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Supervisionare la depurazione delle acque
Articolo tratto da "Automazione Oggi", numero 257 - Aprile 2003

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Articolo

Ecco come sono stati affrontati il controllo e la supervisione dell'impianto di depurazione di Trescore Balneario (BG) che serve sedici comuni della Val Cavallina.

A cura di Massimo Giussani

La crescente sensibilità nei confronti delle problematiche ambientali fa sì che venga richiesta sempre maggior attenzione alla qualità dei processi di depurazione e di trattamento degli scarichi urbani e industriali. Una gestione oculata e coordinata della raccolta della acque reflue può comportare significativi vantaggi a medio e lungo termine per le comunità che decidono di investire nella salvaguardia dell'ambiente.
La gestione del ciclo integrato delle acque della comunità montana Val Cavallina (BG) rappresenta un esempio in tal senso: il coordinamento delle reti interne comunali, la creazione di importanti infrastrutture quali l'Acquedotto dei Laghi, il collettore circumlacuale e l'impianto di depurazione comunitario, hanno innescato un significativo miglioramento delle condizioni del fiume Cherio e del lago di Endine.
Il presente articolo intende illustrare come sono stati affrontati i problemi di controllo e supervisione dell'impianto di trattamento delle acque reflue di Trescore Balneario, il complesso che serve i sedici comuni della comunità montana della Val Cavallina.
Costruito da "La Biodepuratrice", azienda di Clusone specializzata nella progettazione e nella realizzazione di impianti di depurazione, l'impianto è di proprietà della Comunità Montana Val Cavallina che lo ha concesso in gestione alla Val Cavallina Servizi di Casazza (BG), la quale a sua volta si avvale della stessa azienda "La Biodepuratrice" per farlo funzionare. Il sistema di controllo e supervisione dell'impianto è stato recentemente realizzato da P & K New Electric di Casnigo (BG) che ha utilizzato come sistema di sviluppo Super-Flash di Automa.

Un unico sistema per i comuni della Val Cavallina
L'impianto di depurazione di Trescore Balneario è stato costruito nei prima anni '90 per servire tre comuni contigui con un bacino di utenza inferiore ai quindicimila abitanti. Nel 2001, grazie al contributo della comunità montana Val Cavallina, il sistema di raccolta e trattamento delle acque è stato ampliato consentendogli di servire oltre cinquantamila abitanti. In pratica tutti i comuni da Casazza ad Entratico sono stati collettati e l'impianto si trova ora a processare scarichi urbani e industriali per circa 20 mila metri cubi giornalieri.
La presenza di un unico acquedotto per i sedici paesi della Comunità ha reso superflua l'intercettazione delle acque sorgive in un anno sono circa 300.000 i metri cubi d'acqua che vengono lasciati liberi di defluire naturalmente verso il lago di Endine. Il nuovo sistema di raccolta ha inoltre permesso di incrementare, di oltre mezzo milione di metri cubi l'anno, la quantità complessiva di acqua potabile immessa nel lago. L'azione congiunta del ricambio di acqua e dell'allontanamento delle acque reflue ha comportato un miglioramento delle condizioni del fiume Cherio e del lago di Endine con ovvie conseguenze positive per l'ecosistema locale. L'aspetto del telecontrollo e della supervisione è considerato fondamentale dalla Val Cavallina Servizi: le fognature e gli impianti di depurazione, infatti, sono gestiti a distanza tramite il centro di controllo della Val Cavallina per mezzo del sistema Acquatel e Decotel basati su PLC locali. Il centro di controllo, inoltre, è dotato di un sistema di manutenzione programmata e di uno di segnalazione allarmi via SMS. L'impianto di Trescore in questo senso fa eccezione in quanto il telecontrollo non è attualmente abilitato; tuttavia si tratta di un'opzione già prevista dal software di supervisione che può renderla disponibile in qualsiasi momento senza difficoltà.
Per quanto riguarda la costruzione, la manutenzione e la gestione degli impianti, infine, la Val Cavallina Servizi dispone della certificazione ISO 9002 fino dal 2000.

La depurazione delle acque
L'impianto di depurazione di Trescore è situato lontano dai centri abitati a poca distanza dal fiume Cherio nel punto più basso della Comunità Montana e, pur avendo un diametro di un centinaio di metri circa, risulta nascosto alla vista con conseguente minimizzazione dell'impatto ambientale.
Il trattamento delle acque consiste nel passaggio delle stesse attraverso una serie di stadi in cascata con ricircolo del materiale organico, al fine di garantire un efficace abbattimento degli agenti inquinanti.
Le acque reflue, la cui portata viene misurata per mezzo di misuratori magnetici, vengono prima di tutto filtrate da due griglie e passate in una prima vasca, dove dissabbiatori e disoleatori provvedono ad asportare il materiale che si deposita sul fondo ed emerge in superficie. Il liquame passa poi in un'altra vasca, dove viene prima mescolato con il fango biologico, proveniente da una sezione successiva dell'impianto, e poi sottoposto ad ossidazione per esposizione all'aria pompata da opportuni compressori. In questa vasca, che prevede un ricircolo di circa il 50% del materiale, avvengono i processi di denitrificazione e defosfatazione. L'acqua di sfioro passa poi alla successiva vasca di ripartizione, che suddivide il liquame in quattro sedimentatori dove il fango viene lasciato depositare. Le pompe sul fondo dei sedimentatori provvedono a prelevare il fango biologico per reimmetterlo nella vasca di ossidazione. L'acqua di sfioro dei sedimentatori passa alla vasca di clorazione e infine a quella di filtrazione dalla quale una volta disinfettata esce per essere immessa nel fiume Cherio. Il fango in eccesso accumulato nei sedimentatori viene estratto e immesso in un preispessitore dove viene digerito e stabilizzato prima di passare al postispessitore ed alla fase finale di disidratazione. Qui perde acqua per circa l'80% del suo peso e al termine del processo viene immagazzinato in appositi cassonetti per lo smaltimento. In tutto il processo alcuni misuratori magnetici e ad ultrasuoni si preoccupano di misurare la portata di liquame, fango e acqua trattati fornendo, insieme alle rilevazioni delle caratteristiche chimico-fisiche del fluido, gli elementi per il controllo del processo di depurazione.
Nel complesso l'impianto contempla oltre cinquecento I/O digitali (350 ingressi e 200 uscite) e una decina di I/O analogici. Sensori e attuatori sono connessi su linee 4-20 mA, ma sono principalmente utilizzati in modalità impulsiva: ad esempio i misuratori di portata sono tarati in modo da fornire un impulso per ogni mc/h misurato e la conversione dei valori rilevati da un contatore avviene a livello di PLC.
Il controllo del processo viene effettuato per mezzo di un PLC Siemens S7 serie 300 con Cpu 315-2 DP a cui sono connesse, tramite Profibus DP, quattro unità decentrate ET 200 delegate alla raccolta dei segnali e al comando motori. Il sistema di supervisione risiede su personal computer e comunica con il PLC per mezzo di una scheda Applicom via bus MPI. Un ulteriore PLC provvede allo scambio dei dati con il sistema situato presso la sede centrale del consorzio Val Cavallina.

La supervisione dell'impianto
Il sistema di supervisione si appoggia a Super-Flash, lo SCADA di Automa, e si articola su una molteplicità di pagine che riportano fedelmente le varie sezioni del sinottico presente sul quadro principale del sistema di controllo a PLC. La navigabilità tra le pagine e la selezione dei vari dispositivi è semplice ed intuitiva e permette di supervisionare l'intero impianto con pochi click del mouse.
Sebbene il sistema lo consenta, è stato scelto di non espletare le operazioni di controllo direttamente da PC e da postazione remota, ma di lasciare tale compito al solo pulpito di comando del PLC. È tuttavia possibile impostare, attraverso le ricette, i temporizzatori di certi attuatori (gli azionamenti che presiedono griglie, ventilatori e biofiltro, per esempio) in modo da gestire i tempi di pausa e lavoro di questi dispositivi, anche nell'ottica di una manutenzione preventiva. Dei sensori di sicurezza consentono comunque di escludere i temporizzatori per forzare il funzionamento o l'arresto, in modo da poter operare direttamente sull'impianto in caso di situazioni critiche o di manutenzione. Per le pompe di recente aggiunta, inoltre, un selettore a chiave permette di segnalare al sistema di controllo e di supervisione lo stato di disabilitazione per manutenzione (indicata a video da un'icona appropriata).
Tutte le pompe e i motori offrono un'indicazione del loro stato: se in funzione o se in arresto termico; sul sinottico del pulpito di comando le condizioni di anomalia sono rappresentate per mezzo di differenti velocità di lampeggiamento di una spia posta a fianco del motore.
Il sistema mette a disposizione opportuni contator, totali e parziali, che permettono di tenere traccia dell'usura dei dispositivi impegnati minimizzando il rischio di guasti improvvisi. Altri contatori si occupano invece di registrare i metri cubi di prodotto trattato: anche in questo caso sono di due tipi, uno che conta i metri cubi giornalieri e uno con possibilità di azzeramento manuale per poter analizzare le portate in determinati momenti della giornata. I dati raccolti possono essere visualizzati senza difficoltà in forma grafica nelle apposite pagine che mostrano l'andamento nel tempo della concentrazione di ossigeno, del pH e delle portate in gioco nei vari punti dell'impianto. A mezzanotte di ogni giorno le portate in metri cubi transitati nell'impianto e i contatori dei motori vengono memorizzati nei file che costituiscono l'archivio storico; un semplice programma, scritto in MicroC, permette di estrarre i dati di un determinato periodo semplicemente specificando l'intervallo di date. Il sistema prevede infine una completa gestione degli allarmi con la possibilità, non ancora abilitata, di avvisare in maniera remota tramite modem o SMS su cellulare il responsabile di turno.

La scelta di Super-Flash
Grazie a pacchetti come Super-Flash, molti sviluppatori si sono dotati di sistemi di controllo basati su PLC, in modo da ampliare la propria offerta con sistemi di supervisione evoluti in grado di adattarsi alle molteplici esigenze del variegato tessuto industriale italiano.
Da un punto di vista tecnico Super-Flash è un sistema di sviluppo che ha un proprio linguaggio di base a sintassi guidata accessibile a chiunque abbia conoscenze di programmazione di PLC. La semplicità della sintassi va di pari passo con l'affidabilità delle applicazioni realizzate.
Super-Flash è caratterizzato da una flessibilità tale da permettergli di affrontare i problemi più disparati nel campo del controllo e della supervisione di processo.
Già nella sua dotazione di base consente di svolgere i compiti tipici di uno SCADA: leggere e scrivere delle variabili in campo, visualizzare sinottici, trend, gestire allarmi, ricette e memorizzare archivi con i dati storici. Automa ha però previsto per gli sviluppatori più esigenti la possibilità di appoggiarsi a un linguaggio di programmazione che permette di gestire le situazioni più complesse; è stato così sviluppato MicroC che, pur avendo una sintassi simile a quella dell'Ansi C, non è propriamente un compilatore tradizionale. Una sorta di Java ante litteram, il codice di MicroC viene elaborato dal compilatore e convertito in un metacodice che viene poi interpretato in fase di esecuzione da un motore interno a Super-Flash, in grado di eseguire fino a 250 di task parallele. Questo modo di operare garantisce l'indipendenza dal sistema operativo e il controllo pressoché totale del codice eseguito con conseguenti effetti benefici sull'affidabilità e la stabilità dell'applicazione.
Super-Flash può lanciare, lasciare in esecuzione o bloccare simultaneamente più programmi in MicroC. Il compilatore di linguaggio C di Automa è dotato di una serie di librerie orientate alla risoluzione dei problemi di supervisione e comprensive di funzioni per la gestione degli allarmi, dei trend delle ricette e per l'interfacciamento con il mondo esterno; ad esempio vengono fornite tutte le funzioni per lo sviluppo facilitato di protocolli di comunicazione.
Grazie alla gestione delle stampe e dei fogli di calcolo integrata nel pacchetto, Super-Flash non richiede l'esecuzione di applicativi aggiuntivi sotto il sistema operativo, cosa che oltre a comportare dei rischi per la stabilità del sistema può far levitare i costi per quanto concerne le licenze software. In questo modo se il pacchetto viene eseguito sotto Windows e si hanno problemi di stabilità a eseguire simultaneamente applicativi come Word o Excel, si può sempre far affidamento sulle applicazioni interne a Super-Flash per garantire una maggior sicurezza ed affidabilità.
Il software di Automa, attualmente giunto alla versione 3.6, è disponibile in due soluzioni commerciali: una versione ROYALTY-FREE che prevede l'acquisto del solo sistema di sviluppo e una versione denominata RUNTIME che non presenta costi a livello di sistema di sviluppo, ma solo a livello di applicazione finita.
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