Zarządzanie systemem dystrybucji wody z wykorzystaniem narzędzi informatycznych

Funkcjonujące narzędzia informatyczne w przedsiębiorstwach wodociągowych w większości przypadków stanowią oddzielne niepowiązane ze sobą systemy działające indywidualnie.

Wprowadzenie powiązań pomiędzy nimi pozwala na zebranie danych rozproszonych do jednej aplikacji poprzez utworzenie relacji pomiędzy nimi. W przedsiębiorstwie może funkcjonować kilka aplikacji analitycznych korzystających z istniejących rozproszonych baz danych źródłowych. Jedne aplikacje mogą być wykorzystywane do monitoringu pracy systemu wodociągowego, kolejne do zarządzania majątkiem, czy też monitorowania ruchem pojazdów.

W Wodociągach Chrzanowskich funkcjonują systemy bazodanowe:

• aplikacja GIS (Geographic Information System – System Informacji Geograficznej) – powiązanie informacji przestrzennych z bazami danych o obiektach;
• aplikacja SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – Kontrola Nadzorcza i Zbieranie Danych) – bieżący monitoring obiektów sieci wodociągowej i kanalizacyjnej;
• Zintegrowany System Informacyjny (ZSI) – przetwarzanie informacji o klientach, odczytach, gospodarka materiałowa oraz wodomierzowa.
• Systemy bazodanowe są podstawą do rozwoju:
• systemów monitorowania i bilansowania strat wody,
• systemów monitorowania i bilansowania przepływu ścieków,
• aplikacji do modelowania sieci wodociągowej,
• aplikacji do modelowania sieci kanalizacyjnej.

1. Dane o pracy systemu zaopatrzenia w wodę

Systemem SCADA objęte są stacje uzdatniania wody, ujęcia wody, pompownie wody, hydrofornie oraz dodatkowo dokonywany jest pomiar rozpływu wody i ciśnienia w komorach wodomierzowych funkcjonujących na obszarze działalności Przedsiębiorstwa. System SCADA obejmuje również urządzenia gospodarki ściekowej, takie jak tłocznie i przepompownie oraz oczyszczalnie ścieków.

Zarządzanie obiektami przy wykorzystaniu danych pomiarowych rejestrowanych w sposób automatyczny poprzez system SCADA pozwala na skrócenie czasu podejmowania decyzji w zakresie zarządzania infrastrukturą wodociągowo-kanalizacyjną.

Dane z systemu SCADA pochodzące z urządzeń pomiarowych pozwalają na ciągły nadzór nad bezpieczeństwem dostaw wody i są podstawowym narzędziem dyspozytorskim służącym do bieżącej oceny pracy urządzeń i obiektów gospodarki wodociągowej i kanalizacyjnej.

Ciągła analiza pracy urządzeń sieciowych służy zapewnieniu dostaw wody o określonych parametrach technicznych i jakościowych. Pojawienie się awarii jest momentalnie sygnalizowane i podejmowane są natychmiastowe działania zmierzające do przywrócenia prawidłowej pracy systemu wodociągowego lub kanalizacyjnego. Zdarzające się awarie systemu wodociągowego, to nie tylko pęknięcia rurociągów, ale także awarie pompowni, których usunięcie trwa niejednokrotnie dłużej niż usunięcie punktowej awarii na rurociągu i wymaga wprowadzenia rozwiązań, które zapewnią ciągłość dostaw wody dla odbiorców. W przypadku pierścieniowej sieci wodociągowej następuje zmiana kierunków zasilania systemu, natomiast w przypadku sieci niepołączonej w pierścień, stosowane są rozwiązania indywidualne.

Monitorowanie pracy obiektów w systemie SCADA dostarcza danych w różnych interwałach czasowych (m.in.: minutowe, godzinowe, dobowe, miesięczne i roczne), które są archiwizowane i gromadzone w bazach danych. Najczęściej do zestawień bilansowania pracy obiektów w danej strefie wykorzystywane są dane miesięczne. Pomiary minutowe, godzinowe i dobowe w większości przypadków wykorzystywane są do analiz chwilowych, które mają znaczenie przy bieżącej ocenie pracy systemu wodociągowego w danym obiekcie.

Na rys. 1 przedstawiono panel systemu SCADA wraz z obiektami gospodarki wodnej funkcjonujący w Wodociągach Chrzanowskich Sp. z o.o.

Wszystkie studnie głębinowe eksploatowane przez przedsiębiorstwo są opomiarowane w czujniki poziomu zwierciadła wody oraz urządzenia pomiarowe ilości wody pobranej z ujęcia. W wyniku rejestracji on-line przez system SCADA, prowadzone są bieżące raporty oraz szczegółowe analizy na potrzeby bilansowania poboru wody przez spółkę.

Większość obiektów monitorowanych w systemie SCADA posiada zabezpieczenia na wypadek niepożądanego wejścia osób postronnych na teren obiektu, lub zagrożenia wynikającego z ewentualnego zalania pomieszczeń lub wystąpienia pożaru. Informacje o takich sytuacjach są natychmiastowo przekazywane do pracującej całodobowo dyspozytorni. Wszystkie cztery oczyszczalnie eksploatowane przez Spółkę oraz część stacji uzdatniania wody wyposażone są w wewnętrzny system monitoringu i wizualizacji pracy obiektów. System oparty jest na rozbudowanych, indywidualnych programach SCADA, przystosowanych do monitoringu i kontroli pracy urządzeń danego obiektu. Każda oczyszczalnia ścieków lub stacja uzdatniania wody dodatkowo posiada własną dyspozytornię, wyposażoną w komputery wizualizacyjne oraz tablice synoptyczne.

2. Dane o systemie zaopatrzenia w wodę – aplikacja 7GIS

Budowa systemu GIS jest procesem długotrwałym, niekiedy kilkuletnim. Wprowadzenie do systemu GIS danych wektorowych obrazujących przebieg sieci wodociągowej czy sieci kanalizacyjnej wraz z przypisaniem informacji bazowanych jest zadaniem wymagającym analizy zasobów archiwalnych zgromadzonych w Spółce. System GIS obejmuje również dane o obiektach punktowych, takich jak zasuwy, hydranty, studzienki kanalizacyjne.

Wprowadzone do systemu GIS informacje opisowe wykorzystywane są do sporządzania zestawień dotyczących m.in. struktury materiałowej, wiekowej, funkcji sieci (np. sieć magistralna, rozdzielcza, przyłącza, tłoczna, grawitacyjna) itd., zarówno dla systemu wodociągowego, jak i kanalizacyjnego.

Wprowadzone dane do systemu GIS wykorzystywane są przez Działy Przedsiębiorstwa przy pracach bieżących, np. wydawanie warunków technicznych, prace remontowo-inwestycyjne na sieci, czy też usuwanie awarii.

Aplikacja 7GIS posiada rozbudowany interfejs pozwalający na dostęp do bieżących i archiwalnych warunków technicznych, czynności odbiorowych, zgłoszeń o awarii sieci wodociągowej i kanalizacyjnej, który ułatwia prowadzenie czynności obsługowych realizowanych przez działy techniczne i utrzymania ruchu Wodociągów Chrzanowskich Sp. z o.o.

Na rys. 2 przedstawiono interfejs aplikacji 7GIS opisujący lokalizację rury wodociągowej i zgłoszone awarie.

3. Dane bilingowe – Zintegrowany System Informatyczny

System ZSI wdrożony w Spółce, posiada budowę modułową, w której gromadzone są informacje m.in. o odbiorcach, rozliczeniach, fakturach, zarządzaniu odczytami, księgowości, majątku, obrocie towarowo-materiałowym, a także informacje kadrowe czy też płacowe.

Odnosząc się do zarządzania systemem wodociągowym, najistotniejszym modułem w systemie ZSI są dane dotyczące odbiorców (głównie dane adresowe punktu) oraz zużycie wody (dane rozliczeniowe). Dane te wykorzystywane są na potrzeby prowadzenia analiz w aplikacjach SmartFlow czy też 7GIS.

Dzięki integracji systemu 7GIS z systemem ZSI, działy techniczne oraz rozliczeniowe mogą na bieżąco w trybie on-line sprawdzać podmioty, z którymi są zawarte umowy na dostawę wody i odbiór ścieków.

4. Zarządzanie systemem dystrybucji wody – aplikacja SmartFlow

Aplikacja SmartFlow (system do inteligentnego zarządzania siecią wodociągową autorstwa firm Future Processing S.A. i MPWiK Sp. z o.o. Wrocław) jest nowym systemem wprowadzonym w Wodociągach Chrzanowskich w ostatnim roku. Wykorzystywana jest ona do wspomagania zarządzania siecią wodociągową w podziale na strefy DMA (District Metered Area), Aplikacja umożliwia bilansowanie wody w danej strefie oraz jej analizę pod kątem wystąpienia strat wody.

System SmartFlow integruje i analizuje informacje zgromadzone w zasobach informatycznych funkcjonujących w Przedsiębiorstwie, tj. systemu SCADA (odczyty z urządzeń pomiarowych, dane bilingowe, dane systemu GIS), systemu ZSI (dane o zużyciu wody) i systemu GIS (dane o obiektach sieci wodociągowej).

Analizy z wykorzystaniem systemu SmartFlow prezentują w sposób graficzny i tabelaryczny wybrane wskaźniki, np. średnie miesięczne zużycie wody, rzeczywistą stratę wody, teoretyczną stratę wody, infrastrukturalny wskaźnik wycieków, rozbiory w godzinach nocnych, dziennych, minimalne nocne przepływy, jednostkowe zużycie wody przez mieszkańców, ilość wody dopływającej i wypływającej ze strefy, czy też przepływy i ciśnienie wody rejestrowane przez urządzania ­pomiarowe.

Aplikacja pozwala na ocenę jednej lub kilku stref DMA poprzez analizę m.in.: wykresów trendu dziennego zużycia w całej strefie; wykresów trendu minimalnego przepływu nocnego; wykresów przepływu i ciśnienia wody monitorowanych w urządzeniach pomiarowych.

System SmartFlow generuje informacje powiadomienia i alerty związane z sytuacjami występującymi w danej strefie, np.: spadek/wzrost dziennego/nocnego zużycia wody, zwiększone rozbiory w strefie, obniżenie ciśnienia w strefie.

Na rys. 3 przedstawiono widoki z systemu SmartFlow, pozwalające na analizę stref DMA.

Wyniki analiz z aplikacji SmartFlow są pomocne w ocenie stanu systemu wodociągowego w danej strefie DMA przez służby Wodociągów Chrzanowskich Sp. z o.o.

Powiązanie danych analitycznych z aplikacji SmartFlow z pomiarami ciśnienia za pomocą rejestratorów ciśnienia, pozwala na identyfikację odcinków wodociągowych, na których występują wycieki wody. Identyfikacja miejsc wycieków wody, a następnie ich usuwanie mają wpływ na ograniczanie strat wody w systemie wodociągowym.

5. Podsumowanie

Informacje gromadzone w systemach SCADA, ZSI, GIS stanowią źródło danych, które może być wykorzystane w innych systemach, pozwalających na analizę pracy obiektów sieci wodociągowej, podejmowanie decyzji w zakresie remontów czy też wymian urządzeń. Systemy te są zintegrowane ze sobą i stanowią aplikacje pozwalające na bieżące monitorowanie pracy systemu wodociągowego i kanalizacyjnego.

Na rys. 4 przedstawiono integracje systemów SCADA, ZSI i GIS funkcjonujących w Wodociągach Chrzanowskich Sp. z o.o.

Systemy informatyczne wykorzystywane do monitorowania pracy urządzeń na sieci wodociągowej stosowane w przedsiębiorstwach wodociągowych są podstawowym narzędziem dyspozytora, służącym do oceny bieżącej pracy urządzeń/obiektów sieci wodociągowej.

Wyzwaniem, które stoi przed przedsiębiorstwem, jest integracja danych pochodzących z systemu 7GIS (baza danych o obiektach, awarie), bilingowego w celu przygotowania modelu sieci wodociągowej w podziale na strefy DMA. Model hydrauliczny sieci wodociągowej zostanie wykorzystany do określania warunków technicznych podłączeń do sieci wodociągowej nowych odbiorców, zwłaszcza obszarów objętych zabudową deweloperską, czy też obiektów przemysłowych.    

Szymon Wyrwik, Dariusz Zdebik – Wodociągi Chrzanowskie Sp. z o.o.

Źródło: Forum Eksploatatora 5/2020