CEL I ZAŁOŻENIA PROJEKTU
Z każdym rokiem obserwuje się rozwój technologii pozyskiwania energii elektrycznej i cieplnej od zakładów przemysłowych. Dzięki wprowadzeniu i stosowaniu w elektrociepłowniach najnowszych rozwiązań z zakresu automatyki, informatyki i mechaniki wzrasta poziom efektywności inwestycji. Rozbudowa systemu SCADA i AKPiA (Aparatura Kontrolno-Pomiarowa i Automatyka) odbywa się na różnych płaszczyznach, z których najważniejszą jest automatyzacja i dostosowanie systemu do potrzeb użytkowników. W rozwiązaniach starszego typu najczęściej wprowadzano w tym celu monitorowanie i sterowanie z wykorzystaniem tablic synoptycznych w rozbudowanych sterowniach. Obecnie rolę tę przejmują nowoczesne systemy SCADA. Otwarte i rozproszone systemy sterowania oraz wizualizacji wyróżniają się dużymi możliwościami komunikacyjnymi i potencjałem w dziedzinie modyfikacji oraz rozbudowy obecnie działającego systemu. Cechą charakterystyczną systemu SCADA jest to, że układy regulacji w danym procesie technologicznym mogą działać niezależnie od niego, realizując swoje podstawowe zadania.
System SCADA (ang. Supervisory Control and Data Aquisition) jest oprogramowaniem wykorzystywanym w fabrykach do nadzorowania i kontrolowania procesów technologicznych oraz produkcyjnych. System SCADA pełni przede wszystkim rolę informatora, najczęściej o bieżącym stanie nadzorowanych urządzeń. Dzięki przetwarzaniu danych pobranych z maszyn, zapewnia sterowanie urządzeniami, ich uruchamianie, zatrzymywanie oraz wysyła polecenia wykonania innych, typowych dla nich czynności. Podobnie, jak system MES, system SCADA może być stosowany celem aktualizowania i poprawienia wydajności produkcji oraz wzrostu wskaźnika OEE (ang. OverallEquipmentEffectiveness – wskaźnik całkowitej efektywności wyposażenia).
System SCADA jest bardziej efektywny w komunikacji pomiędzy konkretną maszyną a jej operatorem, która może odbywać się w większym wymiarze i znacznie intensywniej. W pewnej mierze jest on systemem nadrzędnym wobec paneli HMI. Najwyraźniejsze różnice można wskazać w kilku obszarach:
- hardware;
- system operacyjny;
- archiwizacja danych;
- bazy danych.
System SCADA (ang. Supervisory Control and Data Aquisition)stanowi część systemu automatyki. Jego najważniejszym zadaniem jest wspieranie procesów biznesowych w Grupie Kapitałowej PERN w zakresie akwizycji, przetwarzania, sterowania oraz udostępniania operatorom informacji niezbędnych do efektywnego zarządzania infrastrukturą. Żeby zapewnić jak najbardziej efektywne i ekonomiczne działanie systemu automatyki wykonano projekt rozbudowy systemu SCADA i AKPiA. W ramach modernizacji istniejącej kotłowni węglowej, wybudowano kotłownię gazową oraz wprowadzono innowacyjną technologię wykorzystania gazu ziemnego prowadzoną w agregatach kogeneracyjnych nazywanych również kogeneratorami. Kogeneracja polega na jednoczesnym wytwarzaniu prądu i ciepła w jednym urządzeniu. Jest to proces, w wyniku którego powstaje prąd przy synchronicznym ogrzewaniu. W ramach rozbudowy systemu skonsolidowano następujące urządzenia oraz obszary działania:
- pompy obiegowe;
- monitoring i archiwizacja danych dotyczących ciśnień, przepływów i temperatur w układzie hydraulicznym;
- zawory redukcyjne na układzie hydraulicznym,
- monitorowanie, archiwizacja danych i ustawianie mocy dla kotłów gazowych;
- zbieranie i archiwizacja danych z liczników ciepła;
- zbieranie i archiwizacja danych z gazomierza;
- komunikacja z serwerem SCADA w pomieszczeniu serwerowni ciepłowni;
- integracja z istniejącym na obiekcie systemem SCADA.
Podstawowym założeniem zaprojektowanego, zmodernizowanego systemu było zastosowanie systemu otwartego, bazującego na najnowszych rozwiązaniach technicznych z wykorzystaniem standardowych protokołów komunikacyjnych Modbus, BACnet, M-bus. System otwarty odznacza się otwartą architekturą, standardową platformą, protokołami i procedurami dającymi użytkownikowi możliwość rozbudowy systemu o produkty z dużej ilości dostępnych na rynku rozwiązań przy jednoczesnej możliwości ich integracji. Otwarta architektura w odniesieniu do programowania komputerowego odnosi się do systemu sprzętowego, sieci oraz oprogramowania, które można rozszerzyć w celu zapewnienia nowych lub rozszerzonych funkcji. W przypadku oprogramowania, otwarta architektura oznacza, że w trakcie samodzielnego działania programu, dostępny jest cały kod źródłowy programu lub zestaw programistyczny, co umożliwia użytkownikom przepisanie części oprogramowania lub opracowanie wtyczki i rozszerzenie umożliwiające programowi wykonywanie nowych zadań. Komputer lub inny system sprzętowy, który wykorzystuje otwartą architekturę jest najczęściej skonstruowany tak, aby użytkownicy mogli zmieniać, usuwać lub aktualizować komponenty w systemie. Zapewnia także użytkownikom możliwość dodania dodatkowego sprzętu lub modyfikację elementów systemu w celu zwiększenia możliwości maszyny albo usprawnienia jej w ramach jednego zadania. System lub oprogramowanie, które jest ustawione i nie może być modyfikowane jest określane jako wykorzystujące architekturę zamkniętą. Może być także nazywane systemem zastrzeżonym.
Otwartym międzynarodowym standardem komunikacji dla automatyki budynków są protokoły komunikacyjne BACnet/Modbus. Protokoły te są niezależne od sprzętu, co jest ich wielką zaletą, ponieważ pozwalają na zintegrowanie dowolnych urządzeń elektronicznych od niezależnych producentów w jedną wspólną sieć. BACnet to protokół komunikacyjny, który jest powszechnie wykorzystywany w automatyce budynkowej, m.in. do komunikacji z systemami detekcji i sygnalizacji pożaru, sterowania oświetleniem, instalacjami HVAC (ang. Heating, Ventilation, AirConditioninginstallation – instalacja ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji), systemami zasilania i telewizją przemysłową (CCTV – ang. ClosedCircuitTeleVision – telewizja przemysłowa lub obecnie coraz częściej używane określenie „telewizyjne systemy dozorowe”).
System został zintegrowany z istniejącym już systemem nadrzędnym na terenie obiektu, pozostawiając w jego centrum istniejący sterownik centralny PLC.
Opracowana nowa jednostka PLC ma za zadanie wymieniać dane z obecnie istniejącą po protokole Ethernetowym. Będzie także otrzymywać komunikaty na temat doraźnego zapotrzebowania na ciepło. Po przetworzeniu i analizie danych wydaje polecenia urządzeniom podpiętym do swojej sieci. W ten sposób została zachowana hierarchizacja systemu, co zapobiega powstawaniu incydentów jednoczesnego reagowania na zdarzenia awaryjne przez dwie niezależne jednostki i nadpisywania podjętych działań.
AKPiA (Aparatura Kontrolno-Pomiarowa i Automatyka) jest ogólnym pojęciem określającym przyrządy pomiarowe oraz różnego rodzaju mierniki wykorzystywane w rozmaitych dziedzinach nauki i techniki, a także w gałęziach związanych z przemysłem, produkcją, wydobyciem, transportem. W systemach automatyki stosuje się aparaturę kontrolno-pomiarową w celu nadzorowania przez człowieka automatycznie realizowanego procesu technologicznego lub kontroli bieżącego stanu maszyny lub urządzenia. Postęp techniczny i rozwój innowacyjnych technologii zobligował do stosowania specjalnych maszyn i urządzeń do pomiaru wielkości fizycznych takich, jak temperatura, wielkości mechanicznych – np. siły, masy, grubości, długości i kąta, objętości, poziomu, wysokości, naprężeń, ciśnienia, natężenia i barwy światła, wielkości elektrycznych i magnetycznych.
Przyrządy pomiarowe dzielą się na mierniki, rejestratory, charakterografy i detektory, a ze względu na funkcję metrologiczną – na przyrządy pomiarowe kontrolne i użytkowe. Mierniki to przyrządy pomiarowe służące do określenia wartości mierzonej wielkości. Wielkość ta przedstawiona jest za pomocą podziałki w przyrządach analogowych lub za pomocą liczby wskazującej bezpośrednio jej wartość w przyrządach cyfrowych Przykładem typowego miernika jest woltomierz, amperomierz, galwanometr i uniwersalny multimetr. Miernikiem jest również suwmiarka i śruba mikrometryczna. Przyrządami pomiarowymi są również urządzenia do rejestracji wartości, generatory pomiarowe, wzorce i analizatory. Rejestrator jest coraz powszechniejszym urządzeniem używanym, np. przez kierowców. Jest to urządzenie służące do zapisu, archiwizacji i prezentacji zebranych informacji o przebiegu mierzonych parametrów w czasie, np. temperatury, ciśnienia i ewentualnie warunków, w których pomiary były prowadzone – np. temperatury otoczenia lub wilgotności. Rejestratory można sklasyfikować Biorąc pod uwagę metody zapisu danych procesowych rejestratory klasyfikowane są na:
- rejestratory z zapisem danych na taśmie papierowej;
- rejestratory z cyfrowym zapisem danych.
Rejestratorów z zapisem danych na taśmie papierowej nie stosuje się już w systemach automatyki. Natomiast popularne są w medycynie, gdzie służą do pomiaru EKG i EEG oraz transporcie drogowym w formie tachografów.
W rejestratorach z cyfrowym zapisem nośnikiem danych najczęściej jest wbudowana pamięć flash, dysk twardy lub zewnętrzny napęd USB. Coraz powszechniej stosowany jest też zdalny zapis danych na firmowych serwerach NAS (ang. Network Attached Storage – sieciowa pamięć masowa) lub bezpośrednio w chmurze. Dlatego rejestratory cyfrowe wyposażane są standardowo w interfejsy komunikacyjne pozwalające na przesyłanie danych w czasie rzeczywistym.
W przemyśle rejestratory spełniają głównie proste funkcje skalowania sygnału mierzonego i jego rejestrację w jednostkach fizycznych. Często są wyposażane w wyjścia alarmowe umożliwiające sygnalizowanie przekroczenia dopuszczalnych dla danego procesu wartości granicznych oraz interfejsy komunikacyjne pozwalające na przesyłanie wartości chwilowych do systemów bezpośrednio sterujących procesem technologicznym takich, jak sterowniki PLC czy systemy SCADA.
Na etapie produkcji podejmowana jest decyzja czy rejestrator będzie przystosowany do pomiaru określonych parametrów, np. temperatury, prądu, napięcia i w jakim zakresie, czy też będzie wyposażony w wejścia prądowe uniwersalne (0/4…20 mA DC), pozwalające na odbiór sygnałów pomiarowych z czujników różnego typu w szerokim zakresie wartości.
W systemach automatyki charakterografy i detektory mają znacznie mniejsze znaczenie niż mierniki i rejestratory. Charakterografy to urządzenia służące do przeprowadzenia szybkich pomiarów niezbędnych do charakterystyki mierzonego elementu. Zazwyczaj za pomocą charakterografów wyznacza się charakterystykę prądowo-napięciową elementów półprzewodnikowych.
Detektor to urządzenie służące do wykrywania i ewentualnie rejestracji zjawisk oraz parametrów fizycznych sygnałów, których nie można bezpośrednio zaobserwować. Zatem detektor stosowany jest w przypadku, gdy badany sygnał nie możne być zarejestrowany bezpośrednio i musi być zamieniony na inną formę umożliwiającą obserwację lub rejestrację. Detektory można sklasyfikować na:
- detektory cząstek, np. detektory cząstek elementarnych;
- detektory promieniowania elektromagnetycznego, np. fototranzystory;
- detektory zmiany składu chemicznego, np. spektrometry, tlenomierze, jonometry czy katarometry (detektory stężeniowe);
- detektory zmian parametrów fizycznych.
Opis projekt
W projekcie zastosowano system SCADA (ang. Supervisory Control and Data Aquisition), który jest oprogramowaniem wykorzystywanym w fabrykach do nadzorowania i kontrolowania procesów technologicznych oraz produkcyjnych. W przypadku tego projektu system SCADA informuje o bieżącym stanie nadzorowanych urządzeń. Jest to nowoczesny system, które pełni określone funkcje. Wszystkie one są realizowane w rozbudowanym systemie SCADA w elektrociepłowni. Są to:
- wizualizacja stanu procesu technicznego;
- zbieranie, gromadzenie i przetwarzanie danych pochodzących z procesu oraz na ich podstawie wykonywane sterowanie;
- rejestracja zdarzeń i alarmowanie w przypadku wystąpienia niepożądanych zjawisk;
- archiwizacja danych;
- raportowanie w wybranej formie i interwałach czasowych;
- udostępnianie informacji o procesie w sieciach komputerowych;
- nadawanie uprawnień określających zabezpieczenie dostępu.
Warunkiem wykorzystania w pełni możliwości technicznych rozbudowanego systemu SCADA jest ciągłość jego pracy. W związku z tym zalecono systematyczną redundancję serwera plików (zapisywanie danych w dwóch lokalizacjach jednocześnie), serwera I/O (zapasowy serwer I/O zapobiega utracie informacji z czujników o aktualnym stanie procesu), sieci LAN (minimum dwie osobne sieci), serwera głównego (istnienie zapasowego serwera pozwala na szybką reaktywację całego systemu bez zbędnych przestojów w realizowanym procesie) oraz kanału transmisyjnego.
Rozbudowa systemu SCADA i AKPiA pozwoliła osiągnąć znakomite rezultaty w postaci zmniejszenia kosztów operacyjnych, poprawy sprawności systemu i łatwiejszego zarządzania obiektem, dzięki automatycznie generowanym raportom. Oprócz tego modernizacja i rozbudowa obu systemów bezsprzecznie zapewni wzrost wydajności systemu, na bieżąco dostarczy informacji o stanie technicznym systemu w elektrociepłowni oraz jego wydajności i – co jest bardzo ważne -zmniejszy czas potrzebny na diagnostykę oraz naprawę uszkodzeń w razie ich wykrycia. Zatem rozbudowa systemu SCADA i AKPiA zapewni duże oszczędności czasu osób zajmujących się obsługą procesu.
W związku ze zmodernizowaniem i zautomatyzowaniem elektrociepłowni, dostosowano odpowiednio system AKPiA (Aparatura Kontrolno-Pomiarowa i Automatyka) czyli przyrządy pomiarowe oraz różnego rodzaju mierniki. W projekcie opracowanym dla elektrociepłowni odpowiednio zaktualizowano i przystosowano system SCADA (ang. Supervisory Control and Data Aquisition) stanowiący część systemu automatyki, który wspomaga procesy biznesowe w Grupie Kapitałowej PERN w dziedzinie akwizycji, przetwarzania, sterowania oraz udostępniania operatorom informacji niezbędnych do efektywnego zarządzania infrastrukturą.
Na podstawie publikacji pt. Energetyka napędza rynek systemów SCADA z dn. 20.03.2018 r. opublikowanego na portalu branżowym www.automatyka b2b, według Transparency Market Research – amerykańskiej agencji zajmującej się badaniem rynku, wartość światowego rynku systemów SCADA w 2024 r. przekroczy 40 mld dolarów, a popyt na te system będzie intensyfikowała przede wszystkim branża energetyczna. Wzrost zapotrzebowania na systemy SCADA w tej gałęzi gospodarki będzie wynikiem rosnącej na całym świecie liczby projektów automatyzacji sieci energetycznych oraz ich rozbudowy i modernizacji, co szczególnie intensywnie będzie wykonywane w Chinach i Indiach. Zatem rozbudowa systemu SCADA i AKPiA w elektrociepłowni była decyzją uzasadnioną ekonomicznie i merytorycznie, mającą potwierdzenie w światowych trendach w dziedzinie automatyki.
Komputerowe systemy automatyki części technologicznej elektrociepłowni, automatyczna praca kotłów, monitoring sieci przesyłowej, funkcje regulacji pracy obwodów CO i CW węzłów cieplnych wraz z ich rozbudowanym monitoringiem to obszary, w których działają rozbudowane systemy SCADA i AKPiA.
Z pewnością jest to bardzo dobra inwestycja, która przyniesie wymierne korzyści w postaci oszczędności czasu pracowników obsługujących system, a także dużo szybciej, sprawniej i nowocześniej działających systemów nadzorowania oraz kontrolowania procesów technologicznych oraz produkcyjnych. Niniejszy projekt mający na celu rozbudowę systemu SCADA i AKPiA w elektrociepłowni został zrealizowany terminowo i spełnia założone cele inwestycji.
Zapraszamy do zapoznania się z ofertą firmy Salwis: