La gestion des ressources en eau ne date pas d’aujourd’hui. La société ABB a débuté ses activités dans le domaine de l'eau il y a déjà plus de cent ans, avec la fourniture de systèmes d’entraînement pour les pompes. Au début du siècle les moteurs électriques remplacent déjà la vapeur. À cette époque la plupart des opérations étaient conduites manuellement. Avec l’accroissement des capacités, le besoin de regrouper les commandes en salle de contrôle se fit sentir. Non seulement la taille des stations augmentait mais également la complexité des traitements. Le volume d'information affiché sur les panneaux de contrôle dépassait parfois les 30 m de long. Depuis cette époque, la complexité et l’automatisation des fonctions aidant, il est devenu indispensable pour les opérateurs de pouvoir compter sur des systèmes d’automation fiables.
La modernisation d’une usine de traitement des effluents répond à plusieurs critères qui doivent être pris en compte : la sécurité et la fiabilité de l’opération, le taux de déchets résiduels le plus faible possible, une précise observation des valeurs limites imposées – même dans des conditions changeantes –, de substantielles économies d’énergie électrique, une documentation exhaustive et l’évaluation de toutes les données nécessaires au chantier.
La station d’épuration de Düren, située dans le massif de l’Eifel, en Allemagne, est un parfait exemple pour illustrer les critères ci-dessus. L’usine assure les opérations présentées sur le tableau I.
Tableau I
| Traitement des effluents |
Traitement des boues |
| ----------------------------------------------------------- |
------------------------------------------------------------ |
| Dégrillage |
Flotation des boues secondaires |
| Dessablage non aéré |
Déshydratation des boues primaires et secondaires |
| Décantation primaire |
Déshydratation des boues par centrifugation |
| Station de pompage |
Séchage des boues |
| Bassin : Aération et traitement puis décantation finale |
|
| Filtration par contact |
Incinération des boues dans un four à lit fluidisé |
Sécurité des opérations de traitement des effluents
L'élimination des effluents et des boues correspond aux derniers standards technologiques actuels. Dans l’exemple de Düren, la station peut recevoir et traiter jusqu'à 5 475 m³/heure d’eaux usées, à part égale entre usage industriel et domestique. Ceci correspond à 310 000 habitants et à une demande d’oxygène pour usage biologique de 12 tonnes par jour.
Pour conduire les opérations de façon optimale, un système numérique de contrôle commande ABB Master prend en charge plus de 5 500 données en provenance de l’usine de traitement et du réseau d’eaux usées. Les entrées/sorties sont soit connectées localement sur les unités de traitement, soit distribuées sur le site grâce à un réseau de terrain (coaxial ou fibre optique, simple ou redondant) et des lignes spécialisées CCITT V22, V23 ou V25.
Les stations de contrôle font appel à des bases de données décentralisées pour assurer la fiabilité nécessaire au fonctionnement de l’usine, indépendamment des perturbations extérieures.
[Photo : Fig. 1 : Configuration du système d’automation de la station d’épuration de Düren. 1-4 stations opérateur ; 5 copie d’écran ; 6 horloge ; 7 laboratoire ; 8 enregistrement redondant ; 9 enregistrement rapports ; 10 enregistrements événements ; 11 station contrôle système ; 12 incinération ; 13 filtration B ; 14 filtration A ; 15 station opérateur ; 16 biologie ; 17 pré-sédimentation ; 18 bâtiment traitement des boues.]
Le commandement de la salle de contrôle. Les données sont échangées entre les stations de type MasterView et MasterPiece par l’intermédiaire d’un réseau redondant de fibre optique (MasterBus 300). La fibre optique élimine les problèmes d’interférences électriques.
Une salle de contrôle clairement organisée permet un fonctionnement plus souple et plus performant
La salle de contrôle dans l’installation de Düren est organisée ergonomiquement pour apporter un confort visuel et une meilleure efficacité aux opérateurs. Les panneaux de contrôle dotés d’instrumentations classiques ainsi que les terminaux d’affichage forment une mosaïque donnant une vision claire et rapide de ce qui se passe dans le réseau de drainage des effluents, dans l’usine de traitement des effluents, dans le traitement des boues et le four d’incinération des boues séchées. Le système d’information hiérarchisé avec plusieurs niveaux d’accès permet de suivre en temps réel tous les paramètres de l’installation (débit, température, pression, niveau, etc.). Les opérateurs et ingénieurs ont la possibilité de modifier les paramètres en temps réel depuis la salle de contrôle.
Gestion d’une station d’épuration assistée par ordinateur
Analyser rapidement les données et optimiser le fonctionnement d’une station est un des critères essentiels à retenir. Le système d’information et de management d’ABB vient au-dessus du niveau opérationnel et supervision. Il s’agit d’un calculateur de procédé 32 bits et du logiciel SuperView 960, relié sur le réseau MasterBus 300. Parmi ses fonctions il assure la production de rapports et d’historiques, l’enregistrement d’événements, l’analyse de données SPC (Statistical Process Control) et SQC pour le laboratoire. Toutes ces données sont visualisables et imprimables sous forme de graphiques, d’après un mode de fonctionnement prédéfini ou à la demande de l’opérateur.
Protocole de mesure et de maintenance
Le protocole H 260 établi sur les recommandations de l’ATV (Association for Sewage Treatment) est supporté par les équipements ABB ; l’opérateur entre les paramètres à travers un masque de saisie. Les protocoles sont imprimables automatiquement à intervalles pré-définis (par exemple toutes les deux heures). Ils peuvent également être imprimés à la demande ou seulement affichés à l’écran, l’opérateur ayant le choix de sélectionner ce qui doit être imprimé. La base de données enregistre aussi les informations nécessaires à la maintenance des équipements tels que moteurs, capteurs, vannes, etc. Les informations sont affichées en clair (graisser pompe n° 3, étalonner capteur n° 12…).
[Photo : Traitement des eaux.]
[Photo : Le système numérique optimise l’épuration.]
Architecture ouverte et intégration informatique
Dans sa dernière version, le SuperView intégré dans une station de travail Hewlett-Packard sous UNIX dispose des nouveaux standards de communication TCP/IP. À travers cette station, l’ensemble des bases de données distribuées apparaît comme une base de données unique gérée par le SGBDR d’Oracle et est donc accessible par les requêtes de type SQL. Les stations, grâce à une interface de développement standardisée (API), peuvent intégrer des langages évolués C++ ou des langages experts comme G2 de Gensym, ceci permettant à l’opérateur de développer ses propres applications qui tourneront en temps réel par rapport au procédé.
Gestion des économies d’énergie
Les entraînements de machines telles que les pompes sont susceptibles de fournir de substantielles économies d’énergie pour peu que l’on prenne soin de contrôler et d’adapter leur vitesse de rotation aux besoins du moment. Ceci permet d’optimiser le fonctionnement de la station et de l’adapter aux va-
Variations de charge durant la nuit ou le week-end.
La variation de vitesse des moteurs électriques est obtenue avec des convertisseurs de fréquence (rappelons que la vitesse de rotation d’un moteur en courant alternatif est proportionnelle à la fréquence d’alimentation). Les économies d’énergie dépendent du profil de charge de l’entraînement et peuvent atteindre jusqu’à 20 % par an. Le coût initial des variateurs de vitesse est très vite amorti. Les convertisseurs de fréquence peuvent être pilotés par les Masterpiece via une liaison RS 485, ou sur un réseau de terrain (MasterFieldbus) à 2 MB.
Conclusion
L’utilisation de la technologie numérique et des réseaux informatiques standardisés apporte des gains substantiels d’efficacité, de gestion des équipements et des ressources énergétiques. L’apport des systèmes experts permet une aide décisionnelle importante non seulement pour les exploitants de stations de traitement, mais aussi pour les réseaux d’eau potable. Enfin, les Systèmes Numériques de Contrôle-Commande, par leur architecture décentralisée, apportent une souplesse de fonctionnement et une ouverture sur l’avenir. Les possibilités d’extension et d’ajout d’équipements permettent de faire croître le système au rythme des nouveaux besoins.
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