XIV CONGRESO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS - CHILE Santiago, Octubre de 2001 GESTIÓN AVANZADA DEL CICLO URBANO DEL AGUA

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1 XIV CONGRESO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS - CHILE Santiago, Octubre de 2001 GESTIÓN AVANZADA DEL CICLO URBANO DEL AGUA Miguel Ángel Martín. Gerente del Programa de Operación Avanzada (PROA) EMOS S.A. José Domingo Cañas 1515, Ñuñoa, Santiago, Chile mamartin@emos.cl RESUMEN Uno de los principales objetivos de la Empresa Metropolitana de Obras Sanitarias (EMOS) en la actualidad en vías de convertirse en la empresa de referencia en el sector sanitario en América Latinaes dotarse de los más avanzados sistemas tecnológicos que se dispongan en el mercado. Por esta razón, la empresa realizó recientemente un análisis en el ámbito de las gerencias técnicas, el que dio origen al Plan Director de Sistemas Técnicos (PDST) que permitirá disponer de un modelo para aplicar en los proyectos de automatización y telemetría de la compañía y que van a confluir en la construcción del Centro de Control Operativo para la gestión y operación de las instalaciones de EMOS en tiempo real. En la línea que el modelo plantea, aparece la idoneidad de dotar de telemetría y telemando al conjunto de nuestras instalaciones que constituyen el ciclo completo del agua del Gran Santiago. Nos estamos refiriendo a: las aportaciones de agua ( superficial y subterránea) conocimiento en continuo de calidad y cantidad, plantas de producción, instalaciones de distribución y transporte, y por último, completando el ciclo urbano del agua, las plantas de tratamiento de aguas servidas. EMOS está trabajando en todos los frentes citados con el objeto de centralizar toda esta información en una única sala de control que permita disponer de este conjunto de información para mejorar la gestión integral del ciclo del agua y manejar a distancia las instalaciones que así se considere, garantizando de esta forma una mejora en el servicio al cliente al poder atender y solucionar con anticipación los problemas que surgiesen. Esta centralización también nos va a permitir crear una Base de datos que de forma automática irá registrando el conjunto de variables más significativas de nuestra explotación y que nos ha de ayudar también a conocer la demanda de agua que solicitan nuestros clientes y, por lo tanto, ayudar al cumplimiento de nuestro compromiso de servicio con ellos.

2 XIV CONGRESO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS - CHILE Santiago, Octubre de 2001 GESTIÓN AVANZADA DEL CICLO URBANO DEL AGUA Miguel Ángel Martín. Gerente del Programa de Operación Avanzada (PROA) EMOS S.A. José Domingo Cañas 1515, Ñuñoa, Santiago, Chile mamartin@emos.cl Uno de los principales objetivos de la Empresa Metropolitana de Obras Sanitarias (EMOS) en la actualidad en vías de convertirse en la empresa de referencia en el sector sanitario en América Latina- es dotarse de los más avanzados sistemas tecnológicos que se dispongan en el mercado. Por esta razón, la empresa realizó recientemente un análisis en el ámbito de las gerencias técnicas, el que dio origen al Plan Director de Sistemas Técnicos (PDST) que permitirá disponer de un modelo para aplicar en los proyectos de automatización y telemetría de la compañía y que van a confluir en la construcción del Centro de Control Operativo para la gestión y operación de las instalaciones de EMOS en tiempo real. A continuación se enunciarán las pautas más relevantes que dicho modelo plantea y se explicarán algunos de sus conceptos más significativos. El modelo El modelo de Sistemas Técnicos propuesto, parte de la división de los sistemas por niveles, y de la separación de las herramientas de trabajo en dos entornos: explotación e información, como se representa en la Figura 1. Allí se puede observar una definición en cinco niveles, los que se describen a continuación. Nivel 0: Medio físico o proceso a controlar En un primer nivel, no representado en el esquema de la Figura 1, se encuentra el medio físico del cual se desean conocer sus características hidráulicas o químicas, o bien el proceso que se desea controlar.

3 Nivel 1: Sensores, equipos de adquisición y estaciones remotas A este nivel se encuentra el conjunto de equipos de medida y elementos de maniobra que permiten monitorear el medio físico y, en ocasiones, controlar el proceso en forma automática. Este nivel se caracteriza por la heterogeneidad de equipos y tecnologías:? Instrumentación hidráulica, de calidad y meteorológica.? Elementos de maniobra: Bombas, válvulas, compuertas, entre otros.? Equipamiento eléctrico: como Cuadros de Control de Máquinas (CCMs), transformadores, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAIs), protecciones eléctricas.? Equipos de adquisición y control: Data Logger (DLs), Programable Logic Controler (PLCs), Remote Terminal Unit (RTUs), Remote Input Output (RIOs) Todos estos equipos se encuentran interconectados mediante señales eléctricas normalizadas (ej: 4-20mA), canales serie (RS-232 o RS-485) o buses de campo (cableados o fibra óptica), sobre los que también se utilizan diferentes protocolos. Los equipos de adquisición y control son programables, o como mínimo configurables, para adaptarlos al proceso a medir o controlar. Diferentes fabricantes implementan diferentes lenguajes de programación o utilidades de configuración, por lo que el grado de heterogeneidad aumenta. Nivel 2: Sub Centros de Control En las instalaciones donde existe un elevado número de elementos de control, instrumentación a mantener, o bien donde se ejecuta un proceso crítico, se hace necesaria la intervención humana. A este nivel de Sub Centros de Control (SCC) se implementan interfaces locales Man Machine Interface (MMI) que permiten monitorizar el proceso automático e incluso intervenir en él. Estas interfaces se basan habitualmente en una plataforma PC sobre la que corre un software SCADA (Supervisor Control And Data Adquisition) configurado para una aplicación concreta. El diálogo entre los SCC de Nivel 2 y los equipos de Nivel 1 se realiza sobre canales de comunicación a nivel de adquisición. Los medios físicos pueden ser de diversos tipos: redes locales sobre cable o fibra óptica, canales serie dedicados, líneas telefónicas RTC (Red Telefónica Conmutada) o RDSI (Red Digital de Servicios Integrados-ISDN), radio enlaces. A esta gran variedad de medios se añade la diversidad de protocolos, ya que normalmente son propios de cada fabricante. En conjunto, se aumenta el nivel de heterogeneidad.

4 Nivel 3: Centro de Control Corporativo A este nivel se requiere de una interface MMI que permita una visión global de todos los SCC para todos los servicios de la empresa, con el fin de facilitar la explotación global, en tiempo real. Por tiempo real se entiende la actualización automática de los valores de las variables de proceso, estados de los elementos y alarmas, en este caso con resoluciones temporales del orden de algunos segundos a decenas de minutos. Las explotaciones de agua y saneamiento se caracterizan por la dispersión geográfica de sus instalaciones. Existen numerosas instalaciones dispersas por el área de concesión que trabajan en modo automático y que no alcanzan el nivel de complejidad necesario para implementar un SCC, quedando por lo tanto clasificadas a Nivel 1. El diálogo entre el Centros de Control Corporativo (CCC) a Nivel 3 y los equipos de Nivel 1 se realiza sobre canales de comunicación a nivel de adquisición. Los medios físicos pueden ser de diversos tipos, básicamente: canales serie dedicados, telefonía convencional RTC o RDSI, radio enlaces. Nuevamente, equipos de diferentes fabricantes utilizarán diferentes protocolos sobre estos canales de adquisición. El diálogo entre el CCC a Nivel 3 y los SCC de Nivel 2 se implementa normalmente mediante aplicaciones cliente / servidor sobre canales de comunicación a nivel de transporte. Los medios físicos pueden ser de diferentes tipos: desde líneas dedicadas y canales telefónicos RDSI hasta enlaces de microondas. Pero en este caso sí existe un protocolo de transporte común a todas las aplicaciones: el TCP/IP. Nivel 4: Sistema de Información Técnica El Sistema de Información Técnica (SIT) está constituido por un conjunto de Bases de Datos y sus correspondientes herramientas de consulta y aplicaciones de diálogo. El núcleo del SIT es la Base de Datos Técnica (BDT) sobre la que se estructura la información histórica de tipo técnico: variables hidráulicas, de calidad, meteorológicas, de funcionamiento y estado de elementos de control. Normalmente se estructura la información en dos niveles, con diferente resolución temporal:? Series de datos históricos brutos (resolución minutal y horaria)? Información resumida y elaborada (resolución diaria, mensual, etc.) Es importante destacar que la BDT es un almacén de datos históricos, con filosofía de DataWarehouse, no una Base de Datos operativa. Es decir, la BDT no contiene el valor de una determinada variable para el instante actual. Por el contrario, sí se podrán consultar los 24 valores medios horarios del día anterior para dicha variable.

5 La BDT se alimenta periódicamente desde los Sistemas de Adquisición y Control (SAC) - del CCC y de los diferentes SCC- mediante procesos de inserción automática. No obstante, también pueden existir procesos o utilidades de inserción manual de datos. A este nivel, las herramientas de consulta pueden ser de diversos tipos, más o menos básicas o sofisticadas, pero todas se caracterizan por utilizar lenguajes estándar de consulta a Base de Datos. Nivel 5: Otros sistemas de información y utilidades de gestión Es precisamente la existencia de un lenguaje estándar de consulta a bases de datos lo que facilita la interconexión a este nivel con otras utilidades de explotación:? Sistema de Información Geográfica? Modelos de Simulación? Sistemas de Atención de Reclamos y de Operaciones de Red? Gestión de Laboratorio? Sistema de Gestión del Mantenimiento Respecto a otros sistemas de información de la empresa, como el Sistema Comercial, la integración se realizaría siguiendo un modelo de DataWarehouse corporativo; es decir, utilizando herramientas de consulta comunes que accederían a las diferentes fuentes de datos de una manera transparente al usuario final. En este modelo, los datos no se encuentran replicados en distintas bases de datos, sino que es la propia herramienta de consulta la que mezcla la información y la presenta al usuario final. Como se ha comentado, el objetivo principal del modelo propuesto es facilitar la integración de los diferentes subsistemas SAC y de otras utilidades de gestión. Pero no se puede garantizar que el modelo cubra el 100% de las situaciones posibles. Por ejemplo, el modelo propuesto no contempla una solución general, estándar, para la integración de una utilidad de explotación con carácter operativo, es decir, en tiempo real, como podría ser un modelo de simulación de red Online. En caso de existir requerimientos de este tipo, deberían estudiarse soluciones particulares a Nivel 3 del modelo, o bien dotar al Nivel 4 de un carácter más operativo.

6 Aplicación del modelo a EMOS? Arquitectura técnica del entorno de explotación Para definir cuál será la aplicación concreta de este modelo al caso de EMOS, se deben clasificar las instalaciones de la empresa, identificándolas como Estaciones Remotas (ERs) o Sub Centros de Control (SCCs), pero exclusivamente desde el punto de vista de los objetivos finales de explotación, sin tener en cuenta lo que existe en la actualidad. Es decir, definir la arquitectura final que pretende alcanzar EMOS. Entre las instalaciones de tipo SCC cabe distinguir:? SCC de tipo permanente, con turno de operadores de 24 horas.? SCC de tipo parcial, que funciona en forma desatendida en algún periodo del día o algún día de la semana. En la Tabla Nº1 se representa esta clasificación sobre una lista de instalaciones de EMOS. Según esto, sólo las instalaciones de tipo Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAS) y Planta de Tratamiento de Aguas Potables (PTAP) se considerarán como suficientemente relevantes y críticas para necesitar de utilidades de supervisión y turno de operadores permanente, constituyendo Sub Centros de Control. El resto de las instalaciones deberán ser totalmente automatizadas como Estaciones Remotas, y quedarán normalmente desatendidas, salvo para operaciones de mantenimiento correctivo y preventivo. Asimismo, se deberá dotar a los sistemas de tipo SCC con guardia parcial, de las utilidades necesarias para la correcta explotación del sistema durante los períodos desatendidos. Hay un elemento significativo que no se ha comentado y en el que también se está trabajando y se trabajará ampliamente en los próximos años, se trata del río Maipo, nuestra principal fuente de materia prima. Se están instalando elementos de medida en continuo, tanto de calidad como de cantidad, en el embalse del Yeso y en los próximos años se incorporarán nuevas mediciones a lo largo del río antes de la llegada a nuestra planta de tratamiento de Las Vizcachas. De esta forma tendremos capacidad de reacción ante situaciones conflictivas, por ejemplo aumento de turbiedad, y dispondremos de capacidad de reacción ante situaciones desfavorables en el río. Finalmente, la futura arquitectura técnica en el entorno de Explotación en Tiempo Real, quedaría resumida como se muestra en la Figura 2.? Arquitectura técnica del entorno de información

7 Para el Entorno de Información, aplicado al caso de EMOS, se propone una estructura relativamente sencilla:? Centralización del motor de Base de Datos.? Centralización de las herramientas de administración del SIT.? Centralización del repositorio de informes estandarizados.? Distribución de los puestos de usuario sobre la red WAN. Para los recintos donde no se disponga de conexión WAN permanente, puede preverse el acceso vía RTC o RDSI al servidor WEB corporativo. Para estos usuarios internos, pueden prepararse informes estáticos en un formato consultable desde un Navegador de Internet. Este tipo de acceso también podría ser utilizado para usuarios externos, siempre sobre información restringida y, por supuesto, consolidada. (Ver Figura 3) Ya a nivel de proyecto, deberá elaborarse un Análisis Funcional del SIT, donde se identificarán y tipificarán a los usuarios. En función de sus necesidades, se les asignarán las herramientas de consulta del SIT más adecuadas para sus tareas, que serán instaladas en sus puestos de trabajo habitual. Conclusiones El plan de trabajo de EMOS, encaminado a la mejora continua de nuestro servicio al cliente, solo se puede desarrollar si dotamos a nuestra operación del mejor nivel tecnológico posible. Este camino parte de la necesidad de dotar a la compañía de un Control Centralizado donde poder recibir el máximo de las variables significativas del proceso de operación de la compañía que engloba el ciclo urbano del agua del Gran Santiago. En este sentido estamos trabajando en dotar de telemetría y telemando a todos los procesos de nuestro ciclo de trabajo, n os estamos refiriendo a: las aportaciones de agua ( superficial y subterránea) conocimiento en continuo de calidad y cantidad, plantas de producción, instalaciones de distribución y transporte, y por último, completando el ciclo urbano del agua, las plantas de tratamiento de aguas servidas. EMOS está trabajando en todos los frentes citados con el objeto de centralizar toda esta información en una única sala de control que permita disponer de este conjunto de información para mejorar la gestión integral del ciclo del agua y manejar a distancia las

8 instalaciones que así se considere, garantizando de esta forma una mejora en el servicio al cliente al poder atender y solucionar con anticipación los problemas que surgiesen. Esta centralización también nos va a permitir crear una Base de datos que de forma automática irá registrando el conjunto de variables más significativas de nuestra explotación y que nos ha de ayudar también a conocer la demanda de agua que solicitan nuestros clientes y, por lo tanto, ayudar al cumplimiento de nuestro compromiso de servicio con ellos. Figura 1. Modelo de sistemas técnicos MODELO DE SISTEMAS DE TECNICOS N5 OTROS SIST. INFORMACION UTILIDADES DE GESTION N4 SIT SISTEMA DE INFORMACION TECNICA N3 CCC CENTRO DE CONTROL CORPORATIVO RED WAN CORPORATIVA N2 SCC SUB CENTRO DE CONTROL COMUNICACIONES NIVEL ADQUISICION ENTORNO EXPLOTACION ENTORNO INFORMACION N1 SENSORES, EQUIPOS ADQUISICION, ESTACIONES REMOTAS

9 Tabla 1. Clasificación de instalaciones de EMOS Subsistema Tipo Guardia Nivel superior PTAP: Complejo Las Vizcachas, La Florida y Quebrada de San Ramón Sub Centro de Control Permanente Centro de Control Corporativo vía WAN Subsistemas de Transporte: Antonio Varas, Peñalolén, Talinay, Departamental, etc. Estación Remota Sin guardia Centro de Control Corporativo Distribución: Válvulas Reguladoras Estación Remota Sin guardia Centro de Control Corporativo PEAS: Las Garzas, Nos, etc. Estación Remota Sin guardia Centro de Control Corporativo PTAS: El Trebal, La Farfana, Los Nogales Sub Centro de Control Permanente Centro de Control Corporativo vía WAN Figura 2. Arquitectura del entorno de explotación en tiempo real Remoto RTC Servidor CCC Operador Admin. Equipos COM EDIFICIO CORPORATIVO Sistema de Comunicaciones Corporativo ATM Frame Relay Remoto ERs RTC SubERs Otros recintos SCC SCC SCC ESTACIONES REMOTAS: TRANPORTE Y DISTRIBUCION AGUAS SERVIDAS Otros INSTALACIONES TIPO: Planta Tratamiento Agua Potable Planta Tratamiento Agua Servida Otras INSTALACIONES TIPO: Servicios Descentralizados

10 Figura 3. Arquitectura técnica del entorno de información WEB Server Servidor BDT Supervisor Dise ador s FIREWALL EDIFICIO CORPORATIVO ATM Frame Relay Internet Remoto Otros recintos PTAP y PTAS Servicios Descentralizados s Externos