DOŚWIADCZENIA FIRM CODEL I PENTOL W ZAKRESIE REALIZACJI SYSTEMÓW CIĄGŁEGO MONITORINGU EMISJI SPALIN METODĄ IN SITU Z KOTŁÓW, TURBIN GAZOWYCH, CEMENTOWNI I INNYCH OBIEKTÓW 1. Wstęp 20 lat monitoringu emisji Pentol-Codel w Polsce Pojęcie ciągłe pomiary emisji (potocznie monitoring emisji ) pojawiło się w świadomości operatorów obiektów i instalacji emitujących zanieczyszczenia do atmosfery w Polsce mniej więcej 20 lat temu. Początkowo systemy te były tworzone spontanicznie, bez powszechnie obowiązującego wymogu ustawowego. Obowiązujące obecnie Rozporządzenie Ministra Środowiska z 4 listopada 2008 w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody wprowadziło do obowiązkowego stosowania normę PN-EN 14181 Emisja ze źródeł stacjonarnych - Zapewnienie jakości automatycznych systemów pomiarowych. Wymagania wobec systemów monitoringu emisji, a zwłaszcza procedur zapewnienia jakości zostały w ten sposób znacząco zaostrzone i zunifikowane z wymaganiami Unii Europejskiej. Systemy monitoringu emisji z lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku powstawały często na bazie istniejących pomiarów procesowych. W ten właśnie sposób trafiły do Polski pierwsze analizatory brytyjskiej firmy Codel International w latach 1991-1995 zainstalowano na czterech obiektach w Polsce łącznie 13 instalacji kondycjonowania spalin zaprojektowanych i wyprodukowanych przez Pentol. Na każdej instalacji zabudowano pyłomierze i analizatory SO2. W EC Kraków-Łęg, gdzie istniały instalacje kondycjonowania spalin na czterech blokach ciepłowniczych, w roku 1993 uzupełniono wyżej wymienione analizatory procesowe o mierniki Codela: CO, NOx i przepływomierze wraz z systemem transmisji danych i komputerem emisyjnym z oprogramowaniem do prezentacji danych, generacji raportów oraz co 20 lat temu było ewenementem - zdalnej diagnostyki sprawowanej z siedziby serwisanta czy producenta, tworząc w ten sposób jeden z pierwszych w Polsce kompletnych systemów monitoringu emisji. Koncepcja systemu Codela (optyczne analizatory In situ, cyfrowa zamiast analogowej transmisja danych) nie zmieniła się od początku, natomiast głęboką ewolucję przeszły analizatory gazowe: do połowy lat dziewięćdziesiątych stosowano przyrządy jednogazowe z otwartą ścieżką pomiarową (modele serii 1000), następnie wciąż z otwartą ścieżką wielogazowe (model 3000), pod koniec ub. wieku zmodernizowano model 3000 stosując rurę kalibracyjną łączącą obie głowice, wreszcie kilka lat temu wprowadzono opisany w rozdziale 3.1 model G-CEM4000. Ostatnie 2 wymienione modele uzyskały certyfikaty MCERTs. Obecnie, równolegle z modelem G-CEM4000 oferowana jest jego lżejsza wersja oznaczona symbolem G-CEM40.
2 W dziedzinie systemów ciągłych pomiarów emisji panuje duża konkurencja, poszczególni producenci oferują przyrządy oparte o różne zasady działania, natomiast Codel jest zapewne jedynym znanym w Polsce producentem oferującym wszystkie podstawowe analizatory oraz(wspólnie z Pentolem) zintegrowany z nimi system transmisji danych, wizualizacji i raportowania. Jedynym elementem pomiarowym, którego Codel nie produkuje, jest tlenomierz. 2. Przegląd rozwiązań specyficznych dla systemu Codela 2.1. Pomiary gazowe In situ kontra ekstrakcyjne Codel jest jednym z pionierów metody In situ, uzasadniając swoją preferencję praktyczną bezobsługowością analizatorów (dzięki rezygnacji z systemu transportu i przygotowania próbki) i związanymi z tym stosunkowo niskimi kosztami eksploatacji. Pomocniczymi zaletami jest możliwość rzeczywistego pomiaru zawartości pary wodnej w spalinach oraz brak zagrożenia zafałszowaniem wskazań w przypadku, gdy część mierzonych gazów może zostać rozpuszczona w eliminowanym z próbki kondensacie. Codel w odróżnieniu do większości producentów gazowych analizatorów in situ opanował pomiar stężeń wszystkich gazów metodą absorpcji w podczerwieni (NDIR). Alternatywą jest stosowanie dwóch analizatorów jednego mierzącego niektóre gazy w podczerwieni, a pozostałe w ultrafiolecie. Pierwsze analizatory Codela miały otwartą ścieżkę pomiarową, co skutkowało dwiema genialnymi zaletami: uśrednianiem wzdłuż całej ścieżki pomiarowej oraz całkowitą odpornością na wszystkie agresywne składniki spalin, ale uniemożliwiały wiarygodną kalibrację podczas pracy źródła emisji. Obecnie stosowane rozwiązanie (sonda pomiarowa z filtrami dyfuzyjnymi w strudze spalin) daje możliwość kalibracji w każdym stanie obiektu, wymaga za to doprowadzenia powietrza AKPiA stosowanego do osłony optyki i kalibracji. Ponieważ strefa pomiarowa w sondzie ma długość do 1m, można mówić o efekcie uśredniania w poprzek strugi spalin, pamiętając, że w metodzie ekstrakcyjnej praktycznie punktowy pobór próbki nie zapewnia żadnego uśredniania. Analizatory In situ znajdują przede wszystkim zastosowanie w pomiarach spalin za wszelkimi typami kotłów energetycznych (z wyjątkiem wyposażonych w mokre instalacje odsiarczania), za piecami obrotowymi i innymi obiektami w cementowniach (również spalających paliwa alternatywne czyli po prostu odpady) oraz za różnymi instalacjami przemysłowymi (np. za spiekalniami rud w hutach). Metoda In situ przy wszystkich swoich zaletach ma również ograniczenia: nie nadaje się do pomiarów w strudze spalin o temperaturze powyżej ok. 400C oraz o temperaturze poniżej wodnego punktu rosy (powstające w takich warunkach lepkie, często agresywne chemicznie substancje mogą zakleić filtry w sondzie). W nielicznych przypadkach, gdy warunki procesowe definitywnie uniemożliwiają pomiar metodą in situ, stosuje się metodę ekstrakcyjną. Większość analizatorów ekstrakcyjnych kondycjonuje próbkę osuszając ją, najczęściej metodą wychłodzenia do temperatury nieznacznie ponad 0C Pentol oferuje takie systemy oparte o komponenty wiodących producentów - analizatory japońskiej firmy Fuji Electric oraz drogę gazową austriackiej firmy JCT. Więcej informacji na ten temat w publikacji Pentolu Koncepcja Systemu Ciągłego Monitoringu Emisji z ekstrakcyjnymi analizatorami gazowymi, dostępnej na stronie internetowej Pentolu. Codel produkuje również analizator ekstrakcyjny, ale jest to przyrząd z tzw. gorącą próbką jest ona jedynie odfiltrowana, a na całej długości transportu oraz w samej strefie pomiarowej utrzymywana jest temperatura ok. 150C, co powoduje zachowanie wszystkich składników gazowych (w tym pary wodnej) w stanie identycznym jak w strudze spalin. Tylko analizator z gorącą próbką może mierzyć silnie rozpuszczalne w wodzie gazy jak HCl. Rozwiązanie to jest w praktyce stosowane najczęściej do analizy spalin z turbin gazowych. Specyfiką tego typu obiektów
3 są niskie stężenia mierzonych gazów (np. NOx rzędu 20ppm), konieczność niezależnego pomiaru NO i NO2 oraz (w przypadku turbin nie wyposażonych w kotły odzysknicowe) wysoka temperatura spalin (rzędu 550C). 2.2. Metoda absorpcyjna pomiaru pyłu kontra metoda rozproszeniowa Większość pyłomierzy optycznych stosowanych w monitoringu emisji działa na zasadzie pomiaru pochłaniania (ekstynkcji) światła widzialnego. Alternatywnymi rozwiązaniami są analizatory oparte na pomiarze rozproszenia światła: do tyłu (back-scatter) lub do przodu (front-scatter). Zaletą metody ekstynkcyjnej jest pomiar na całej szerokości (średnicy) kanału spalin lub komina, a więc odpowiedni dobór osi pomiaru może pozwolić na wiarygodne uśrednienie pomiaru nawet dla rozwarstwionej strugi pyłu, natomiast ograniczeniem tej metody jest pomiar bardzo niskich stężeń zwłaszcza na krótkiej ścieżce pomiarowej. Metody rozproszeniowe pozwalają mierzyć bardzo niskie stężenia, ale strefa pomiarowa jest zazwyczaj ograniczona do kilkudziesięciu cm w głąb kanału czy komina. Codel oferuje pomiar pyłu jedynie w technice ekstynkcyjnej, umożliwiając jednakże pomiar typowych stężeń pyłu za filtrami workowymi (rzędu kilku-kilkunastu mg/m 3 ). Przyjęta technika pomiarowa w połączeniu z cyfrową transmisją danych pomiarowych umożliwia wiarygodny pomiar w bardzo szerokim zakresie stężeń (typowo od kilku mg/m 3 do kilku g/m 3 ) bez konieczności jakichkolwiek zmian ustawień w przyrządzie. 2.5 Pyłomierze jednoprzebiegowe kontra dwuprzebiegowe Większość pyłomierzy ekstrakcyjnych składa się z głowicy nadawczo-odbiorczej i zlokalizowanego po przeciwnej stronie ścieżki optycznej lustra. Rozwiązanie to ma szereg zalet, np. dzięki podwójnej ścieżce optycznej może rozszerzyć zakres pomiarów w kierunku małych wartości stężeń, jest jednak obarczona wadą, jaką jest brak możliwości rzeczywistej kompensacji zanieczyszczeń lustra. Codel zastosował w modelu D-CEM2100 rozwiązanie alternatywne: dwie głowice nadawczo-odbiorcze zamieniające się funkcjami kilkadziesiąt razy na sekundę. To rozwiązanie (opisane w rozdziale 3.2) pozwala na rzeczywistą kompensację zanieczyszczeń optyki z obu stron, a poza tym pozwala na wykrycie niewłaściwego osiowania. 2.3. Przepływomierze korelacyjne z detektorami podczerwieni kontra ultradźwiękowe Miarodajny pomiar prędkości (przepływu) spalin w warunkach zanieczyszczonych spalin jest najczęściej realizowany metodami nieinwazyjnymi. Powszechnie stosowana jest metoda ultradźwiękowa, polegająca na zastosowaniu dwóch głowic nadawczo-odbiorczych umieszczonych po przeciwnych stronach kanału spalin lub komina, a oś głowic pochylona jest pod kątem najczęściej 45. Metoda ultradźwiękowa sprawdza się przede wszystkim dla laminarnej strugi spalin, co stawia wysokie wymagania co do lokalizacji analizatora. Ponadto, montaż przyrządu ultradźwiękowego na kominie jest utrudniony (wymaga dodatkowego podestu). Codel stosuje unikalną metodę korelacji sygnałów z głowic odbierających naturalne promieniowanie podczerwone emitowane przez przepływające spaliny. Opis tego ciekawego przyrządu zawarto w rozdziale 3.3. Miernik wiarygodnie pracuje również w umiarkowanie turbulentnej strudze spalin, a zawartość pyłu czy pary wodnej poprawia jakość wskazań. Przepływomierz optyczny wymaga (dokładnie tak jak wszystkie inne przepływomierze) minimalnego prostego odcinka, a ograniczeniem zastosowania są: bardzo niska temperatura i prędkość spalin. Miernik Codela V-CEM5100 uzyskał certyfikat TÜV dla zakresu prędkości 3-50m/s.
4 2.4. Transmisja cyfrowa danych kontra analogowa Gdy 20 lat temu Codel wdrożył koncepcję generowania danych pomiarowych w postaci cyfrowej oraz szeregowej transmisji danych z analizatorów do jednostki centralnej i komputera był niewątpliwie pionierem w tej dziedzinie. Większe zdziwienie musi budzić fakt, że również w chwili obecnej znaczna część systemów monitoringu emisji wciąż opiera transmisję danych na wyjściach analogowych wprowadzonych do koncentratora, a stamtąd do komputera emisyjnego. Wieloletnie doświadczenie potwierdza niewątpliwie zalety takiego rozwiązania. Najważniejsze z nich to: oszczędność na okablowaniu (praktycznie dowolna ilość pomiarów nawet z wielu przekrojów pomiarowych transmitowana jest wspólnym czterożyłowym kablem), brak konieczności przestawiania zakresu nawet przy dużych zmianach wartości mierzonych, możliwość buforowania danych w analizatorach w przypadku przerw w transmisji, wreszcie dwukierunkowa transmisja danych pozwala na zdalny dostęp do diagnostyki i konfiguracji wszystkich podstawowych elementów systemu nie tylko z poziomu komputera emisyjnego, ale poprzez Internet, modem GSM lub sieć telefoniczną z siedziby serwisu lub producenta. Takie rozwiązanie w sposób znaczący podnosi niezawodność systemu, pozwala również na jego eksploatację na obiektach nie zatrudniających kwalifikowanych automatyków. 3. Opis analizatorów Systemu Ciągłego Monitoringu Emisji Codela 3.1. Analizator gazowy Codel G-CEM4000/G-CEM40 Model G-CEM4000 może mierzyć stężenie do siedmiu gazów spośród CO, NO, NO2, SO2, HCl, CH4 i H2O. Jest to miernik optyczny in situ, zachowujący wszystkie opisane w rozdziałach 2.1-2.3 zalety tej technologii. Pomiar dokonywany jest wewnątrz sondy zamontowanej wewnątrz kanału spalin lub komina miernik (rysunek 1) ma jedną głowicę (pokazaną na rysunku 2) pełniącą rolę nadajnika i odbiornika promieniowania podczerwonego. Element pomiarowy sonda prześwietlana promieniowaniem podczerwonym ma długość zależnie od wersji 0,6 lub 1m. Rysunek 1. Schemat analizatora wielogazowego Codel typ G-CEM4000 Wzdłuż części pomiarowej sondy zabudowane są filtry dyfuzyjne, zapewniające swobodny przepływ gazów i nie przepuszczające do wewnątrz sondy pyłów ani kropel cieczy. Na końcu sondy znajduje się lustro pokryte rodem (metal szlachetny z grupy kobaltowców, bardzo odporny na działanie czynników chemicznych), co zapewnia trwale wysoki współczynnik odbicia również dla.
5 promieniowania podczerwonego. Łączna długość sondy (część pomiarowa i część nośna) wynosi w zależności od wersji od 1,0 do 1,8m. Zasada pomiaru oparta jest na niedyspersyjnym pochłanianiu promieniowania podczerwonego (NDIR). Wykorzystuje się zjawisko pochłaniania promieniowania podczerwonego przez gazy heteroatomowe (jak np. CO lub NO) dla każdego gazu da się określić indywidualne częstotliwości promieniowania podczerwonego silnie pochłaniane przez dany gaz. Analizator zawiera zintegrowane mierniki temperatury i ciśnienia bezwzględnego, co upraszcza połączenia między elementami systemu. Zachowanie stabilnej temperatury wewnątrz głowicy jest krytyczne dla dokładności i powtarzalności wskazań analizatora. Aby sprostać temu wymaganiu w najtrudniejszych i szybko zmieniających się warunkach atmosferycznych (np. na kominach), Codel opracował aktywną osłonę pogodową z elementem Peltiera. Rysunek 2. Głowica analizatora G-CEM4000 zabudowana na kominie Sterownik lokalny wspólny dla grupy pomiarowej pełni funkcję zasilacza, buforu danych pomiarowych oraz realizuje funkcję normalizacji. Parametrami normalizującymi są: temperatura, ciśnienie, wilgotność i zawartość O2. Pierwsze trzy parametry mierzone są w mierniku wielogazowym, O2 za pomocą tlenomierza zewnętrznego. Wartości stężeń mogą być alternatywnie przedstawione w postaci mg/m 3 lub mg/nm 3, w przeliczeniu na stałą zawartość O2 i/lub na spaliny suche. Zastosowany procesor umożliwia swobodny wybór czasu uśredniania w zakresie od 10s do 30 dni. Zastosowanie sondy pomiarowej zamontowanej wewnątrz kanału spalin umożliwia dokonanie kalibracji zera i zakresu. Wykorzystywany do tego celu jest dołączony do analizatora moduł kalibracji. Zero kalibruje się poprzez podanie do wnętrza sondy gazu zerowego (powietrze AKPiA lub azot), który usuwa spaliny ze strefy pomiarowej i umożliwia stworzenie rzeczywistych warunków zerowych. Po przedmuchaniu wnętrza sondy oraz uzyskaniu stabilnych wskazań rozpoczyna się cykl kalibracyjny. Kalibracja zera może być dokonywana automatycznie w zadanych odstępach czasu bądź inicjowana ręcznie z poziomu analizatora lub komputera. Producent zaleca automatyczną kalibrację zera raz na dobę. Ponieważ krzywa pochłaniania promieniowania podczerwonego jest jednoznacznie określona prawami fizyki, ewentualny błąd
6 wskazań analizatora może być skutkiem jedynie pełzania zera. Regularna kalibracja zera gwarantuje, więc długotrwałą poprawność wskazań. Kalibracja zakresu dokonywana jest, podobnie jak kalibracja zera, w warunkach rzeczywistych. Dla uzyskania maksymalnej miarodajności kalibracji punktu pracy, gaz wzorcowy będący mieszaniną gazów wzorcowych o uzgodnionych stężeniach z nośnikiem w postaci azotu jest podawany do tej samej przestrzeni, w której odbywa się pomiar, tzn. do wnętrza sondy pomiarowej. Kalibracja zakresu wykonywana jest po każdym przeglądzie serwisowym i w dowolnej chwili według potrzeb użytkownika. W ostatnich latach Codel wdrożył model analizatora wielogazowego G-CEM40, który zachowuje zasadę działania, podstawy konstrukcji i parametry jakościowe poprzedniego modelu jest jego alternatywą, szczególnie przydatną do zastosowań procesowych. Miernik może mierzyć do pięciu gazów (zamiast siedmiu) z tej samej palety co G-CEM4000. Istnieje również uproszczona, jednogazowa wersja analizatora przeznaczona do pomiaru CO. Sonda z filtrami dyfuzyjnymi doskonale sprawdza się w warunkach wysokiego zapylenia rzędu kilkudziesięciu g/m 3, dzięki czemu analizatory znajdują zastosowanie w systemach zabezpieczeń odpylacza przed niekontrolowanym wzrostem stężenia tlenku węgla. 3.2. Pyłomierz optyczny Codel D-CEM2100 Miernik (pokazany na rysunku 3) mierzy ekstynkcję, a po wprowadzeniu charakterystyki kalibracyjnej z pomiarów równoległych stężenie pyłu. Jego konstrukcja umożliwia kontrolę wskazań w zerze i punkcie pracy bez przerywania procesu technologicznego. Układ kompensacji zanieczyszczeń powierzchni optycznych zapewnia precyzyjny pomiar również dla niskich poziomów zapylenia. Rysunek 3. Układ pyłomierza Codel D-CEM 2100 Miernik składa się z dwóch identycznych zamontowanych naprzeciw siebie zespołów nadajnikodbiornik i procesora. Każda z głowic składa się ze źródła światła (diody LED), detektora, układu optycznego z ruchomym lustrem kalibracyjnym zamontowanym w zaworze kulowym oraz niezbędnego dla sterowania i pomiaru układu elektronicznego. Głowice pracują na przemian jako
7 nadajnik i odbiornik, zamieniając się rolami 37,5 razu na sekundę. Przyrząd oferuje możliwość odczytu wartości pomiaru w postaci zaczernienia (w procentach lub jednostkach Ringelmana), ekstynkcji, bądź po wprowadzeniu współczynnika proporcjonalności - stężenia pyłu, mierzonego w miligramach na rzeczywisty lub normalny metr sześcienny. Zasady normalizacji i uśredniania sygnałów pomiarowych są analogiczne jak dla analizatorów gazowych. Analizator występuje w dwóch odmianach: jako element Systemu Ciągłego Monitoringu emisji bądź jako przyrząd samodzielny w tym ostatnim przypadku miernik posiada własny wyświetlacz z klawiaturą. 3.3. Przepływomierz spalin Codel V-CEM5100 Do pomiaru przepływu spalin firma CODEL stosuje niewymagającą kontaktu ze spalinami metodę korelacji poprzecznej. Normalnie metoda ta wymaga wprowadzenia do medium śladowej ilości znacznika chemicznego, barwiącego lub promieniotwórczego. Prędkość przepływu mierzonego gazu jest określona w funkcji czasu przepływu znacznika między punktami pomiarowymi o znanej odległości. W przypadku jednakże gazu zanieczyszczonego pyłem i/lub zawierającego parę wodną, zamiast sztucznie wprowadzanego znacznika, wykorzystuje się występujące naturalnie szybkozmienne zaburzenia promieniowania podczerwonego emitowanego przez strugę spalin. Miernik V-CEM5100 (Rysunek 4) składa się z dwóch głowic odbiorczych mierzących natężenie naturalnego promieniowania podczerwonego przepływającego gazu oraz procesora. Głowice rozmieszczone są wzdłuż osi przepływu spalin w odległości 0,6 do 1m. Przyrząd może mierzyć prędkości spalin w zakresie od ok. 2 do 50m w temperaturze powyżej ok. 70C. W sprzyjających warunkach możliwe jest dokonywanie pomiarów w niższych temperaturach, nawet do 50C. Rysunek 4. Sposób montażu przepływomierza Codel V-CEM 5100 Również przepływomierz oferowany jest w dwóch wersjach do współpracy z Systemem Ciągłego monitoringu emisji bądź do pracy samodzielnej.
8 4. System transmisji, rejestracji i przetwarzania danych 4.1. Konfiguracja systemu System transmisji, rejestracji i przetwarzania danych składa się ze sterowników lokalnych (SCU) w każdej grupie analizatorów, czterożyłowej szeregowej magistrali danych oraz elementów wspólnych dla całego systemu: sterownika centralnego (CDC) niezbędnego w przypadku więcej niż jednej grupy przyrządów i komputera emisyjnego z zainstalowanym oprogramowaniem. Na rysunku 5 przedstawiono przykładową konfigurację systemu z jedną grupą analizatorów. Łącznie do jednej jednostki centralnej można podłączyć ich 12. Rysunek 5. Przykładowa konfiguracja systemu ciągłych pomiarów emisji dla jednej grupy analizatorów Konfiguracja systemu zapewnia dwukierunkową łączność zarówno z analizatorów do komputera (odczyt wartości mierzonych, diagnostyki, parametrów pracy przyrządów) jak i z komputera do analizatorów (kalibracja analizatorów, konfiguracja elementów systemu). 4.2 Pakiet oprogramowania PCEM System informatyczny pracujący w ramach Systemu Ciągłego Monitoringu emisji (AMS) zapewnia prawidłową wymianę informacji pomiędzy poszczególnymi elementami systemu, a ponadto umożliwia komunikowanie się systemu z komputerami Użytkownika poprzez zakładową sieć komputerową. Dane gromadzone są w bazie danych MS SQL
9 zainstalowanej na serwerze. Dane te są dostępne dla uprawnionych użytkowników na ich komputerach podpiętych do wspólnej sieci. Architekturę systemu PCEM przedstawia rysunek 6. System jest uniwersalny może być stosowany zarówno do współpracy z różnymi generacjami analizatorów Codela (oznaczonymi na rysunku 23 symbolami 3000, 4000 i 40) jak też analizatorami ekstrakcyjnymi dowolnego producenta (poprzez panel operatorski HMI).l Rys. 6. Architektura systemu PCEM
10 W skład opracowanego przez Pentol pakietu oprogramowania PCEM wchodzą następujące programy: PCEMComm program komunikacyjny PCEMData program konwertujący dane PCEMView program do wizualizacji danych pomiarowych PCEMReport program do generowania raportów rozliczeniowych 4.2.1 Dane pomiarowe i dane diagnostyczne Wizualizacja danych pomiarowych odbywa się z wykorzystaniem programu PCMView wchodzącego w skład pakietu oprogramowania Systemu Ciągłego Monitoringu Emisji PCEM, rysunek 7 poniżej przedstawia okno programu dla danych bieżących : Rys. 7 Przykładowe okno wizualizacji danych bieżących W oknie tym przedstawiane są dane pomiarowe, jako dane bieżące oraz wszystkie parametry istotne dla odczytywanych wyników, a więc: parametry normalizacji, jednostki pomiarowe wartości aktualnych wyników dla wybranej średniej 1minuta, 60 minut 24h, 48h oraz aktualnej średniej miesięcznej wartości prognozowane dla średnich 24h, 48h oraz średniej miesięcznej zakresy pomiarowe poszczególnych torów pomiarowych zadane poziomy alarmowe. Wartości alarmowe mogą być ustawione w odniesieniu do wartości dopuszczalnych (ELV). W przypadku różnych wartości dopuszczalnych dla podłączonych kotłów wartości ELV dla wspólnego kolektora są dynamicznie
11 wyliczane na podstawie stanu pracy poszczególnych kotłów. Jeżeli wartości dopuszczalne są zależne od ilości spalanej biomasy to program wylicza je automatycznie i odpowiednio aktualizuje wartości alarmowe status ważności danych (dane ważne, kalibracja) status obiektu Aby program PCEM mógł poprawnie prezentować otrzymywane dane z analizatorów konieczna jest praca w tle programów komunikacyjnego i konwertującego. Wyłączenie programów komunikacyjnych powoduje przerwanie transmisji danych pomiędzy serwerem, a analizatorami. Dane historyczne zapisane w bazie danych MS SQL na twardym dysku komputera systemu monitoringu prezentowane są z wykorzystaniem opcji Wykres (Rysunek 8). Program umożliwia odtworzenie przebiegu każdej zarejestrowanej wielkości pomiarowej, w dowolnym przedziale czasowym w okresie objętym rejestracją. Oprócz odwzorowania graficznego w postaci wykresu można za pomocą kursora wyświetlać kolejne wartości średnie analizowanego przedziału czasowego zaznaczając w Źródle danych Wartość kursora odczytując je, co 1 minutę lub co 10 minut. Dane historyczne mogą być prezentowane w dowolnych dostępnych w systemie jednostkach i średnich czasowych. Możliwe też jest wycięcie z wykresu określonego przedziału czasowego i obliczenie średniej dla tego przedziału. Rys. 8. Przykładowe okno wizualizacji wykres trendu Dla operatorów procesu zaprojektowano osobny program PCEMmonitor służący do wizualizacji bieżących wartości niezbędnych z punktu widzenia prowadzenia procesu i podejmowania optymalnych decyzji. Przykładowe okno przedstawia rysunek 9. Z punktu widzenia obsługi przyrządów bardzo pomocną funkcją programu jest możliwość edytowania na ekranie komputera danych diagnostycznych dla każdego podłączonego do systemu przyrządu w celu analizy poprawności pracy przyrządów w czasie. Dane te
12 pozwalają na precyzyjne określenie poprawności działania przyrządów, a w przypadku usterki na zlokalizowanie usterki. Dane te są zapisywane w pamięci komputera, co daje możliwość pełnej analizy serwisowej urządzeń monitoringu. Podłączenie do internetu lub modemu pozwoli na zdalne sprawdzanie poprawności działania pracy analizatorów lub lokalizacji usterek. Można będzie z siedziby serwisu Pentol-Enviro Polska lub producenta aparatury mieć wgląd do danych diagnostycznych, co pozwoli na prowadzenie działań profilaktycznych i osiągnięcie prawie stuprocentowej dyspozycyjności systemu. Rys. 9 Przykładowe okno wizualizacji dla operatorów procesu Rys. 10 Przykładowe okno diagnostyki
13 4.2.2 PCEM Report generowanie raportów rozliczeniowych W skład pakietu oprogramowania wchodzi program PCEMReport do generowania raportów emisji i raportów przekroczeń generowanych w wybranych przez użytkownika interwałach czasowych doby, tygodnia, miesiąca, kwartału, pół roku, roku lub zadeklarowanego przez Użytkownika interwału czasowego. Zawartość programu PCEMReport jak również sposób generowania raportów i ich zawartość opierają się na interpretacji obowiązujących aktów prawnych, a w przypadku ich zmiany Pentol niezwłocznie oferuje aktualizację oprogramowania. 4.3 Wymiana danych między system monitoringu emisji a systemem zewnętrznym DCS/SCADA System PCEM ofertuje kilka możliwości transmisji danych do systemów zewnętrznych. Wszystkie dane zarówno bezpośrednio zmierzone jak i sprowadzone do warunków normalnych odpowiadające wymaganym poziomom uśredniania w tym również dane uwzględniające funkcje korekcyjne wyznaczone zgodnie z procedura QAL 2 normy PN-EN 14181 będą dostępne w komputerze emisyjnym systemu monitoringu. Uzupełnieniem tych informacji będą dane dotyczące alarmów np. związane z uszkodzeniem analizatora, zanikiem zasilania, uruchomieniem procedury kalibracyjnej Założono następujące sposoby wymiany danych z systemem informatycznym Użytkownika: Dane pomiarowe będą dostępne w systemie SCADA z wykorzystaniem łącza komunikacyjnego Ethernet z protokołem Modbus TCP/IP lub dodatkowego portu RS485 w Komputerze Emisyjnym; jest to alternatywne rozwiązanie analogowej transmisji danych 4-20mA. Na wybranych istniejących stacjach roboczych Użytkownika zostanie zainstalowany pakiet oprogramowania PCEM. Umożliwi to dostęp specjalistów Użytkownika do danych pomiarowych i diagnostycznych oraz umożliwi generację raportów. Rozwiązanie takie jest niezależne od dostępu do danych zgromadzonych w DCS. Informacje niezbędne do identyfikacji stanu pracy poszczególnych kotłów lub innych urządzeń objętyuch monitoringiem będą wydane przez użytkownika w formie sygnału Modbus TCP/IP lub jako wyjścia analogowe. Sygnały analogowe zostaną wprowadzone do dostarczonych przez Pentol modułów wejść analogowych z wyjściem Ethernet i wprowadzone do sieci. Zadaniem oprogramowania PCEM będzie odczytywanie tych sygnałów i wprowadzenie do bazy danych systemu. 4.4 Baza danych Pakiet oprogramowania PCEM jest oparty o współpracę z bazą danych Microsoft SQL Serwer 2012. Jest to nowoczesna relacyjna baza danych spełniająca wszystkie aktualne standardy informatyczne. Serwer bazy będzie zainstalowany na komputerze emisyjnym. Dane pomiarowe oraz wszystkie istotne ustawienia będą zapisane w tej bazie. Baza ta ma cały szereg możliwości pobierania danych (sporządzania kwerend w języku SQL), eksportowania wybranych danych oraz rozbudowany system administrowania. Na komputerze emisyjnym będzie zainstalowane oprogramowanie narzędziowe SQL Server
14 Management Studio, które daje Użytkownikowi bogaty zestaw narzędzi służący zarówno do administrowania bazą jak i zapewniający bezpieczny dostęp do danych. 4.5 Bezpieczeństwo danych System transmisji, rejestracji i przetwarzania danych został zaprojektowany z myślą o zapewnieniu maksymalnego bezpieczeństwa danych, rozumianego, jako: Zapis danych pomiarowych, konfiguracyjnych i diagnostycznych w sposób minimalizujący ryzyko utraty danych; Zabezpieczenie zarejestrowanych danych przed skasowaniem, zniekształceniem lub sfałszowaniem. Powyższe cele zrealizowano w sposób następujący: Zastosowano lokalne koncentratory zapisujące dane pomiarowe za ostatnie kilka miesięcy w swojej pamięci (niezależnie od zapisu w komputerze). Zastosowano macierz dyskową RAID1 (100% redundancji zasobów dyskowych). Zastosowana baza danych MS SQL wyposażona jest w wbudowany mechanizm automatycznego tworzenia kopii bezpieczeństwa według ustalonego harmonogramu. Kopia bezpieczeństwa powinna być objęta zakładowym systemem przechowywania kopii bezpieczeństwa; Dostęp do ważniejszych funkcji komputera chroniony jest wielopoziomowym systemem indywidualnych haseł oraz systemem uwierzytelnienia. Mierniki na obiekcie w przypadku zaniku napięcia i jego ponownego podania automatycznie kontynuują pracę w dotychczasowej konfiguracji. W czasie zapisywania danych na dysku, każdy rekord danych ma przypisaną specjalnie wyliczaną sumę kontrolną. Na wykresach danych historycznych widoczny jest specjalny pasek Ważność danych, który pozwala w łatwy sposób rozpoznać każdą ewentualną ingerencję w dane. PENTOL - ENVIRO POLSKA Sp. z o.o. Osiedle Piastów 21B, 31-624 Kraków Tel. +48 12 686 36 86, fax +48 12 686 11 01 www.pentol.pl, e-mail: pentol@pentol.pl Numer Certyfikatu 6460-001