Od procesní instrumentace a průmyslové komunikace přes napájecí systémy až po technologie pro automatizaci řízení procesů. A v celém životním cyklu zařízení – od plánování a provoz až po údržbu. To vše obsahuje produktové portfolio Siemens pro vodárenství.
Mottem letošního jubilejního 30. ročníku Světového dne vody bylo „Urychlení změn“. Jednalo se o jednoznačný apel na rychlé jednání, které by pomohlo vyřešit současnou vodní a hygienickou krizi, dokud je ještě čas. Silná motivace a snaha lidí po celém světě o zvrácení situace k lepšímu je jistě velmi důležitá, nicméně sama o sobě nestačí. Aby lidé opravdu mohli něčeho pozitivního dosáhnout, musejí mít v rukou silné nástroje – fyzické i digitální. Co v tomto směru nabízí vodohospodářům společnost Siemens, shrnuje Oldřich Kupa, prodejní specialista pro vodohospodářství společnosti Siemens.
Problém, který mají úplně všichni: úniky vody
Na cestě od zdroje přes úpravnu až ke konečnému spotřebiteli vždy dochází ke ztrátám. Ztráty vody ve vodárenských sítích je velké téma, kterému se věnuje spousta lidí a firem. Nejedná se ale jen o úniky. Dokonce i samy vodárny mají vlastní spotřebu technologické vody. V České republice se uvádějí průměrné ztráty pitné vody ve vodohospodářské infrastruktuře zhruba okolo 15 %. Nejlepší vodárny u nás deklarují úniky nižší než 10 %, jsou zde ale bohužel i takové, které mají úniky přesahující 50 %. A s tím je potřeba co nejdříve začít něco dělat. „Podmínkou pro jakoukoliv další činnost je kvalitní měření, protože bez měření nejsou žádné výsledky,“ zdůrazňuje Oldřich Kupa. „Siemens má vlastní technologie, ale také techniku, která pomáhá vodohospodářským společnostem na svých sítích lépe a kvalitněji měřit. Z našich technologií bych zmínil modulární softwarový systém SIWA Leak Plus, kdy s využitím AI dokážeme lokalizovat a kvantifikovat úniky vody v sítích. Systém dokáže využít data, která již vodárna má, a s těmi daty dále pracovat. V současné době chystáme v ČR pilotní projekty.
Vodárenství je kromě jiného také energeticky vysoce náročný obor. A proto současná energetická krize vyvolává silný tlak na zvyšování efektivity úpravy vody, distribuce, ale současně i čištění odpadních vod. Obecně se udává spotřeba energie na výrobu 1 000 l pitné vody 0,2–0,7 kWh. Samozřejmě záleží na typu úpravny – jestli se upravuje podzemní, nebo povrchová voda apod. Energie se spotřebovává také při dopravě vody do vodojemu a ke spotřebiteli. Ještě mnohem energeticky náročnější je čištění odpadních vod. Tam se spotřeba uvádí ve výši 40–60 kWh na ekvivalentního obyvatele za rok. Největší spotřeba je v části biologického čištění, kde dmychadla a turbokompresory spotřebují asi 40 % energie. Dalších 15–20 % energie připadá na čerpadla. V úpravnách vody je situace obdobná. Největšími konzumenty jsou opět kompresory, dmychadla a čerpadla. Jakým způsobem lze snížit energetikou náročnost ve vodárenství? „Optimalizací procesů, úpravami technologií, výměnami čerpadel, motorů – jejich náhradou za motory s větší účinností, důslednou regulací provozu dmychadel, využitím obnovitelných zdrojů energie, tepelných čerpadel, malých vodních elektráren anebo přímo zvyšováním účinnosti celého systému,“ vysvětluje Oldřich Kupa. „Další cestou je určitě modelování, simulační procesy a další. V současné době realizujeme pilotní případ v rámci České republiky, kdy u jednoho z významných provozovatelů vodohospodářských sítí instalujeme systémy energetického managementu,“ doplňuje.
Pro vodárenství je typické, že se v něm sbírá obrovské množství dat, protože vodárenské společnosti sledují spoustu věcí. Sběr dat sám o sobě není až tak složitý. Náročnější je jejich kvalitní analýza a nakonec pak správné využití těchto dat, to znamená, aby nám daly potřebnou informaci, a tím přidanou hodnotu. „V mnoha vodárenských společnostech se dnes zavádějí podnikové infomační systémy a různé IoT platformy pro dálkové odečty spotřeby. U řady společností jsou bohužel dálkové odečty jedinou vlajkovou lodí digitalizace,“ říká Oldřich Kupa. „Většina společností také využívá ke své práci GIS a do budoucna se počítá s využíváním BIM systémů. V těchto případech jsme připraveni s naším systémem COMOS, který dokáže propojit technologii se stavbou a přispět ke kompletní digitální dokumentaci provozů. K otázce trendů: očekávám výrazně vyšší používání softwaru pro modelování a pro dynamické simulace dějů, například s využitím naší simulační platformy SIMIT. To výrazně usnadní práci technologům a přispěje k vyšší kvalitě úpravy i čištění vody. Co bych si já přál, by bylo výrazně vyšší nasazování procesních systémů řízení. My jako Siemens jsme schopni tyto projekty nastavovat už od velikosti okresních čistíren,“ uzavírá.
Ve vodohospodářském průmyslu pracujeme se dvěma typy digitálních dvojčat. Prvním typem je digitální dvojče vlastní vodárenské infrastruktury, které může být vytvořeno v různých systémech. Mělo by sloužit především pro systémy prediktivní údržby, pro eliminaci papírové dokumentace, udržení pořádku v dokumentaci a zajištění aktuálnosti dat. Druhou disciplínou je digitální dvojče procesů, které by mělo primárně sloužit technologům a odborníkům na jednotlivých čistírnách nebo úpravnách k optimalizaci procesů anebo simulaci. „Ve využívání digitálního dvojčete procesů já osobně vidím největší přínos pro celý obor,“ komentuje Oldřich Kupa.
Vodárenská infrastruktura je jako vysoce kritické místo z pohledu bezpečnosti obyvatelstva odjakživa v ohrožení, a proto současně velmi přísně střežena. K této otázce dnes všichni přistupují velmi zodpovědně a všechny vodní zdroje jsou velmi dobře zabezpečeny. Pokud i přesto k něčemu dojde, jedná se převážně pouze o vandalismus. Plná ochrana vodohospodářské infrastruktury musí být jak fyzická, tak i kybernetická. Samozřejmostí je přísné zabezpečení vstupů do objektů, přístupy do vodojemů i k samotným vodním zdrojům. Kromě fyzické ochrany se musí samozřejmě chránit také přenosy dat, správa objektů, propojení IT a OT infrastruktury. „Na to máme jako Siemens řadu účinných řešení, například náš koncept Defense-in-Depth, který je postaven na principu Zero Trust a jehož základy tvoří zabezpečení provozu, zabezpečení sítě a integrita systému. Jsme připraveni a vnímáme rostoucí zájem zákazníků o naše řešení,“ doplňuje Oldřich Kupa. Komplexní a praktické bezpečnostní koncepty od společnosti Siemens využívají certifikované produkty, systémy a procesy podle IEC 62443 – předního mezinárodního standardu pro bezpečnost v průmyslové automatizaci.
Siemens má pro své zákazníky rovněž kompletní nabídku procesních přístrojů vhodných pro dodávky vody a měření její spotřeby. Mezi novinky společnosti Siemens patří kompaktní radarové hladinoměry Sitrans LR100, pracující na frekvenčním principu FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Rychlé a jednoduché nastavení umožňuje aplikace Sitrans mobile IQ App a rozhraní bluetooth. Data z tohoto přístroje lze spravovat místně anebo v cloudu.
Siemens TIA Portal, který je prezentován jako brána do světa automatizace a digitalizace, pronikl i do světa vodního hospodářství. TIA Portal se trvale vyvíjí a přináší nové individualizované funkce. Zohledňuje při tom názory početných uživatelských komunit, zejména systémových integrátorů, vývojářů i uživatelů. S novou verzí inženýrského softwaru TIA Portal lze významně zkrátit dobu potřebnou pro realizaci a uvedení projektu do provozu. Toho se docílí např. pomocí nástrojů pro pokročilé simulace, možnosti pracovat na dálku a digitalizací pracovních postupů. Rozšířené funkce pro diagnostiku a monitorování spotřeby energií umožňují dosáhnout vyšší produktivity celého provozu. Nová verze TIA Portal nabízí ve srovnání s předchozími také mnohem flexibilnější komunikaci a možnost propojení s nadřazenými systémy, včetně knihovny pro měření a vyhodnocení spotřeby energií SIMATIC Energy Suite, certifikované dle ISO50001.
Procesní průmysl se vyznačuje kontinuálními výrobními procesy, kde každá změna technologie představuje náročný úkol. To platí bezezbytku také pro vodohospodářský průmysl. Speciálně pro potřeby tohoto sektoru vyvinul Siemens plně webový distribuovaný řídicí systém SIMATIC PCS neo, který se vyznačuje snadným a přehledným ovládáním, flexibilitou a možností přístupu z různých zařízení, včetně mobilních. Velkou předností systému SIMATIC PCS neo je například využití standardizovaných funkčních bloků, rozhraní HTML5 v inženýrské i procesní stanici, vysoká míra kybernetické bezpečnosti…; výčet výhod PCS neo je však dlouhý a vydal by na vlastní článek.
SIMATIC Energy Manager PRO
Siemens SIMATIC Energy Manager je systém řízení hospodaření s energiemi, certifikovaný podle ISO 50001. Jeho úkolem je monitorovat a ukládat data týkající se energetických toků a také tato data zpracovávat. Spotřebu energie v rámci jednotlivých procesů si uživatel může přehledně vizualizovat, exportovat do grafů, automaticky z ní generovat reporty apod. SIMATIC Energy Manager PRO je vyšší verzí softwaru SIMATIC Energy Manager Basic, který disponuje více funkcemi. Například umožňuje vytvářet také predikce spotřeby energie pro nadcházející výrobu. K tomu využívá historická data udávající minulou spotřebu v podobné situaci. Upgradovat na tuto vyšší verzi lze velmi snadno s pomocí licenčního klíče. SIMATIC Energy Manager obsahuje také funkcionalitu, s jejíž pomocí lze stanovit energetickou třídu daného zařízení, například kompresoru, dmychadla nebo čerpadla. Výsledek takového testu pak ihned napoví, do kterého zařízení je potřeba investovat, případně které by se mělo úplně nahradit jiným, energeticky úspornějším řešením.
Platformy COMOS a Insights Hub
Předpokladem efektivního řízení závodu či jakéhokoliv pracoviště, tedy například i úpravny anebo čističky vody, je optimální spolupráce a koordinace všech oborů a oddělení zapojených do navrhování a provozu. Standardizovaná datová platforma COMOS od Siemens zajišťuje konzistentní řízení dat během celého životního cyklu daného provozu a na všech jeho úrovních a ve všech fázích. Velkou výhodou tohoto řešení je, že si zákazník – provozovatel vodohospodářské sítě – může pořídit individualizovaný COMOS, který je připraven přímo na míru tomuto průmyslovému odvětví. Druhou platformou, využívanou ve vodárenství pro sběr a analýzu průmyslových IoT dat, je Insights Hub (dříve MindSphere), který je součástí Industrial Operations X, řešení pro projektování, realizaci a optimalizaci výroby v novém světě konvergence informačních a provozních technologií (IT/OT). Velké množství dat, které se ve vodárenství sbírá, lze ukládat v cloudovém úložišti a zpracovávat je s pomocí aplikací vyvinutých speciálně pro potřeby tohoto sektoru. Těmito aplikacemi jsou některé produkty Siemens, jiné vytvořili jeho certifikovaní partneři nebo sami zákazníci.
SIMIT
Rychlejší uvádění výrobků na trh při zachování stejné úrovně kvality si vyžaduje integrované postupy projektování i kratší časy na změnu a uvedení do provozu u nových nebo i upravených výrobních jednotek. Simulační platforma SIMIT umožňuje komplexní testování automatizačních aplikací a nabízí realistické prostředí pro školení obsluhy před vlastním uvedením systémů do provozu. Přináší tak možnosti pro optimalizaci procesů a zachování know-how, což vede ke zkrácení nejen doby zprovoznění, ale i doby pro uvedení na trh. Obecně to znamená, že výrobní a procesní podniky mohou pracovat mnohem účinněji a efektivněji po celou dobu životnosti. SIMIT disponuje speciální knihovnou pro vodohospodářský průmysl, která umožňuje v kombinaci s dalšími knihovnami simulaci konkrétních případů využití v oblasti úpravy pitné vody a čištění odpadních vod. Podporuje také virtuální uvedení do provozu a školení operátorů.
SIWA (Smart Water Management)
Modulární softwarový systém od Siemens, který pomáhá provozovatelům vodárenské infrastruktury účinněji využívat infrastrukturu. K lokalizaci úniků vody na sítích a přivaděčích slouží moduly SIWA Leak a SIWA Leak Plus. Oba moduly lze snadno implementovat do stávajících systémů, které tyto firmy využívají. Systém SIWA ale řeší také optimalizaci distribuce pitné vody. K tomu slouží nástroj SIWA Optim. S jeho pomocí lze optimalizovat provoz čerpacích stanic a vodojemů, zajistit bezpečné a stabilní dodávky pitné vody a současně i minimalizovat spotřebu elektrické energie. Systém SIWA obsahuje také modul určený pro optimalizaci provozu stokových sítí – SIWA Sewer. Modul využívá prvky umělé inteligence (AI) a slouží nejen k optimalizaci, ale také k simulaci různých budoucích scénářů, které mohou nastat například v důsledku hrozícího přívalu srážkových vod apod. (Podrobněji se o tomto modulu dočtete v následujícím článku partnerské společnosti VDT Technology.) Dalším modulem, určeným pro sítě odpadních vod, je SIWA Blockage Predictor, který dokáže, opět s využitím AI, predikovat ucpávání stokových sítí. V nabídce je dále i aplikace určená pro monitorování a ochranu čerpadel – SIWA Pump Guardian. Díky ní mohou čerpací stanice odpadních vod výrazně ušetřit náklady na provoz i na údržbu.
Jubilejní světový den vody
22. března 2023 jsme oslavili již třicátý Světový den vody, který byl na tento den určen Organizací spojených národů. Od té doby si každoročně v březnu lidé po celém světě připomínají význam vody a její nenahraditelnost. A také to, že její dostatek zdaleka není samozřejmý. Podle zprávy OSN z roku 1993, kdy se připomínal Světový den vody poprvé, trpěla nedostatkem vody celá jedna miliarda lidí na světě. Dnes je již vzhledem k pokračujícím změnám klimatu situace ještě horší. Přístup k nezávadné pitné vodě nemá minimálně jeden měsíc v roce celá čtvrtina obyvatel zeměkoule. Světový den vody se ale nesnaží pouze poukazovat na tento alarmující fakt, každoročně také vyzdvihuje jedno konkrétní téma, kterému se v daném roce podrobně věnují všechny zaangažované firmy, instituce, vládní i neziskové organizace a další. V letošním roce bylo tématem Světového dne vody „Urychlení změn“ (Accelerating Change), které povedou k vyřešení vodní a hygienické krize na světě.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
