Detroit actualiza los controles del servicio de agua

Contexto
La Planta de tratamiento de aguas residuales de Detroit es una de las más grandes de Estados Unidos y presta servicio a más de un tercio de la población de Michigan. El tamaño y la complejidad de la planta se apoyan en una convergencia de tres principales fuerzas: industria, agua y clima.

La población de la ciudad creció notablemente en la década de 1920 con el surgimiento de la producción de automotores. La recientemente denominada "Ciudad motora" siguió creciendo hasta clasificarse entre las 10 principales metrópolis estadounidenses durante el resto del siglo XX.

La ciudad también es sinónimo de agua. Su nombre proviene del río que la atraviesa, al que los exploradores franceses llamaron Rivière du Détroit y se traduce como "río del estrecho". Ese estrecho, en la actualidad el río Detroit, desemboca en el Lago Erie y el resto de los Grandes Lagos.

Al igual que muchas vías fluviales urbanas estadounidenses, el río Detroit y sus afluentes sufrieron una gran contaminación por aguas servidas no tratadas y el agua de tormenta. La construcción de la planta de tratamiento de la ciudad en 1939 y una serie importante de expansiones y actualizaciones durante los siguientes 50 años mejoraron en gran medida la calidad del agua de efluentes.

Pero un problema importante persistió: las lluvias intensas y la nieve derretida algunas veces sobrecargaban la planta de tratamiento, lo que permitía que el agua de tormenta contaminada ingresara al río Detroit y el río Rouge que lo conecta. El río Rouge, que yace en el centro de una gran cuenca en el área metropolitana de Detroit, se contaminó tanto por las escorrentías cargadas de productos químicos que el río se incendió en 1969.

Para proteger mejor los ríos de las escorrentías, la ciudad comenzó a construir una red de cuencas combinadas de desbordamiento del alcantarillado hace 25 años. En la actualidad, el departamento opera ocho de dichas cuencas, ubicadas estratégicamente en lugares en los que las escorrentías de las tormentas llegarían de lo contrario a los ríos. Al capturar y tratar de forma sustancial el agua de tormenta, las cuencas tienen un rol importante en la protección de las cuencas circundantes y las personas y la vida silvestre que allí se encuentran.

En solo los primeros tres meses del año 2011, por ejemplo, las cuencas recolectaron más de 5,000 millones de galones de escorrentía que de lo contrario hubiesen ingresado en las vías fluviales. Si bien un tercio se bombeó a la planta principal para su tratamiento, el resto del agua se trató en las cuencas.

Desafío
Cada instalación de desbordamiento del alcantarillado combinada difiere un poco en tamaño y diseño, pero todas aplican básicamente el mismo proceso de tratamiento: retienen el sobreflujo, filtran de forma mecánica los sólidos y desinfectan el agua con hipoclorito de sodio (lejía). Las cuencas también tienen equipos que los operadores utilizan para monitorear el régimen de flujo y el volumen, recolectar muestras, eliminar el agua residual de las cuencas y limpiarlas después de un evento de clima húmedo.

A pesar de sus funciones similares, los instrumentos de control de procesos de las cuencas varían ampliamente. Esto se debe en parte a que las cuencas se construyeron en el transcurso de las últimas tres décadas en un momento en el que la tecnología de control automatizado estaba evolucionando rápidamente. Otro factor fue que el ritmo lento, en comparación, de los proyectos de obras públicas también fue un problema. Desde el concepto hasta la puesta en marcha, cada cuenca requería de varios años para completarse a causa de los estrictos códigos municipales que exigían planificación pública, licitación abierta y supervisión oficial. Mientras tanto, los estándares federales y estatales de calidad del agua se estaban volviendo cada vez más exigentes, lo que agregaba otra capa de complejidad.

"Con el paso de los años, hemos tenido que actualizar los sistemas de control de procesos en varias cuencas para cumplir con las regulaciones cambiantes", explicó Anil Gosine, administrador del Sistema de control de procesos del Departamento de Agua y Alcantarillado de Detroit (DWSD). El resultado es una "infinidad de diferentes sistemas de control de procesos en diferentes ubicaciones. En una cuenca, tenemos un equipo de control de procesos de cuatro proveedores diferentes".

Dicha mezcla de equipos heredados hace que la integración sea difícil o imposible. "La falta de una plataforma estandarizada también dificulta la resolución de problemas y el mantenimiento", indicó Anil Gosine. “El inventario es otro problema, porque necesitamos tener muchas piezas de repuesto diferentes a mano".

Solución
En 2004, el DWSD contrató a un consultor para diseñar sistemas de control nuevos y más eficientes para las dos instalaciones de desbordamiento del alcantarillado combinadas existentes. Los ingenieros del DWSD especificaron a Rockwell Automation como el proveedor de sistemas de control de procesos después de realizar un análisis de costo del ciclo de vida.

"Comparamos cuidadosamente las opciones a las que el DWSD se está estandarizando; y mediante el análisis del capital y los costos del ciclo de vida, determinamos que la solución de Rockwell Automation es la mejor opción", explicó Anil Gosine. "Ya usamos cientos de sus productos, por lo que estamos familiarizados con la calidad de su tecnología, las tareas de mantenimiento, las técnicas de resolución de problemas y su alto nivel de asistencia técnica".

El nuevo sistema aprovecha el sistema de automatización de procesos PlantPAx™ de Rockwell Automation, una solución de control e información integrados que combina las capacidades del DCS con acceso generalizado a la información del proceso para ayudar a lograr la optimización a nivel de toda la planta. Esta plataforma escalable y multidisciplinaria ayuda a los usuarios que necesitan control secuencial y de los procesos a lograr un costo total de propiedad más bajo y una vista de toda la planta.

El integrador de sistemas Process Control & Instrumentation (PCI), LLC, se adjudicó el contrato para reemplazar la instrumentación del sistema de control no funcional en dos cuencas de CSO del DWSD. PCI, una firma de ingeniería de control con oficina en Detroit, trabajó con el DWSD en otros proyectos recientes, lo que les dio a los ingenieros de PCI una buena comprensión del sistema general de controles de supervisión y adquisición de datos del DWSD.

Pero PCI se enfrentó a un dilema cuando recibió el contrato para remodelar las cuencas. La compañía había hecho estratégicamente la oferta más baja para ganar el proyecto con el DWSD, así como también se asoció con Rockwell Automation por primera vez. Sin embargo, los ingenieros de PCI estaban preocupados porque el costo de reemplazar los sistemas de control obsoletos excedería el monto acordado en el contrato.

Los ingenieros de Rockwell Automation recomendaron una solución que se mantenía dentro de la provisión: su biblioteca de procesos PlantPAx y el Water Wastewater Accelerator Toolkit. La Biblioteca de procesos es una innovadora aplicación de software para la plataforma de control Logix que incluye una matriz de códigos previamente diseñados que pueden utilizarse en diversas aplicaciones. También incorpora plantillas personalizadas basadas en los roles específicos de la planta, iconos cargados de información y documentación completa.

El Water/Wastewater Accelerator Toolkit personaliza esos elementos para reducir en gran medida el tiempo necesario para diseñar, instalar, operar y mantener un proyecto de aguas residuales. El juego de herramientas contiene archivos configurados, herramientas de selección y ejemplos sobre cómo conecta el controlador ControlLogix® de Allen-Bradley® al hardware de la interfaz operador-máquina (HMI) y a otros dispositivos de la instalación a través de las redes de EtherNet/IP™ y DeviceNet™. El juego de herramientas también proporciona planos de la arquitectura del sistema, estado básico, lógica de control y diagnóstico, así como también plantillas para el software de HMI FactoryTalk® View Site Edition de Rockwell Automation utilizado en las nuevas cuencas de Detroit.

"Para un programador, es un verdadero lujo trabajar con las herramientas de aceleración de Rockwell Automation", indicó el ingeniero de controles de PCI en el proyecto de las cuencas del DWSD. "En el pasado teníamos que programar la HMI separada del controlador y luego vincularlos. El juego de herramientas viene con el 80% del código necesario predefinido y probado de fábrica. Por lo tanto, uno puede enfocarse libremente en la personalización del control de la máquina para el cliente".

El equipo de Rockwell Automation en el proyecto trabajó de forma estrecha con los ingenieros de PCI en cómo usar la biblioteca de procesos y el Accelerator Toolkit para configurar de manera personalizada el sistema para las cuencas de Detroit.

"Necesitábamos modificar el juego de herramientas para familiarizar al personal de operaciones del DWSD con la presentación de los datos de procesos", explicó el ingeniero de PCI. "Algunos elementos de la plantilla gráfica no se alineaban con las convenciones de color y nombre del DWSD. Por ejemplo, estaban acostumbrados a ver una luz roja cuando algún equipo estaba encendido, en lugar de la luz verde incorporada en la biblioteca de procesos. Entonces, hicimos este y otros cambios que crearon un juego de herramientas estándar especial para Detroit".

Resultados
El ingeniero de PCI calculó que la biblioteca de procesos y el juego de herramientas redujo su trabajo por la mitad para ambas cuencas, lo que le permitió ahorrar alrededor de $120,000 en tiempo de programación e integración de los sistemas. Se ahorraron otros $90,000 en la prueba de aceptación de fábrica y en la puesta en marcha/puesta en servicio.

"La programación del primer motor tardó dos horas, pero después de eso solamente tuve que copiar y pegar el código", indicó el ingeniero de PCI, quien ahora está trabajando en su cuarto proyecto con la biblioteca de procesos y el juego de herramientas. "La colaboración que recibí de Rockwell Automation ha sido asombrosa. Tuve la oportunidad de interactuar con el programador original del juego de herramientas para hacer los cambios necesarios".

El ingeniero en jefe en el juego de herramientas también estaba entre los expertos de Rockwell Automation que viajaron a Detroit para demostrar las ventajas del sistema, y más adelante volvió para realizar talleres del proyecto para los ingenieros y los operadores de sistemas de aguas residuales de la ciudad.

Los funcionarios del DWSD calculan que las nuevas herramientas de Rockwell Automation causaron una reducción del 50% en el tiempo de diseño, la supervisión del contrato, y la documentación y el soporte posterior al contrato.

"Hay una curva del aprendizaje mucho más corta para los operadores que cuentan con el sistema PlantPAx", indicó Gosine, quien ayudó a supervisar el proyecto para el DWSD. "También tenemos acceso a muchos más datos en un formato integrado a estas dos cuencas. Eso realmente mejoró el diagnóstico, lo que permitió realizar mantenimiento más preventivo y previsible".

El DWSD está en proceso de estandarizar dos cuencas más con el hardware y software de Rockwell Automation, según indicó Gosine. En el futuro, el DWSD podrá hacer actualizaciones a los controles de cuencas adaptados mediante la biblioteca de procesos, lo que significa que los ingenieros no deberán recrear por completo los estándares y los códigos de los procesos, lo que ahorrará aún más tiempo y dinero.

Los resultados mencionados con anterioridad son específicos del uso del Departamento de agua y alcantarillado de Detroit de los productos y servicios de Rockwell Automation junto con otros productos. Los resultados específicos pueden variar para otros clientes.

Allen-Bradley, ControlLogix, FactoryTalk y PlantPAx son marcas comerciales de Rockwell Automation Inc. DeviceNet y EtherNet/IP son marcas comerciales de ODVA.

Las marcas comerciales que no pertenecen a Rockwell Automation son propiedad de sus respectivas compañías.