Detroit atualiza os controles da rede pública de água
Soluções
- Controladores ControlLogix da Allen-Bradley – para oferecer recursos de processamento avançados, enquanto coleta continuamente dados críticos de operação
- IHM fortemente integrada usando FactoryTalk View SE – para permitir acesso instantâneo a tendências operacionais e informações em tempo real
- Biblioteca do PlantPAx – que inclui os elementos fundamentais básicos do sistema, incluindo faceplates de IHM personalizados para funções específicas da fábrica, além de ícones com informações valiosas e documentação completa
- Kit de ferramentas do acelerador para água e esgoto – ajuda a implantar rapidamente um projeto pois inclui as especificações de aquisição, um guia de início rápido, configurações da IHM e controlador de amostras para aplicações comuns, como estações de elevação, bombas de dosagem, obras iniciais e manuseio de sólidos
Resultados
- Resultou em uma redução de 50% no tempo de projeto, supervisão do contrato, suporte e documentação pós-contrato
- Forneceu controle do processo com recursos avançados de diagnóstico e comunicação em redes
- Ampliou o acesso aos dados do processo para melhor manutenção preventiva e preditiva
- Economizou cerca de US$ 120.000 no tempo de configuração e integração dos sistemas
- Economizou US$ 90.000 em testes de aceitação de fábrica e partida/comissionamento
Histórico
A estação de tratamento de efluentes de Detroit é uma das maiores nos Estados Unidos, atendendo mais de um terço da população de Michigan. O tamanho e a complexidade da estação estão enraizados na convergência de três forças principais: indústria, água e clima.
A população da cidade explodiu na década de 1920 com o advento da produção de automóveis. Batizada de “Cidade do motor”, ela continuou a crescer, sendo uma das dez principais metrópoles dos Estados Unidos, até o final do século 20.
A cidade também é sinônimo de água: seu nome é fruto do rio que a corta, que exploradores franceses chamaram de Rivière du Détroit e se traduz como “Rio do estreito”. Aquele estreito – o atual Rio Detroit – leva ao Lago Erie e ao restante dos Grandes Lagos.
Como muitas hidrovias urbanas americanas, o Rio Detroit e seus afluentes foram, um dia, extremamente poluídos pelo esgoto bruto e escoamento de águas pluviais. A construção da estação de tratamento da cidade em 1939 e uma grande série de expansões e atualizações ao longo dos 50 anos seguintes aumentaram significativamente a qualidade da água efluente.
Mas um grave problema permaneceu: às vezes chuvas fortes e o derretimento de neve sobrecarregavam a estação de tratamento, permitindo que águas pluviais poluídas entrassem no Rio Detroit e no Rio Rouge. O Rouge – que se encontra no centro de uma grande bacia hidrográfica na área metropolitana de Detroit – estava tão poluído pelo escoamento repleto de produtos químicos que chegou a pegar fogo em 1969.
Para proteger melhor os rios contra o escoamento, a cidade começou a construir uma rede de bacias de inundação de esgoto combinadas, 25 anos atrás. Hoje, o departamento opera oito dessas bacias, posicionadas estrategicamente em locais onde, caso contrário, o escoamento das chuvas alcançaria os rios. Ao capturar e tratar substancialmente as águas pluviais, as bacias têm um papel importante na proteção das bacias hidrográficas próximas, além das pessoas e da vida selvagem que habitam a região.
Por exemplo, só nos três primeiros meses de 2011, as bacias coletaram mais de 19 milhões de metros cúbicos de escoamento que, caso contrário, teriam vazado para as hidrovias. Enquanto um terço foi bombeado até a estação principal para tratamento, o restante dessa água foi tratado nas bacias.
Desafio
Cada estação de vazamento do esgoto combinada difere um pouco em tamanho e projeto, mas todas aplicam basicamente o mesmo processo de tratamento: retenção do vazamento, separação mecânica dos sólidos e desinfecção da água com hipoclorito de sódio (lixívia). As bacias também têm equipamentos para monitorar a vazão e o volume, coletar amostras, remover água residual das bacias e limpá-las após um temporal.
Apesar das funções semelhantes, os instrumentos de controle de processo das bacias variam consideravelmente. Isso deve-se parcialmente ao fato de que as bacias foram construídas ao longo das últimas três décadas, quando a tecnologia de controle automatizado evoluía rapidamente. Outro fator: o ritmo relativamente lento dos projetos de obras públicas também foi um problema. Do conceito até o comissionamento, cada bacia demorou vários anos para ser concluída devido a códigos municipais rigorosos que exigiam planejamento público, licitação aberta e supervisão oficial. Enquanto isso, os padrões de qualidade da água estaduais e federais ficavam mais rigorosos, adicionando mais uma camada de complexidade.
“Ao longo dos anos, tivemos que atualizar os sistemas de controle de processo em várias bacias para cumprir as novas regulamentações”, explicou Anil Gosine, administrador do sistema de controle de processo do Departamento de Água e Saneamento de Detroit (DWSD). O resultado é uma “infinidade de diferentes sistemas de controle de processo em diferentes locais. Em uma bacia, temos equipamentos de controle de processo de quatro fornecedores diferentes”.
Essa confusão de equipamentos em obsolescência torna a integração difícil ou impossível. “A falta de uma plataforma padronizada também dificulta a localização de falhas e a manutenção”, disse Anil Gosine. “O inventário é outro problema, porque precisamos ter disponíveis muitas peças sobressalentes diferentes.”
Solução
Em 2004, o DWSD contratou um consultor para projetar novos sistemas de controle mais efetivos e eficientes para duas instalações estações de vazamento de esgoto combinadas. Os engenheiros do DWSD especificaram a Rockwell Automation como fornecedor para os sistemas de controle de processo após realizar uma análise de custo do ciclo de vida.
“Comparamos cuidadosamente as opções dos padrões do DWSD, observando os custos de capital e ciclo de vida, e descobrimos que a solução da Rockwell Automation é a melhor opção”, explicou Anil Gosine. “Nós já usamos centenas dos produtos deles, portanto estamos familiarizados com a qualidade da tecnologia, tarefas de manutenção, técnicas de localização de falhas, além do alto nível do suporte técnico.”
O novo sistema aproveita o sistema de automação de processo PlantPAx™ da Rockwell Automation, que é uma solução de informação e controle integrados que combina recursos do SDCD com acesso integral às informações do processo para alcançar a otimização em toda a fábrica. Essa plataforma expansível e multidisciplinar ajuda os usuários que precisam ter o controle do processo e o controle sequencial para ter um custo total de propriedade menor e uma visualização mais ampla da fábrica.
A integradora de sistemas Process Control & Instrumentation (PCI), LLC, foi contratada para substituir a instrumentação não funcional do sistema de controle em duas bacias CSO do DWSD. A PCI, uma empresa de engenharia de controle com um escritório em Detroit, trabalhou com o DWSD em outros projetos recentes, oferecendo aos engenheiros da PCI uma boa compreensão do sistema SCADA geral do DWSD.
Mas a PCI enfrentou um dilema ao receber o contrato para reequipar as bacias. A empresa havia oferecido o lance mais baixo estrategicamente para ganhar o projeto com o DWSD, além da parceria com a Rockwell Automation pela primeira vez. No entanto, os engenheiros da PCI estavam preocupados que o custo total da substituição dos sistemas de controle obsoletos excederia o valor contratado.
Os engenheiros da Rockwell Automation recomendaram uma solução que mantinha o projeto dentro do orçamento – sua Biblioteca de processo do PlantPAx e o Kit de ferramentas do acelerador para água e esgoto. A biblioteca de processo é um aplicativo de software inovador para a Plataforma de controle Logix que inclui um vetor de código pré-projetado que pode ser usado em diversas aplicações. Ela também incorpora faceplates personalizados com base em funções específicas da fábrica, ícones com informações valiosas e documentação completa.
O Kit de ferramentas do acelerador para água e esgoto personaliza esses elementos para reduzir significativamente o tempo necessário para projetar, instalar, operar e manter um projeto de esgoto. O kit contém arquivos configurados, ferramentas de seleção e exemplos de como conectar o controlador ControlLogix® da Allen-Bradley® ao hardware da interface homem-máquina (IHM) da instalação e a outros dispositivos nas redes EtherNet/IP™ e DeviceNet™. O kit de ferramentas também fornece diagramas da arquitetura do sistema, status básico, lógica de controle e diagnóstico, além de faceplates para o software de IHM FactoryTalk® View Site Edition da Rockwell Automation usado nas novas bacias de Detroit.
“Trabalhar com as ferramentas de aceleração da Rockwell Automation é uma satisfação absoluta para um programador”, disse o engenheiro de controles da PCI no projeto das bacias do DWSD. “No passado, tínhamos que programar a IHM e o controlador separadamente e então conectá-los. O kit de ferramentas vem com 80% do código necessário, predefinido e testado em fábrica. Assim ficamos livres para focar na personalização do controle da máquina para o cliente.”
A equipe da Rockwell Automation no projeto trabalhou junto com os engenheiros da PCI sobre como usar a biblioteca de processo e o kit de ferramentas do acelerador para personalizar o sistema das bacias de Detroit.
“Precisávamos modificar o kit de ferramentas para tornar a apresentação dos dados do processo familiar ao pessoal de operação do DWSD”, explicou o engenheiro da PCI. “Alguns elementos gráficos da faceplate não se alinhavam às convenções de cores e nomes do DWSD. Por exemplo, eles estavam acostumados a ver uma luz vermelha quando um equipamento estava ligado, em vez da luz verde programada na biblioteca de processo. Então fizemos essa alteração e algumas outras que criaram um kit de ferramentas padrão específico para Detroit.”
Resultados
O engenheiro da PCI estimou que a biblioteca de processo e o kit de ferramentas cortou seu trabalho pela metade em ambas as bacias, economizando por volta de US$ 120.000 em tempo de programação e integração de sistemas. Outros US$ 90.000 foram economizados em testes de aceitação de fábrica e partida/comissionamento.
“A programação do primeiro motor demorou duas horas, mas depois disso bastou copiar e colar o código”, disse o engenheiro da PCI, que agora está trabalhando em seu quarto projeto usando a biblioteca de processo e o kit de ferramentas. “A cooperação que obtive da Rockwell Automation foi fantástica. Trabalhei com o programador original do kit de ferramentas para fazer as alterações necessárias.”
O engenheiro chefe do kit de ferramentas também estava entre os especialistas da Rockwell Automation que viajaram até Detroit para demonstrar as vantagens do sistema, e voltaram depois para conduzir seminários de projeto para engenheiros e operadores de esgoto da cidade.
Os funcionários do DWSD estimam que as novas ferramentas da Rockwell Automation reduziram em 50% o tempo de projeto, supervisão do contrato e suporte e documentação pós-contrato.
“O sistema PlantPAx tem uma curva de aprendizado muito mais curta para os operadores”, disse Gosine, que ajudou a supervisionar o projeto para o DWSD. “Também temos acesso a muito mais dados em um formato integrado nessas duas bacias. Isso melhorou muito o diagnóstico, permitindo uma manutenção mais preventiva e preditiva.”
O DWSD está no processo de padronização de outras duas bacias com hardware e software da Rockwell Automation, disse Gosine. No futuro, o DWSD poderá fazer atualizações nos controles modernizados nas bacias usando a biblioteca de processo, o que significa que os engenheiros não precisarão recriar totalmente os códigos e padrões do processo – economizando ainda mais tempo e dinheiro.
Os resultados mencionados acima são específicos ao uso de produtos e serviços da Rockwell Automation pelo Departamento de Água e Saneamento de Detroit em conjunto com outros produtos. Os resultados específicos podem variar de um cliente para outro.
Allen-Bradley, ControlLogix, FactoryTalk e PlantPAx são marcas comerciais da Rockwell Automation Inc. DeviceNet e EtherNet/IP são marcas comerciais da ODVA.
As marcas comerciais não pertencentes à Rockwell Automation são de propriedade das suas respectivas empresas.
