LoDif-BioControl

El grupo de investigación CalAgua, forma do por personal del Departamento de Ingeniería Química de la Universitat de València y del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA) de la Universitat Politécnica de València, lleva más de una década desarrollando know-how relacionado con el control de procesos en EDAR. Los diversos algoritmos de control desarrollados fueron validados tanto a escala piloto y de laboratorio como también a escala industrial, a través de contratos con diferentes empresas. Así, la instalación en diversas EDAR de la Comunidad Valenciana de los sistemas de control desarrollados por el grupo de investigación permitió trasladar todo el know-how a líneas de código en las diferentes aplicaciones instaladas en las EDAR. Sin embargo, la especificidad de cada EDAR suponía la necesidad de adaptar los algoritmos de control mediante una aplicación específica para cada EDAR. Esto suponía la necesidad de intervención de personal del grupo de investigación para implementar los algoritmos de control desarrollados en cada EDAR concreta. Con la intención de estandarizar la tecnología de control desarrollada y facilitar su implementación en cualquier EDAR por parte de una empresa especializada y sin la necesidad de que participen los investigadores del grupo CalAgua, se ha desarrollado una herramienta informática básica totalmente configurable y fácilmente adaptable a distintas EDAR.

La herramienta desarrollada, conocida como “LoDif BioControl”, consiste en una aplicación informática que incorpora los algoritmos de control desarrollados por el grupo de investigación CalAgua durante los últimos años. Dichos algoritmos de control, basados en la lógica difusa, permiten un control eficiente tanto del sistema de aireación, como del proceso de eliminación biológica de nutrientes en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) optimizando el funcionamiento del proceso de fangos activados, ya que consiguen mantener el nitrógeno por debajo de los límites de vertido con el mínimo consumo energético.

La singularidad de esta herramienta consiste en la incorporación de algoritmos de control de nutrientes basados en sondas de bajo coste: oxígeno, ORP (potencial redox) y pH (sistema protegido mediante la patente de invención con examen previo titulada “Sistema de control paran la eliminación biológica de nitrógeno de aguas residuales mediante sondas de bajo coste”, Ref. ES 2 345 090 B2). Esta opción de control supone las siguientes ventajas: una reducción en los costes de inversión inicial y mantenimiento, una mayor facilidad de operación y una reducción en los tiempos de repuesta de las sondas.

Además, la herramienta incorpora el control del sistema de aireación, actuando tanto sobre las válvulas de aire como sobre las soplantes. Este sistema de control minimiza la presión de aire necesaria en el sistema y, con ello, el consumo de energía necesario para mantener las consignas de oxígeno establecidas por el operador de planta. La herramienta “LoDif BioControl” dispone de varias opciones de configuración para que el operador de planta pueda elegir el modo de operación de la EDAR que le resulte más conveniente. Por ejemplo en el sistema de control de nitrógeno se puede elegir el modo de funcionamiento del sistema de aireación (aireación continua o aireación intermitente) y, en ambos modos de funcionamiento, el tipo de sondas a utilizar (sondas de bajo coste o sondas de amonio).

También se puede configurar la puesta en marcha y parada de las soplantes, eligiendo bien el orden concreto de puesta en marcha/parada o bien el funcionamiento por rotación en base a las horas de funcionamiento. “LoDif BioControl” facilita la implementación del sistema de control en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) por parte de empresas especializadas y sin la necesidad de la intervención del personal del grupo de investigación. Para ello, la aplicación ha sido programada en lenguaje Visual NET y siguiendo una programación orientada a objetos para obtener una herramienta básica totalmente configurable y adaptable. Además, se trata de una aplicación estándar que puede ser instalada en cualquier EDAR, independientemente del tipo de SCADA existente, puesto que la conexión con el SCADA se lleva a cabo mediante el protocolo de comunicación estándar OPC (OLE for Process Control). La vinculación entre las variables del SCADA/PLC de cada EDAR y la aplicación de control se establece a partir de un servidor OPC (que puede ser el que incorpora el propio SCADA de la EDAR u otro servidor independiente).

Una de las primeras etapas en la instalación del sistema de control en una EDAR concreta consiste en su configuración, es decir, establecer el número de elementos de control o lazos de control independientes. El número total de lazos de control depende básicamente de: el número de grupos de soplantes independientes, el número de parrillas de difusores con válvula de regulación independiente, el número de sondas de oxígeno existentes, etc. Para crear esta estructura de control, definir todas las variables necesarias para cada uno de los elementos de control y vincularlas con sus correspondientes variables en el SCADA de la planta, se ha desarrollado un asistente de configuración que se ejecuta la primera vez que se instala la aplicación “Lodif BioControl”. De esta forma, el usuario puede establecer la configuración específica de la aplicación de control para cada EDAR sin necesidad de modificar el código fuente de la misma.

Con esta aplicación, únicamente se requiere añadir al servidor OPC las variables físicas existentes en el SCASA de la EDAR (las que proceden de las sondas y los elementos finales de control), así como las variables específicas de comunicación entre “LoDif BioControl” y el SCADA. Estas últimas variables son necesarias para centralizar el control de la EDAR desde el SCADA, es decir, para que el operador de planta pueda configurar el modo de operación de la planta desde el SCADA, como es habitual, y no desde la aplicación de control. Una vez instalado y configurado el servidor OPC, el asistente de configuración detecta automáticamente las variables de comunicación definidas en el servidor y permite al usuario vincularlas con sus correspondientes variables en la aplicación de control.

Una vez configurada la aplicación “LoDif BioControl” se pueden modificar los parámetros de cada uno de los lazos de control basados en lógica difusa. La herramienta incluye diversas opciones de configuración que permiten al director de planta elegir desde el SCADA el modo de operación de la EDAR que le resulte más conveniente. Los únicos parámetros a configurar mediante la aplicación “LoDif BioControl” son los de los algoritmos basados en lógica difusa. Cabe destacar que, una vez calibrado el sistema de control, no suele ser necesario modificar estos parámetros.