Farnell element14   ASTOR Sp. z o. o.   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Rittal Sp. z o.o.   Fluke Europe B.V.  

Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika

Dodaj firmę Ogłoszenia Poleć znajomemu Dodaj artykuł Newsletter RSS
strona główna ARTYKUŁY Automatyka System zdalnego monitoringu i sterowania urządzeń wod-kan w PUK Ropczyce
drukuj stronę
poleć znajomemu

System zdalnego monitoringu i sterowania urządzeń wod-kan w PUK Ropczyce

fot. Szafa sterownicza pompowni ścieków

Budowa systemu zdalnego monitoringu i sterowania nadrzędnego urządzeń wodociągowych i kanalizacyjnych z założenia powinna poprawiać poziom świadczonych usług poprzez scentralizowanie informacji o stanie urządzeń i w konsekwencji, zwiększenie mobilności obsługi oraz maksymalne skrócenie czasu reakcji na stany awaryjne.



WYZWANIA 

Pierwsze przymiarki do automatyzacji procesów technologicznych w Przedsiębiorstwie Usług Komunalnych w Ropczycach miały miejsce w roku 2000. Przedsiębiorstwo rozpoczęło eksploatację nowo wybudowanej oczyszczalni ścieków i powstał problem braku informacji z systemu kanalizacji lewarowo-podciśnieniowej, skutkiem czego konieczne były codzienne kontrole objazdowe. W roku 2004 wybudowana została kolejna oczyszczalnia bez stałej obsługi, z odcinkiem sieci kanalizacyjnej. W tym czasie we współpracy z Instytutem Nafty i Gazu w Krakowie w ramach prac badawczo-rozwojowych, Przedsiębiorstwo Usług Komunalnych wdrożyło prototyp systemu stabilizacji ciśnienia i monitoringu pracy studni głębinowych, przewidując jednocześnie możliwość systematycznej rozbudowy tego systemu dla istniejących i nowo powstających urządzeń w miarę rozwoju sieci wod-kan.

Priorytetem dla przedsiębiorstwa było stworzenie systemu o otwartej architekturze z możliwością systematycznej rozbudowy. Zakupiono licencje systemu SCADA, sterownik centralny o dużej mocy obliczeniowej oraz narzędzia do projektowania aplikacji. Został opracowany główny algorytm sterownika przy czym prawa do źródeł algorytmu są w rękach inwestora.

Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwy jest swobodny rozwój systemu bez uzależnienia się od zewnętrznego integratora. Wszystkie kolejne inwestycje, zarówno realizowane, jak i uzgadniane przez przedsiębiorstwo były weryfikowane pod względem spójności z powstałym systemem wizualizacji.

Począwszy od roku 2005 wszystkie uzgodnienia branżowe projektowanych sieci zawierały wymogi dotyczące przystosowania do systemu monitoringu. Dzięki opracowaniu szczegółowych wytycznych nie tylko technologicznych, ale także w zakresie automatyki, każdy projektant otrzymuje sprecyzowane wymogi, a powstały obiekt przystosowany jest do standardów funkcjonującego w zakładzie systemu sterowania i wizualizacji.

REALIZACJA 

Istniejąca infrastruktura kabli sterowniczych pozwoliła na podłączenie sygnałów z studni głębinowych z centralną dyspozytornią w ramach budowy prototypu systemu. Przyszła kolej na wybór standardu komunikacji z pozostałymi obiektami. System powinien spełniać kryteria techniczne, a jednocześnie być atrakcyjny cenowo – zarówno inwestycyjnie, jak i eksploatacyjnie. I właśnie to założenie było najtrudniejsze do spełnienia. Ostatecznie po kilkumiesięcznych analizach i testach różnych rozwiązań zapadła decyzja: radiomodemy – a spośród nich najlepszym okazał się produkt firmy SATEL Oy. Wyższy początkowy koszt inwestycji rekompensowany jest przez praktycznie bezkosztową eksploatację, dzięki wysokiej niezawodności i pracy w wolnym od opłat paśmie częstotliwości. Pamiętać należy, że w tym okresie miesięczne opłaty za eksploatację modemu GPRS, czy SMS to koszt kilkudziesięciu złotych, a budowa linii kablowej na odległość kilku kilometrów między obiektami była niemożliwa. Pierwszy etap rozbudowy systemu to 8 pompowni ścieków.

Schemat działania systemu

Rys. 1. Schemat działania systemu

Analiza kosztów eksploatacji systemu GPRS pomogła w decyzji – za roczne opłaty z tytułu opłat za transmisję danych z 8 pompowni można było kupić nowy radiomodem. Ponadto radiomodem gwarantuje niezależność od operatora sieci telefonii i właściciela APN, co sprawdziło się na przykładzie pozostałych elementów systemu. Transfer danych jest darmowy zatem obiekty są odpytywane na bieżąco wskutek czego ewentualne problemy z łącznością są wykrywane natychmiast. Monitorowanie obiektów może się odbywać cyklicznie w krótkich odstępach czasu, dając pełną wiedzę na temat stanu poszczególnych obiektów nie powodując zwiększenia kosztów eksploatacyjnych. Tej zalety nie posiadają systemy oparte na zdarzeniowym wysyłaniu informacji.

Projekt sieci radiomodemów wykonany w programie SaTerm

Rys. 2. Projekt sieci radiomodemów wykonany w programie SaTerm

PIERWSZE WDROŻENIE RADIOMODEMÓW 

W celu zapewnienia prawidłowej pracy obiektów, pompownie ścieków zostały wyposażone w sterowniki swobodnie programowalne oraz radiomodemy z możliwością przesyłania informacji na odległość. Tego typu rozwiązania cechują się ogromną elastycznością pod względem swobodnej parametryzacji i zdalnego sterowania. Same pompownie stanowią autonomiczne obiekty pracujące w trybie automatycznym. Wymagają one jednak bieżącego dozoru ze strony obsługi, prac konserwacyjnych, usuwania zakłóceń w pracy poszczególnych urządzeń. Dla zapewnienia bieżącej kontroli pracy konieczne jest systematyczne doglądanie obiektów.

Jednak nawet codzienne sprawdzanie stanu pompowni nie zapewnia bezprzerwowej pracy każdej z nich, a nawet kilkugodzinna przerwa w pracy (np. wskutek braku zasilania) stanowi potencjalne zagrożenie utraty zdolności odbioru ścieków z poszczególnych zlewni czy wręcz – w konsekwencji – zagrożenie skażenia środowiska.

Z uwagi na stosunkowo duże odległości pomiędzy pompowniami częsta kontrola pompowni powoduje wzrost kosztów. Dzięki rozbudowie systemu monitoringu o funkcję komunikacji radiomodemowej, możliwe jest powiązanie sygnałów z poszczególnych obiektów w spójnym systemie wizualizacji i sterowania.

Wykorzystanie tego potencjału daje następujące korzyści:

  • natychmiastowa informacja o zakłóceniach i awariach urządzeń,
  • bezzwłoczna reakcja obsługi na zdarzenia ruchowe,
  • możliwość podjęcia działań zapobiegających skutkom awarii, 
  • analiza pracy systemu kanalizacyjnego na podstawie zarejestrowanych zdarzeń,
  • oszczędności kosztów poprzez ograniczenie częstotliwości kontroli urządzeń bezpośrednio na obiekcie,
  • rozłożenie w czasie retencji układu poprzez odpowiednie sterowanie przepływem ścieków w przypadku braku zasilania poszczególnych pompowni.

W celu realizacji powyższych możliwości należało zaprojektować i wykonać system sterowania nadrzędnego i wizualizacji zdolnego do realizacji następujących założeń technologicznych:

  •  wykonanie i uruchomienie sieci sterowników w trybie master-slave,
  •  przesłanie i zobrazowanie na ekranach synoptycznych sygnałów z obiektów,
  •  wygenerowanie sygnałów alarmowych na stacji wizualizacji,
  •  opracowanie algorytmu sterowania nadrzędnego dla sterowników obiektowych.

Synoptyka pompowni ścieków

Rys. 3. Synoptyka pompowni ścieków

Przedsiębiorstwo posiada już zalążek systemu monitoringu stacji wodociągów i ujęcia wody zbudowany w oparciu o sterownik PLC oraz stanowisko wizualizacji pracy urządzeń na platformie systemu SCADA. Moc obliczeniowa sterownika oraz licencja rogramu SCADA zostały przewidziane pod rozbudowę systemu o kolejne obiekty. System ten stanowi doskonałą bazę pod rozbudowę ujednoliconego monitoringu.

Po analizie założeń technologicznych oraz inwentaryzacji wyposażenia pompowni i istniejącego systemu monitoringu wybrany został sposób realizacji zadania. Z uwagi na znaczne odległości pomiędzy poszczególnymi obiektami koszt budowy sieci w wersji kablowej czy światłowodowej przewyższał możliwości inwestycyjne przedsiębiorstwa.

W celu umożliwienia zbierania sygnałów o zdarzeniach przewidziano komunikację na bazie radiomodemów w paśmie 869 MHz. Jest to zakres częstotliwości przeznaczony do transmisji radiowej o niedużej mocy zapewniającej jednak łączność na odległości do ok. 5 km. Istotną cechą tego pasma jest to, że użytkownicy mogą stosować urządzenia bez konieczności starania się o przydział częstotliwości i tym samym nie ponoszą opłat za używanie urządzeń. Dzięki temu monitorowanie obiektów może się odbywać cyklicznie w krótkich odstępach czasu dając pełną wiedzę na temat stanu poszczególnych obiektów, nie powodując zwiększenia kosztów eksploatacyjnych.

W celu realizacji zadania należało opracować koncepcję systemu komunikacyjnego oraz wykonać testy zasięgu łączności radiowej w oparciu o dostępne urządzenia. Na obiektach wykonano testy radiomodemów RACOM oraz SATEL Oy. Po analizie uzyskanych parametrów wybrany został radiomodem SATELLINE-3AS 869. Następnie został określony protokół komunikacyjny MODBUS RTU jako najkorzystniejszy cenowo i technicznie.

Nie bez znaczenia jest fakt, że przedsiębiorstwo posiada urządzenia, które są wyposażone w protokół Modbus lub posiadają możliwość rozbudowy o ten protokół niewielkim kosztem.

Wizualizacja hydroforni sieciowej

Rys. 4. Wizualizacja hydroforni sieciowej

 

Na rys. 1 przedstawiono ogólną zasadę działania systemu transmisji (radiomodemy), wizualizacji (stacja SCADA) i sterowania nadrzędnego (sterownik Master na Stacji Wodociągów i sterownik obiektowy na pompowni – Slave).

Do zarządzania transmisją zainstalowany został procesor komunikacyjny w formie karty rozszerzeń do sterownika PLC. Następnie zamontowano radiomodem w Stacji Wodociągów i skonfigurowano oprogramowanie radiomodemów i sterowników. Kolejny etap obejmował opracowanie algorytmu sterowania nadrzędnego pompowniami. Cały system został połączony z wizualizacją za pośrednictwem servera OPC, a program SCADA uległ rozbudowie o ekrany synoptyczne obrazujące zdarzenia na poszczególnych pompowniach.

KORZYŚCI 

Można dywagować: po co wyważać otwarte drzwi, skoro wiele firm oferuje gotowe systemy nadzoru? Tego typu rozwiązanie wymaga większego zaangażowania i świadomości od użytkownika końcowego. Jest to wybór indywidualny oparty na przeświadczeniu, że najlepiej dostosowany system może powstać przy dużym udziale odbiorcy. Oferta gotowych produktów z reguły zawiera wąską działkę typowych rozwiązań (pompownia, studnia, hydrofornia itp.), a w dacie wdrożenia systemu jest bardzo uboga. Włączenie innego, nietypowego obiektu staje się wówczas problemem.

Opisywany system jest na tyle elastyczny, że obsługuje kilka typów pompowni ścieków, w tym pompownię próżniowo tłoczną, hydrofornie sieciowe różnych producentów, terenowe zbiorniki wody pitnej, studnie głębinowe z sterowaniem dostosowanym do stref taryfowych energii elektrycznej. W następnej kolejności na podłączenie wytypowane są dwie oczyszczalnie i planowane ujęcie wody ze stacją uzdatniania. Samych radiomodemów w systemie pracuje obecnie 47 sztuk. Pierwotna sieć radiomodemów zapewniała łączność z pompowniami ścieków będących w zasięgu masztu centralnego.

System jest systematycznie modyfikowany przez użytkownika i dostosowywany do aktualnych potrzeb. Dzięki elastyczności rozwiązania bywa, że algorytm jest modyfikowany pod potrzeby rozruchu kolejnego obiektu czy też analizy pracy wybranego urządzenia. Wiele funkcji zostało zaimplementowanych z inicjatywy pracowników, którzy zgłaszają potrzebę konkretnej informacji pomocnej im w pracy – skutkiem czego systematycznie rozwijana jest funkcjonalność pod potrzeby obsługi.

 – Na dzień dzisiejszy, dzięki funkcji retransmisji, jaką posiada każdy z radiomodemów, łączność dociera do najdalszych urządzeń na sieci wod-kan. Paradoksalnie pomimo znacznie dzisiaj większej (i tańszej) oferty rozwiązań na rynku komunikacji bezprzewodowej, w dalszym ciągu roczne oszczędności z tytułu braku opłat za transfer równoważą zakup jednego radiomodemu, a użytkownik jest w pełni niezależny od zewnętrznych operatorów – podsumowuje Wojciech Iwan, Kierownik Zakładu Wodociągów i Kanalizacji w PUK Ropczyce.

follow us in feedly
Średnia ocena:
 
REKLAMA

Otrzymuj wiadomości z rynku elektrotechniki i informacje o nowościach produktowych bezpośrednio na swój adres e-mail.

Zapisz się
Komentarze (0)
Dodaj komentarz:  
Twój pseudonim: Zaloguj
Twój komentarz:
dodaj komentarz
ASTOR Sp. z o. o.
ASTOR Sp. z o. o.
ul. Smoleńsk 29, Kraków
tel.  124286300
fax.  124286309
$nbsp;
REKLAMA
Nasze serwisy:
elektrykapradnietyka.com
przegladelektryczny.pl
rynekelektroniki.pl
automatykairobotyka.pl
budowainfo.pl