Rysunek 1. Ekran ActiveFactory - trend obrazujący przepływ gazu z kilku obiektów jednocześnie w czasie ostatniej godziny.

Transkrypt

1 System monitoringu mediów energetycznych Nowoczesne systemy działające w przemyśle to nie tylko monitoring i sterowanie bieżącymi procesami zachodzącymi w przedsiębiorstwie, lecz przede wszystkim analiza tych procesów w czasie. Różnego rodzaju bilanse, raporty czy też trendy (wykresy), pozwalające na wyciągnięcie wniosków dotyczących parametrów i jakości produkcji, umożliwiają podejmowanie właściwych decyzji biznesowych. Aby jednak móc przeprowadzać takie szczegółowe i często skomplikowane analizy, należy dysponować odpowiednimi narzędziami informatycznymi. Użytkownik systemu: Huta Bankowa Sp. z o.o. w Dąbrowie Górniczej Wykorzystane produkty: Wonderware: InTouch IndustrialSQL Server Active Factory Przeznaczenie W przypadku Huty Bankowa Sp. z o.o. takim wspomagającym narzędziem okazała się przemysłowa baza danych Wonderware IndustrialSQL Server 8.0 (licencja na 500 zmiennych) oraz aplikacje klienckie ActiveFactory przeznaczone do wszechstronnej analizy zgromadzonych danych. Rysunek 1. Ekran ActiveFactory - trend obrazujący przepływ gazu z kilku obiektów jednocześnie w czasie ostatniej godziny. Omawiany w artykule system bazodanowy jest przeznaczony do monitorowania mediów energetycznych, takich jak gaz i energia elektryczna, oraz wybranych parametrów System monitoringu mediów energetycznych Strona 1 z 6

2 technologicznych pieców grzewczych. Dane gromadzone i przetwarzane w systemie są źródłem wiedzy o stanach i przemianach energetycznych w przedsiębiorstwie. System monitoringu poboru gazu został wdrożony w sierpniu br., natomiast system monitoringu poboru energii elektrycznej jest w trakcie wdrażania. Realizacja System obejmuje dwie stacje energetyczne 6 kv: GSZ1 (36 pól) i GSZ2 (26 pól), zasilające wszystkie urządzenia w hucie. Na każdej stacji jest zainstalowany koncentrator sygnałów, który będzie monitorował parametry sieci oraz zbierał informacje o stanie odłączników i wyłączników pracujących w poszczególnych polach zasilających. Funkcję koncentratora pełni sterownik VersaMax z procesorem CPUE05, z wbudowanym portem sieci Ethernet oraz Modbus (master). W polach zasilających rozdzielni 6 kv znajdują się mierniki parametrów sieci typu N13 produkcji Lumel. Urządzenia zapewniają pomiar wartości skutecznej napięcia i prądu, mocy czynnej, biernej i pozornej, współczynników mocy, częstotliwości, mocy czynnych średnich np. 15 minutowych. Wartości każdej z mierzonych wielkości będą przesyłane interfejsem RS485 (Modbus) do sterownika nadrzędnego VersaMax. Synoptyka stanu pracy rozdzielni 6 kv oraz parametrów sieci energetycznej będzie zrealizowana na dwóch stacjach operatorskich w oparciu o oprogramowanie Wonderware InTouch. Rysunek 2. Ekran ActiveFactory - trend obrazujący przepływ gazu na Piecu Obrotowym w ciągu ostatniego miesiąca. System monitoringu mediów energetycznych Strona 2 z 6

3 System będzie wspomagać zarządzanie kosztami oraz podnoszenie jakości i niezawodności sieci energetycznej w naszej firmie. Stosując bazę IndustrialSQL Server można ocenić, jak wydajnie pracuje sieć, czy urządzenia są przeciążone oraz czy odpływy i inne urządzenia elektryczne są obciążone symetrycznie. Pozwala to na optymalizację sieci elektrycznej, która wydłuża żywotność urządzeń elektrycznych. Systemem monitoringu poboru gazu objęto tylko obiekty o dużym poborze tego medium, ponieważ dzięki nim możemy kontrolować jego zużycie przez hutę bez obaw o przekroczenie przydzielonego limitu przepływy gazu. Sterowniki PLC kontrolują pracę obiektów oraz dostarczają informacje o parametrach gazu, takich jak stan licznika, temperatura, ciśnienie oraz przepływ, na poszczególnych obiektach. Dane pobierane są bezpośrednio ze sterowników lub, jeżeli istnieje taka możliwość, z aplikacji wizualizacyjnej danego obiektu. Wizualizacja pracy pieców jest zrealizowana za pomocą oprogramowania InTouch firmy Wonderware, co zapewnia dobrą komunikacje oraz spójność danych z bazą Wonderware IndustrialSQL Server. Dostęp serwera do aplikacji wizualizacyjnej odbywa się za pomocą stworzonej na potrzeby systemu sieci Ethernet. Pracujące w systemie komputery pracujące zostały wyposażone w karty sieciowe 10/100 MB. Biorąc pod uwagę ewentualną rozbudowę sieci, wykorzystano pięcioportowe koncentratory HUB pełniące funkcje wzmacniaczy w sieci Ethernet. System bazodanowy umożliwia prezentację danych elektronicznych przeliczników gazu, zarówno bieżących, jak i historycznych. Na podstawie zarejestrowanych danych możemy wygenerować raport za dowolny przedział czasu. Istotną funkcją jest monitorowanie bieżącego poboru gazu poszczególnych obiektów oraz generowanie stanów alarmowych. Rysunek 3. Przykładowe zapytanie do bazy danych o ostatnie wskazania licznika gazu Pieca Pokrocznego za każdą dobę w okresie trzech miesięcy. System monitoringu mediów energetycznych Strona 3 z 6

4 Sieć kliencką typu Ethernet tworzy pięć komputerów PC rozmieszczonych w różnych częściach zakładu. Komputery klienckie pracują pod kontrolą systemu operacyjnego Windows 98, Windows NT Workstation lub Windows 2000 oraz komunikują się z serwerem wykorzystując protokół TCP/IP i mechanizm ODBC. Interfejsem użytkownika z bazą danych jest pakiet programów do analizy danych procesowych ActiveFactory. Jest to wygodne narzędzie, umożliwiające wszechstronną analizę danych w postaci wykresów, tabel, zestawień statystycznych oraz tworzenie raportów w standardach programów MS Word oraz MS Excel. Dzięki wykorzystaniu bazy danych Wonderware IndustrialSQL Server pobierane informacje są także dostępne dla innych, niezależnych programów. W miarę przybywania użytkowników systemu sieć kliencka będzie sukcesywnie rozbudowywana. Programy klienckie, wykorzystywane przez użytkowników bazy danych to narzędzia umożliwiające przeglądanie oraz analizę danych archiwalnych. Jednym z najlepszych sposobów przedstawienia zapisanych informacji są wykresy (trendy). Użytkownik dodaje do wykresu dowolną zmienną, zdefiniowaną w bazie, wybierając nazwę zmiennej lub jej komentarz. Zdefiniowane zostały również gotowe zestawy zmiennych, np. wykresy poboru gazu przez dany obiekt. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby użytkownik aplikacji samodzielnie zbudował wykres i zapisał go. Pozwala to na błyskawiczne odtworzenie żądanej konfiguracji trendu w późniejszym okresie. Rysunek 4. Schemat systemu. System monitoringu mediów energetycznych Strona 4 z 6

5 Przebiegi na wykresach pojawiają się w skali, która jest wynikiem definicji zmiennej w bazie danych IndustrialSQL Server. Raporty są następnym przykładem prezentacji danych zapisanych na dyskach serwera bazy danych. W zależności od potrzeb tworzone są zestawienia godzinowe, zmianowe, dobowe lub "na żądanie" (obejmujące dowolny interwał czasowy). Większość obliczeń, np. uśrednianie przepływów czy tworzenie bilansów, wykonywane jest automatycznie i przedstawiane w postaci raportów, które użytkownik może przesłać na drukarkę. Korzyści System monitoringu poboru gazu w Hucie Bankowa Sp. z o.o. pozwala na racjonalną gospodarkę tym medium w strukturach zakładowych, umożliwia optymalne wykorzystanie przydzielonego godzinowego limitu przepływu gazu pobieranego przez hutę oraz zapobiega jego przekroczeniu. Godzinowy limit przepływu gazu przydzielany jest przez zakład gazowniczy na podstawie wykupionego szczytu obciążenia (którego wartość można zmienić tylko raz w roku), a jego przekroczenie wiąże się z surowymi karami finansowymi, niepotrzebnie obciążającymi zakład pracy. Mając do dyspozycji narzędzie umożliwiające śledzenie na bieżąco poboru gazu każdego większego obiektu w hucie, możemy szybko reagować na zmiany oraz optymalnie dostosować się do przydzielonego limitu gazu zachowując niewielki margines bezpieczeństwa. Z kolei archiwizacja danych pozwala na generowanie wykresów, raportów, bilansów i wszelkich obliczeń dotyczących parametrów tego cennego medium. Korzystając z architektury systemu bazodanowego, instalacja została rozbudowana o możliwość monitoringu wybranych parametrów technologicznych pieców grzewczych. Mamy więc możliwość rejestracji i analizy wybranych parametrów dotyczących procesów produkcyjny takich jak temperatura, ciśnienie, przepływy, stosunki spalania, pomiary drogi, pomiary położenia, wysterowania regulatorów, wartości wejść/wyjść analogowych oraz binarnych. Mając dostęp do takiej ilości danych, możemy szybko diagnozować przyczyny stanów awaryjnych i skutecznie je eliminować. Bardzo dużą zaletą tego systemu jest możliwość analizy danych pochodzących z kilkunastu obiektów oraz porównania ich w dowolnym przedziale czasu na jednej stacji operatorskiej. Nie sposób opisać tutaj wszystkie pozytywne efekty ekonomiczne, które przyniosło wdrożenie omawianego systemu. Zintegrowanie komputerów i środowiska produkcyjnego poprzez wyspecjalizowane oprogramowanie umożliwia coraz to nowe rozwiązania technologiczne i jest coraz częściej ograniczone raczej ludzką wyobraźnią niż względami technicznymi. Nowoczesna technologia Stacja Rozprężania Gazu (SRG) jest odpowiedzialna za redukcję ciśnienia gazu zasilającego hutę. Jej praca jest kontrolowana przez dwa niezależne tory pomiarowe przepływu, ciśnienia oraz temperatury gazu. Wartość tych pomiarów, odczytywana przez sterowniki pomiarowe (panele operatorskie), przekazywana jest linią jednoparową po przez konwertery Adam RS232/RS485 do oddalonego komputera. Zainstalowane na tym komputerze oprogramowanie GazWin umożliwia System monitoringu mediów energetycznych Strona 5 z 6

6 prezentacje odczytanych danych oraz udostępnienie ich innym niezależnym programom, w tym przypadku serwerowi bazy danych IndustrialSQL. Serwer pobiera dane poprzez ODBC za pomocą sieci Ethernet. Odczyt pomiaru przepływu gazu z Wyżarzaków jest zrealizowany za pomocą przetwornika różnicy ciśnień o zakresie 0 1,44 kpa i wyjściu 4 20 ma. Sygnał z przetwornika jest mierzony przez sterownik GE Intelligent Platforms VersaMax, połączony z serwerem za pomocą konwerterów poprzez łącze RS422. Kotłownia posiada licznik gazu z wyjściem impulsowym, do którego przyłączony jest sterownik VersaMax. Wyposażony jest on w wejścia szybkiego licznika i odpowiada za wyliczenie aktualnego przepływu oraz stanu licznika gazu. Informacje do serwera o obliczonych parametrach przekazane są za pomocą konwertera przez sieć Ethernet. Pomiar globalny przepływu gazu Oddziału Pierścieni i Obręczy (P-3) jest odczytywany z przetwornika różnicy ciśnień o zakresie 0 1,44 kpa i wyjściu 4 20 ma. Sygnał analogowy jest pobierany i obliczany w sterowniku Pieca Obrotowego GE Intelligent Platforms serii Wartość poboru gazu przez Piec Obrotowy wyliczana jest przez ten sam sterownik. Aplikacja wizualizacyjna InTouch pobiera dane ze sterownika i przekazuje za pomocą sieci Ethernet do bazy danych IndustrialSQL Server. W podobny sposób wygląda komunikacja ze sterownikami Siemens S7 z Pieców Szybowych 1-4 oraz Pieca z Wysuwnym Trzonem. Sterowanie pieca Seco&Warwick, wykonane na sterowniku Allen-Bradley SLC 500, wsparte jest aplikacją wizualizacyjną InTouch. Oprogramowanie InTouch wykorzystane jest także na Piecu Pokrocznym sterowanym sterownikami Siemens S5. Serwer bazy danych pobiera wartości dotyczące parametrów gazu danego obiektu bezpośrednio z aplikacji InTouch za pomocą sieci Ethernet. Odczyt danych poboru gazu z Pieca Przepychowego W-580 przez Server IndustrialSQL odbywa się po przez prądowe łącze szeregowe konwertera. Sygnał z procesora komunikacyjnego CP524 sterownika Simens-135U standardu RS232 jest zamieniany w konwerterze na sygnał pętli prądowej, który kablem transmisyjnym dociera do konwertera RS422/Ethernet. Robert Haraziński, Huta Bankowa Sp. z o.o. System monitoringu mediów energetycznych Strona 6 z 6