d ffokus
k på
å
hygiejnisk vandkvalitet)
Opgaver
• VR (VejrRadar) gør AS (AfløbsSystem) og RA (RenseAnlæg) opmærksom
på at det vil begynde at regne og giver om muligt et estimat på intensitet og
type.
• AS og RA vælger kontrolstrategi
• RA estimerer/forudsiger max
max. hydraulisk belastning på biologisk del (ud fra
valgt kontrol strategi)
• AS forudsiger resulterende flow til renseanlæg (ud fra valgt kontrol strategi)
• AS og RA forhandler ændringer i set-punkter (kan resultere i lokalt mindre
optimal drift)
• VR sender estimater på intensiteter
• Loop
Beregning af kontrolstrategi gennemføres i et model-setup, som løbende
modtager real-tids data fra VR, AS og RA til anvendelse for beregning og
kalibrering.
kalibrering
Opstilling af integreret hydraulisk modelkompleks
Oplandsmodel (MIKE She) beregner
afstrømningen fra det åbne land. Oplandsmodellen
modtager informationer om regn fra vejrradar.
Resultatet bruges i Å-modellen
Mike Urban – modeller beregner afstrømningen fra
det urbane område. Modellen modtager data fra
vejrradar og spildevandsdata. Der beregnes
overløb til recipienter og udløb fra renseanlæg og
rengvandsledninger, som bruges til Å- og
havnemodel.
Å – modellen (Mike 11) beregner strømning og
stoftransport – bl.a. E-coli. Resultatet bruges i
havenmodellen Å.
Havnemodellen (Mike 21) beregner E-coli
koncentrationen i havnen. Den bruger randdata fra
en større bugtmodel til beskrivelse af
vandstandsændring.
Passer modellerne ?
Statusmodelberegninger (2005) er kalibereret efter
de målte værdier i 2005 – og viser god
overensstemmelse
Sikkerhed - klimaændringer
Al regn er tillagt 20 % i forhold til nu
Vandstandsstigning på op til 50 cm
Regnprognose ved anvendelse af vejrradar
Tørvejrsprognose er særdeles relevant til håndtering af
tømningen af de store bassiner a.h.t. optimering af
renseanlægsdriften.
Vejrmodellerne fra DMI kan formodentlig give langtidsvarslingen
langtidsvarslingen.
Varslingssystem
Integreret Real tids
modellering/styring
Varsling:
Badevandskvalitet
DIMS Online Host
Server
iFIX SCADA
Node
DIMS Online Host
Server
DIMS Online Host
Server
DIMS Online Host
Server
iFIX SCADA
Node
Mouse Hosts
iFIX SCADA
Node
iFIX SCADA
Node
Real tids
modellering:
Opland
Brabrand sø
Århus Å og
havn
Real tids
modellering:
Marint
område
Evaluering af styring
Model prediktiv styring
Model prediktiv styring
Mike Urban Model
Mike Urban Model
Strategi
Målsætninger:
•Hygiejnisk vandkvalitet
Strategi
•Undgå slamflugt
•Undgå kælderoversvømmelser
•Reducere næringsstofferne fra RA og afløb
•Styr aflastninger til ønskede lokaliteter
•Sikre et driftsikkert og robust system
Framework
Framework-Light (VB)
Global
styring
Framework-Plan (DIMS/VB)
Global
styring
Framework-Drift (DIMS/VB)
Global
styring
½ ~ 5 minutter
Lokal
PLC
styring
Lokal
PLC
styring
DIMS
Software
Sensor
Lokal
PLC
styring
DIMS
Software
Sensor
C
COM
C
COM
millisekunder (drift)
beregningsskridt (model)
Excel/VB
Software
Sensor
Mike Urban Model
Mike Urban Model mm.
målsætning
g
DESIGN
(Mike Urban)
PC
målsætning
g
DESIGN og VALIDERING
(Mike Urban + Mike 11 + Mike 21)
Regn DIMS
målsætning
g
DRIFT
(virkeligheden)
Eske DIMS
Framework-Drift (DIMS/VB)
Global
styring
½ ~ 5 minutter
DIMS
Lokal
PLC
styring
DIMS
Software
Sensor
millisekunder (drift)
beregningsskridt (model)
DRIFT
(virkeligheden)
Eske DIMS
Håndtagene udstyres og vi arbejder med tilbagefaldsstrategi – driftsikkerhed.
Regelstyring
•
Spjæld og pumper styres ud fra en eller flere betingelser om systemets nuværende tilstand.
P
Prognosebaseret
b
t regelstyring
l t i
•
Spjæld og pumper styres ud fra prognosen af en eller flere tilstande. Prognosen kan fremkomme på flere
forskellige måder og kan variere i kvalitet og hvor langt ud i fremtiden den går.
Modelprædiktiv styring
•
Model simuleringer benyttes til at søge/vælge de bedste setpunkter for styring baseret på systemets aktuelle
til t d og prognose (regn
tilstand
(
osv.))
iFIX
PLC
Vejr
radar
Gear
DIMS
Spjæld
TekNet
Model
Styringsdiagram – Marselisborg
Har vi styr på alle dimse-dutterne?
Hvor fejler kommunikationen?
IT struktur for samstyring
Setup
p med 3 beregningsniveauer
g g
kræver struktureret dataopbygning
p yg g og
g flow
Beregningsserver
EKSTERN (bruger)
EKSTERN (system)
‐Modelbeskrivelser
<>Dropzone m.v.
>2 opløsninger til DHI (/5.min)
<Regnmålerfil (DMI)
<Å‐niveau (Orbicon)
<Modeldata (NM)
<Modeldata (NM)
<Havneniveau (DHI)
>Målestation Åby (DHI)
INTERNET
DMZ
LBA
FTP VOS
‐Adm. pc med adgang til PLAN via TEKTERM, samt DIMS direkte.
‐Modelbeskrivelser til PLAN og DRIFT
‐Passiv transport af eksterne data
ADM netværk
TEKNET
DMZ DIMS CH
‐Aktiv transport af
eksterne data
Driftsuafhængige data
DMZ
TEKNET
Modelbeskrivelser
LBA
Projektdata til/fra FTP
Radar (Harlev RA)
TEKFILE
‐Datalager for radardata
m.v. (alternativ til SQL‐
( l
i il SQL
backup)
Radardata (polære, konfiguration) (/5.min)
C ( j k)
CH (projekt)
DIMS CH (replik)
‐Projektdata til/fra FTP
‐EXCEL til model
‐DIMS Klient
‐DIMS.CORE replikering (ca. 20 tidsserier fra RA + 250 fra ESKE)
PLAN SQL
PLAN
PLAN DRIFT
DRIFT
Polære, konfiguration
samt 2 opløsninger
(/5min)
DIMS CH
DIMS CH (Beregning radar data)
DIMS CH SC
(Opsamling radar data)
‐Kalibreringsfaktor
‐Afledte SW‐sensorer
‐Data fra radar
‐Radardata til TEKFILE
<1 opløsning
<Regnmålerfil (DMI)
<Regnmålerfil (DMI)
>ABC‐værdier
>Radarbillede (kalibreret)
(/5min)
DIMS.CORE datalinks
fra ESKE+Renseanlægs SQL
Kontrolregler
(manuelt)
MOUSE ENGINE
DIMS CH
MIKE 11
DIMS CH
MIKE 3
DIMS CH
Renseanlæg
Åby Vest
Jægergårdsgade
Målestation Åby
MOUSE ENGINE
DIMS CH
Pumpestationer
Bassiner
Overløbsbygv.
DIMS.CORE datalink
fra/til ESKE SQL
DIMS CH (eske)
SC ( k )
DIMS OH (iFIX)
‐Eksisterende DIMS funktionalitet.
‐Rapporter til "regn"
Dataopsamling,
setpunkter
(RT)
IFIX
‐Eksisterende iFIX funktionalitet
2 opløsninger (/5min)
ESKE SQL
(+radardims)
MIKE 11
DIMS CH
DIMS.CORE datalinks
til PLAN SQL+til/fra Renseanlægs SQL
MIKE 3
DIMS CH
Forudgående faser inden etablering af samstyring
•
•
•
•
•
•
•
•
Få godt
dt kendskab
k d k b til eksisterende
k i t
d system
t
Opstil gode hydrauliske modeller
Opbyg
p yg en ensartet SRO-struktur
Indsamle måledata i fælles database (Opbyg en god struktur i
navngivning og placering)
Validering og kalibrering af indsamlede data,
data da disse data
anvendes til valg af kontrolstrategi
Vedligehold og drift det eksisterende system, så systemet
opfører sig som forventet (Kontraklapper
(Kontraklapper, pumpestationer
pumpestationer,
måleudstyr, spjæld, overløb og bassiner m.v.)
Trim/optimere eksisterende renseanlæg
Sik ett robust
Sikre
b t og driftsikkert
d ift ikk t system
t
Tak for opmærksomheden
- Husk at styring kræver
opmærksomhed hele vejen fra
planlægning til drift – og det forsætter.
Er det mon strategi
1,2 eller 3?