Monitorowanie hydrauliki i jakości wody w SDWP

Jak już niejednokrotnie wspomniano w niniejszym rozdziale, podstawowym zadaniem SDWP jest dostarczenie do odbiorców w określonym czasie żądanej ilości wody o odpowiedniej jakości. Aby spełnić to zadanie proces dystrybucji wody pitnej powinien być prowadzony przy wykorzystaniu odpowiedniego systemu sterowania. Uwzględniając fakt istnienia powiązania pomiędzy hydrauliką i jakością wody pitnej (patrz podrozdział 2.6) taki system sterowania powinien generować sterowania zarówno hydrauliką jak i jakością wody. Można zatem powiedzieć, iż dystrybucja wody pitnej powinna być prowadzona przy wykorzystaniu zintegrowanego systemu sterowania. Innymi słowy, powinno zostać wykorzystane zintegrowane sterowanie hydrauliką i jakością wody pitnej. Dodatkowo, uwzględniając czynnik ekonomiczny, sterowanie to powinno minimalizować koszty prowadzenia procesu dystrybucji wody. Systemem sterowania spełniającym powyższe jest dwuwarstwowa hierarchiczna struktura sterowania (Brdys i inni 2000; Brdys i inni 2002). Niemniej jednak, aby system ten mógł generować efektywne i odpowiednie sterowania, potrzebuje on informacji o stanie SDWP. Informacji tej dostarcza system monitorowania. W związku z koniecznością uwzględniania dwóch aspektów w SDWP tj. hydrauliki i jakości wody można powiedzieć, iż również system monitorowania składa się z dwóch części, a mianowicie części związanej z monitorowaniem hydrauliki i z części odpowiedzialnej za monitorowanie jakości. Poniżej scharakteryzowano oba zagadnienia:

Monitorowanie hydrauliki w SDWP - jego głównym zadaniem jest dostarczenie informacji o stanie hydrauliki SDWP. Informacje te, to przede wszystkim wartości:

natężenia przepływów wody przez rurociągi, poziomy luster wody w zbiornikach oraz ciśnienia w węzłach SDWP. Naturalnie, idealną sytuacją byłoby, aby pełna informacja o hydraulice (pełne rozwiązanie hydrauliki) pochodziła z urządzeń do pomiaru ww.

wielkości hydraulicznych. Jednakże, w związku z dużą liczbą rurociągów i węzłów, nawet w niewielkim SDWP, zainstalowanie urządzeń do pomiaru ciśnień we wszystkich węzłach czy też urządzeń do pomiarów natężeń przepływów wody w każdym rurociągu jest sytuacją, którą właściwie można rozważać jedynie teoretycznie. Wynika to zarówno z samej topologii SDWP jak i z powodów ekonomicznych. Innymi słowy, koszty zarówno zainstalowania tak znacznej liczby urządzeń jak i dalszej ich eksploatacji byłyby bardzo duże. Jednym z typowych rozwiązań tego problemu jest wykorzystanie narzędzia pozwalającego na oszacowanie wartości niemierzonych wielkości hydraulicznych w oparciu o dostępne pomiary.

procesu estymacji wartości niemierzonych wielkości hydraulicznych w SDWP koniecznym jest posiadania odpowiedniego, dla celów estymacji, modelu hydrauliki SDWP (patrz podrozdział 2.5). Dodatkowo, w związku z niepewnością występującą zarówno we wzorcach zapotrzebowania na wodę jak i w dostępnych pomiarach wielkości hydraulicznych niezbędnym jest modelowanie tej niepewności.

Opracowanie estymatora hydrauliki można znaleźć np. w (Brdys i Chen 1995).

Reasumując, informacja o hydraulice w danym SDWP składa się z pomiarów oraz estymat wielkości hydraulicznych. Zagadnienie pozyskiwania wartości wielkości hydraulicznych, dla potrzeb niniejszej rozprawy, przedstawione zostało w podrozdziale 4.4.1.

Monitorowanie jakości wody w SDWP - jego głównym zadaniem jest dostarczenie informacji o stanie jakości wody w SDWP. W związku z przyjętym w rozprawie wskaźnikiem jakości wody (patrz podrozdział 2.6.2.2) informacja o stanie jakości to informacja o wartościach stężeń chloru. Z praktycznego punktu widzenia istotne znaczenia ma znajomość stężeń chloru w węzłach oraz w zbiornikach SDWP.

Prowadząc analogiczne rozważania do przedstawionych dla aspektu monitorowania hydrauliki można wyciągnąć analogiczne wnioski. Innymi słowy, okazuje się iż ulokowanie urządzeń do pomiaru stężenia chloru w każdym węźle i w każdym zbiorniku SDWP jest praktycznie nierealne. Pojawia się zatem potrzeba wykorzystania estymacji - tym razem estymacji jakości wody pitnej (stężenia chloru).

Monitorowanie jakości wody pitnej, a więc opracowanie systemu dostarczającego jak najpełniejszej i jak najdokładniejszej informacji o jakości wody pitnej w całym SDWP jest de facto ogólnym sformułowaniem celu niniejszej rozprawy. Zatem, w kolejnych rozdziałach rozprawy przedstawiono:

 modelowanie jakości wody pitnej zakończone opracowaniem modelu jakości wody pitnej w SDWP dla celów estymacji,

 modelowanie niepewności zakończone wyborem modelu niepewności,

 problem estymacji jakości wody pitnej zakończony opracowaniem estymatora jakości wody pitnej w SDWP,

 problem alokacji dostępnej liczby urządzeń do pomiaru stężenia chloru zakończony opracowaniem algorytmów alokacji punktów monitorowania jakości wody pitnej w SDWP.

Reasumując, poprzez opracowanie odpowiedniego modelu jakości wody pitnej w SDWP, przy uwzględnieniu występującej niepewności oraz jak najlepszym rozmieszczeniu dostępnej liczby urządzeń pomiarowych, w procesie estymacji

z wykorzystaniem opracowanego estymatora uzyskana zostanie jak najdokładniejsza informacja o jakości wody pitnej w całym SDWP. Dodatkowym celem stawianym w rozprawie jest to, aby opracowana metoda estymacji jakości wody pitnej w SDWP była efektywna. Innymi słowy, wymaga się, aby opracowana metoda estymacji mogła mieć zastosowanie w systemie monitorowania on-line. Warto podkreślić, iż sam proces alokacji urządzeń pomiarowych postrzegany jest jako zadanie projektowe, zatem czas nie odgrywa tutaj tak znaczącej roli. Niemniej jednak, projektując estymator jakości wody w rozprawie postawiono cel, aby było to narzędzie również efektywne, dzięki czemu może ono mieć zastosowanie nie tylko przy rozwiązaniu problemu alokacji urządzeń pomiarowych, ale również w samym systemie monitorowania jakości on-line.

Warto jeszcze podkreślić, iż w związku z wskazaną w podrozdziale 2.6 relacją pomiędzy hydrauliką i jakością wody w SDWP naturalnym jest, iż pełen system monitorowania jest systemem kaskadowym. Innymi słowy, monitorowanie jakości wody wymaga wiedzy o hydraulice. Zatem, zauważalne jest analogiczne powiązanie systemów monitorowania do powiązania pomiędzy hydrauliką i jakością wody pitnej. W celu zwiększenia przejrzystości rozważań przedstawionych w niniejszym podrozdziale na rysunku 2.10 przedstawiono wzajemne powiązania w SDWP pomiędzy systemem monitorowania i zintegrowanym systemem sterowania.

MONITOROWANIE JAKOŚCI WODY MONITOROWANIE HYDRAULIKI

SYSTEM DYSTRYBUCJI WODY PITNEJ (SDWP)

INFORMACJE O STANIE

HYDRAULIKI INFORMACJE O STANIE JAKOŚCI WODY

ZINTEGROWANY SYSTEM STEROWANIA HYDRAULIKĄ I JAKOŚCIĄ WODY

STEROWANIA HYDRAULIKĄ I JAKOŚCIĄ WODY

Rysunek 2.10 Ogólny schemat monitorowania i sterowania w SDWP