Su Arıtma Tesislerinin Modernize Edilmesi Tüm İhtiyaçları Karşılayabilecek Tek Bir Sistem

👤Joachim Pucker, Küresel Sanayi Yönetimi Bölüm Direktörü, Su/Atık Su Arıtma Sistemleri - Phoenix Contact Electronics GmbH
Avrupa kıtasındaki ilk su arıtma tesisi 1882 yılında, Frankfurt´ta hizmete girmiştir. Bu tarihten beri birçok aşama halinde gerçekleştirilen atık su arıtma işlemi giderek daha karmaşık bir hale geldi. Prensipte, su arıtma tesisi, temiz su üreten bir fabrika gibidir. Su arıtma prosesi kabaca beş aşamaya ayrılabilir. Atık su tesise ulaştığında, ilk olarak mekanik olarak temizlenir. Bunun için su öncelikle bir elek sisteminden geçirilir ve büyük parçalar tutulur. Çıkıştaki kum kapanında debi düşürülür. Sonuç olarak kum ve çakıl gibi ağır maddeler çöker ve bu maddeler daha sonra bir atık imha alanına boşaltılır. Kum kapanı bir havalandırma sistemi, bir kazıyıcı ve bir gres kapanı ile donatılmıştır. Mekanik temizleme bir ana çöktürme havuzunda tamamlanır. Burada yavaş yavaş çöken ve yüzen maddeler akan sudan ayrılır ve ana çamur halinde sıkıştırılarak uzaklaştırılır. Biyolojik saflaştırma, havalandırma havuzundaki mikroorganizmalarla başlar. Bu işleme, havalandırılmış çamurda bulunan ve daha sonra atık su içerisindeki çözünmüş ve iyice ayrılmış organik kirletenleri parçalayan bakteriler de dahil olabilir. Bu proses, aslında sudaki doğal yapılarda görülen kendi kendini temizleme mekanizması ile aynıdır (Şekil 1). İkincil çöktürme havuzunda havalandırılmış çamur flokülleri, temizlenmiş atık sudan mekanik olarak ayrılır ve havalandırma havuzuna geri dönüş çamuru olarak aktarılır. Kontrol ve teknolojik işlevlerin desentralizasyonu Daha esnek ve verimli su arıtma tesislerine talep ve yine bununla eş zamanlı olarak yüksek kullanılabilirliğe olan talep hem işletimci firmalara hem de ekipman tedarikçilerine sürekli olarak yeni görevler sunuyor. Bununla ilgili yaklaşımlardan biri de, kontrol ve teknolojik işlevlerin desentralizasyonu yoluyla otomasyon teknolojisinin karmaşıklığının azaltılmasıdır. Bu konseptin sağladığı diğer ilave avantajlar arasında denetimsel kontrol ve otomasyon seviyelerinin çok daha basit bir şekilde dikey entegrasyonu da bulunur. Bu türden bir sistem, bir su arıtma tesisinin çok aşamalı temizleme proseslerine en ideal şekilde uygulanabilir. Tesisin hem tasarım ve mühendislik hem de programlama ve devreye alma aşamalarında elde edilen avantajlar açıktır: Bağımsız işlevler açık bir şekilde belirlenebilir ve programlama ve devreye alma işlemlerinden sonra bağımsız birimlerde test edilip onaylanabilir. Eğer birden çok sayıda özdeş tesis bölümü varsa bu durumda yazılım ve donanım uygun şekilde kopyalanabilir. Dahası kablaj maliyetleri ve toplam iletişimde kullanılan veri miktarı da düşer. Ancak tüm arayüzlerin açık bir şekilde belirlenmesi çok önemlidir. Güçlü altyapı bileşenleri Söz konusu genel otomasyon çözümünün performası olduğunda, dağıtılmış otomasyon bileşenlerinden ağ oluşturulması hayati öneme sahiptir. Bu noktada, son yıllarda Ethernet veri transferi standardı olarak ortaya çıkmıştır. Phoenix Contact´ın ürettiği kontrol sistemlerini daima bir ya da birden çok sayıda Ethernet arayüzü ile donatmasının sebebi de budur. Buna ek olarak, kumanda dolaplarına kurulum için endüstriyel sınıf tasarıma sahip hub’lar, switchler ve fiberoptik kablo dönüştürücüler gibi altyapı bileşenleri de sunulur. Halka, yıldız ya da çizgisel yapılar gibi çeşitli kurulum topolojileri sayesinde kullanıcılar, ağlarını tesislerinin yerel durumuna uyumlu hale getirmek için gerekli tüm seçeneklere sahip olurlar (Şekil 2). Gigabit seviyesinde data aktarım hızlarına sahip yönetilebilir switch sayesinde, örn. ring tipi topolojiler gibi yedekli sistem mimarileri konfigüre edilebilir. Yine Ethernet alanında cihazlar, müşterilerin endüstriyel ağ sistemlerinde değer verdikleri diyagnostik işlevleri destekler. Diyagnostik veriler denetimsel kontrol sistemine, OPC gibi standart arayüzler üzerinden aktarılabilir. Sonuç olarak, tesis işletmecisi firma standart görselleştirme sistemlerini kullanarak ağdaki hataları izleyebilir, bağımsız Ethernet bölümlerinin kullanım seviyelerini takip edebilir ya da pahalı ağ yönetim araçlarını kullanmak zorunda kalmadan yedek iletişim yollarına geçiş yapabilir. Gerçek-zaman özellikli Profinet ve kablosuz iletişim Kontrol teknolojisinin dağıtılması durumunda, düşük hızlı uygulamalar için kumandalar arasında gerçek zamanlı iletişim bulunması gerekmez, zira yalnızca set değerleri ve güncel değerler değişir. Kontrol seviyesinin altında, hızlı I/O iletişiminin kurulması için genellikle Interbus ya da Profibus gibi endüstriyel ağ sistemleri kullanılır. Standart TCP/IP protokolu, yüksek veri miktarları ile baş etmek üzere tasarlanmıştır ve bu yüzden başta I/O iletişimi olmak üzere otomasyonun gerçek zamanlı ve deterministik ihtiyaçlarına cevap veremez. Gerçek zamanlı Ethernet protokolü olan Profinet, bu uygulama alanı için geliştirilmiştir. Endüstriyel IT işlevlerine bağlı olarak hızlı proses veri transferine ek olarak Profinet, kullanıcıların tüm cihazlara ve sistemlere bağlantı için yalnızca tek bir veri transferi standardına, yani Ethernet’e ihtiyaç duyması yönüyle benzerlerinden ayrılır (Şekil 3). Kumandaya OPC erişim işlemleri gibi standart Ethernet iletişimi yanında parametrizasyon ve programlama da aynı altyapı kullanılarak gerçekleştirilir. Su arıtma sektöründe, örneğin kum kapanındaki kazıyıcı köprüler ve ikincil çöktürmede olduğu gibi hareketli objeler arasında bilgi alışverişi yapılmalıdır. Bir motorun kayar bilezik vasıtasıyla güçle beslenmesi çok zor değildir, ancak veri iletişiminde zorluklar çıkabilir. Bunun sebebi, hareketli kabloların, iletişim hatalarının önlenmesi amacıyla çok sık bakıma ihtiyaç duymasıdır. Kablosuz veri aktarım vasıtalarındaki mekanik aşınma ortadan kaldırılabilir. Kısa mesafeler alındığından Blutooth ve WLAN kablosuz standartları açık çözümlerdir; bunlar ayrıca Profinet verilerinin şeffaf bir şekilde aktarımına da izin verirler. Bu yüzden Profinet, bir su arıtma tesisinin spesifik ihtiyaçlarına tam hitap edebilecek şekilde uyumlu hale getirilebilir. Telekontrolün kontrol teknolojisine entegrasyonu Uygulamaların desentralizasyonu yalnızca anlaşılır şekilde düzenlenen tesis ve sistemlerle sınırlı değildir. Gaz, su ve enerji temini alanlarında bağımsız işler genellikle uzun kilometrelere yayılır. Bu mesafelerde Ethernet ya da endüstriyel ağ sistemi üzerinden veri aktarımı pratik olarak yalnızca fiberoptik kablolarla mümkündür. Buna karşın, genellikle sahada bakır telekomünikasyon kabloları kullanılır. Üstelik telekontrol alanında kullanılan özel donanım bileşenleri standart I/O sistemlerinden genellikle çok daha pahalı olup standart I/O’lara göre aynı esneklik, genişletilebilirlik derecesine sahip değildir ve bağlantı ve servis anlamında daha az kullanıcı dostudurlar. Bu nedenlerden ötürü Phoenix Contact her iki teknolojinin avantajlarını bir araya getirerek kontrol teknolojisi içeren telekontrolü Uzak Sistemler yazılımı (ReSy+) için geliştirdiği Automationworx’e entegre etmiştir. Buna göre noktadan noktaya ya da çok noktalı olarak tahsis edilmiş hatlar üzerinden veri alışverişi yapılabilir. SHDSL teknolojisi, Ethernet verilerinin tahsisli hatlar üzerinden 10 kilometreye varan mesafelerde aktarılmasına imkan tanır. Eğer yineleyici istasyonları kullanılıyorsa sistem neredeyse her ölçekte genişletilebilir. Tahsisli hatlar bulunmuyorsa veriler genel telefon şebekesi üzerinden analog, ISDN, GSM, DSL ya da GPRS bağlantılarıyla da iletilebilir (Şekil 4). Veri aktarım protokolleri, bu iletişim için de önemli bir rol oynar. Eğer gerçek zamanlı ve deterministik yetenekler yerel Ethernet alanı için önemli birer kriter ise uzun mesafelerde güvenli veri aktarımı ve mevcut bant genişliğinin mümkün olan en iyi şekilde kullanılması bilhassa önemli hale gelir. Phoenix Contact bileşenlerinin IEC 60870-5-101’e ve (Ethernet alanında) IEC 60870-5-104’e uygun olarak seri veri aktarımı için standart protokolleri desteklemesinin nedeni budur. GPRS tabanlı telekontrol teknolojisinde, ODP protokolü (Open Data Port) bir OPC arayüzüne sahip denetimsel kontrol sistemleri ile GPRS ağına uyumlu açık iletişime imkan tanır. Sonuç Su arıtma tesislerinin dağıtılmış otomasyonu için Phoenix Contact hem tesis hem de telekontrol alanları için tüm kullanıcı ihtiyaçlarına cevap veren bir sistem sunuyor. Çok geniş alanlara yayılmış tesislerde, kontrol ve endüstriyel ağ sistemi seviyelerinde, telekontrol kullanılarak bağlanılan uydu istasyonları ile aynı komponentler kullanılıyorsa, yedek parça tutma ve servis personelinin eğitilmesi ile ilgili maliyetler önemli oranda düşer. Hem Profinet hem de IEC standartları 60870-5-101 ve 60870-5-104 ile kontrol sistemleri, yerel ve telekontrol alanlarında veri aktarımı için ideal şekilde donatılır.