Pilvipohjaisen vedenpuhdistusprosessin tehokkuuden seurantajärjestelmän kehitys ja toteutus

Cost of data collection and storage in industrial processes have reduced during the latest years, leading to a rapidly growing amount of data created. Due to the development of cloud based internet solutions this data is also possible to be available in a centralized and organized form. To be able to utilize the data efficiently, it has to be condensed into an informative form. This has already been executed in development of performance indicators that intend to indicate the true performance of a process by combining different parameters into a one value. The purpose of this thesis was to combine both technological advantages in today’s process automation and performance assessment technologies to design and implement a cloud based wastewater treatment process performance monitoring system. Both suitability of the used cloud based monitoring platform in calculation of performance indicators, and the suitability of the performance indicators in real time plant performance monitoring were measured. A literature study was conducted where the current state, trends and future design targets of industrial automation were found out. The concept of wastewater treatment plant performance assessment was described, and existing standards, guidelines and frameworks were listed. Furthermore existing implementations of performance monitoring systems in wastewater treatment plants were presented and analysed. Based on the literature study findings, an example performance indicator framework was designed consisting of context information, process and corporate performance indicator and process variable categories. The designed framework was implemented in an online platform, which was connected to a small municipal wastewater treatment plant during the thesis. The implementation proved the monitoring platform capable of calculating basic performance indicators and calculated process variables from raw data. Important design considerations based on unsuccessfully calculated performance indicators and process variables were also stated. The system was found out to shift plant operation towards future design targets in wastewater treatment automation found from the literature. Designed performance indicator framework was further considered as a useful resource in real time and long term performance assessment of a wastewater treatment plant. Main benefits from the implemented system were improved communication and transparency both internally and externally, better realization of the true process performance, better long term performance follow-up, and centralized remote access to the key process performance data.Datan keräyksen ja tallennuksesn kustannukset ovat viime vuosien aikana vähentyneet. Tämä on johtanut nopeasti kasvavaan kerätyn tiedon määrään. Pilvipohjaisten internetratkaisujen kehityksen johdosta tämä data on myös mahdollista olla saavutettavissa keskitetyssä ja järjestetyssä muodossa. Jotta dataa pystytään käyttämään mahdollisimman tehokkaasti, on se tiivistettävä informatiiviseen muotoon. Tätä ollaan jo toteutettu tehokkuusindikaattoreiden kehityksessä jonka tarkoituksena on näyttää prosessin todellinen tehokkuus yhdistelemällä useita eri parametrejä yhdeksi luvuksi. Tämän diplomityön tarkoituksena oli yhdistää sekä nykypäivän prosessiautomaation teknologiset hyödyt että tehokkuuden mittaamisteknologiat pilvipohjaisen vedenpuhdistusprosessin tehokkuuden seurantajärjestelmän kehityksessä ja toteutuksessa. Toteutuksen tarkoituksena oli määrittää sekä käytetyn online-seurantajärjestelmän kyvykkyys tehokkuustunnuslukujen laskennassa että tehokkuustunnuslukujen soveltuvuus reaaliaikaiseen laitoksen tehokkuuden seurantaan. Työssä toteutettiin kirjallisuustutkimus, jossa tutkittiin teollisen automaation tämän hetkinen tila ja vallitsevat trendit sekä tulevaisuuden suunnittelutavoitteet. Vedenpuhdistuslaitosten tehokkuuden mittaamiskonsepti selvitettiin, ja kirjallisuudesta löytyvät standardit, ohjeistukset ja viitekehykset listattiin. Lisäksi olemassa olevia vedenpuhdistamoiden tehokkuuden seurantajärjestelmiä kuvattiin ja analysoitiin. Kirjallisuustutkimuksen tietojen perusteella suunniteltiin esimerkkitehokkuustunnusluku-viitekehys, joka sisälsi ryhmät kontekstitiedolle, tehokkuustunnusluvuille sekä prosessimuuttujille. Suuniteltu viitekehys toteutettiin online-seurantajärjestelmään, joka yhdistettiin pieneen kunnalliseen jätevedenpuhdistamoon työn aikana. Toteutus todisti seurantajärejestelmän olevan kyvykäs laskemaan perustehokkuustunnuslukuja ja laskettuja prosessimuuttujia raakadatasta. Tärkeitä suunnittelunäkökohtia järjestelmän kehitykselle löydettiin epäonnistuneiden indikaattoreiden toteutuksien avulla. Järjestelmän koettiin edistävän laitoksen operointia kohti kirjallisuudessa mainittuja vedenpuhdistuslaitosten automaation suunnittelutavoitteita. Suunniteltu tehokkuustunnuslukuviitekehys todettiin lisäksi hyödylliseksi työkaluksi reaali- ja pitkäaikaisen tehokkuuden seurannassa. Päähyödyt toteutetusta järjestelmästä olivat parantunut kommunikaatio ja läpinäkyvyys sekä sisäisesti että ulkoisesti, parempi todellisen prosessin tehokkuuden ja siihen vaikuttavien tekijöiden ymmärtäminen, parempi pitkän ajan tehokkuuden seuranta, ja keskitetty etäyhteys laitosten tehokkuuden seurannassa