I. Opis istniejących systemów monitorowania Zakład Wodociągów i Kanalizacji posiada dwa systemy monitorujące procesy technologiczne. Dla wody zlokalizowany w ZPW Pomorzany oraz dla ścieków zlokalizowany w Oczyszczalni Ścieków Pomorzany. 1. System Monitoringu Wody Istniejący system wizualizacji i sterowania zakładami produkcji wody i przepompowniami wody został wykonany w technologii Orchestra opartej na platformie systemowej Industrial Application Server v.3.1. firmy Wonderware. W skład Centralnej Dyspozytorni ZPW Pomorzany wchodzą następujące elementy systemowe: a) dwie stacje robocze z aplikacją InTouch Viewer v.10.1 firmy Wonderware, pełniące rolę stacji operatorskich, służące do sterowania oraz wyświetlania obrazów synoptycznych wizualizowanych obiektów. Jedna ze stacji operatorskich wyposażona jest w dwa wielkoformatowe panele graficzny LCD 60, b) redundantna para serwerów SCADA z platformą systemową Industrial Application Server v.3.5 firmy Wonderware, zawierająca niezbędne programy komunikacyjne do wymiany danych z urządzeniami obiektowymi (sterowniki PLC, panele operatorskie, rejestratory danych, itp.), c) stacja robocza przemysłowej bazy danych, zawierająca oprogramowanie Industrial SQL Server (Wonderware Historia) firmy Wonderware, d) stacja robocza przemysłowego portalu www Wonderware Information Server v.3.5 firmy Wonderware wraz z przygotowaną aplikacją umożliwiającą zdalną prezentację danych poprzez sieć informatyczną Internet. W systemie zbierane są dane ze wszystkich zakładów produkcji wody, przepompowni wody oraz punktów i komór pomiarowych na sieci wodociągowej. Na poszczególnych obiektach znajdują się sterowniki PLC i Stacje Operatorskie których zadaniem jest sterowaniem procesami technologicznymi a także transmisja danych do Dyspozytorni w ZPW Pomorzany. 1
W systemie są monitorowane i rejestrowane wszystkie parametry technologiczne, takie jak ciśnienia na wyjściu z obiektów i w kluczowych punktach sieci wodociągowej, poziomy zbiorników, przepływy wody, parametry technologiczne i fizykochemiczne, informacje o stanie urządzeń (np. stan pracy, czas pracy, awarie pomp, zaniki zasilania) oraz monitorowanie obiektów pod względem zabezpieczenia do nich dostępu. W sumie systemie jest jednocześnie (on-line) monitorowane ok. 2 500 danych, które prezentowane są na 190 edytowalnych ekranach. Za pomocą specjalnych aplikacji do monitoringu dostęp posiadają osoby z kierownictwa firmy (dyrektor, kierownicy wydziałów, rejonów, obiektów) uzyskując niezbędne informacje o stanie pracy urządzeń na obiektach i sieciach wodociągowych. Wszystkie przesyłane informacje z obiektów rozproszonych archiwizowane są w przemysłowych bazach danych SQL Historian firmy Wonderware zlokalizowanych na terenie dyspozytorni. Gromadzone dane historyczne mogą zostać poddane obróbce oraz analizie za pomocą wykresów trendów historycznych, zestawień tabelarycznych, jak również przedstawione w postaci raportów dobowych i miesięcznych. Schemat konfiguracji zintegrowanego systemu SCADA urządzeń gospodarki wodnej. 2
W celu zapewnienia zwiększonego bezpieczeństwa systemu wizualizacji oraz zbierania danych zastosowano dwa niezależne serwery aplikacji SCADA (Z4SO oraz Z5SO), pracujące w systemie redundancji. Pełnią one funkcje: redundantnego kolektora danych z urządzeń i systemów AKPiA, redundantnego serwera aplikacji dla stacji wizualizacyjnych InTouch v.10.5, redundantnego dostawcy danych dla lokalnej przemysłowej bazy danych SQL Wonderware Historia Server v.10.0. Na każdej stacji redundantnej pary serwerów aplikacji SCADA, zainstalowano programy komunikacyjne, niezbędne dla wymiany danych z urządzeniami przemysłowymi (sterownikami PLC) lub z innymi źródłami danych (systemami komputerowymi). Należą do nich przede wszystkim programy komunikacyjne typu DASServer oraz FSGateway firmy Wonderware, a także OPC Server innych dostawców oprogramowania przemysłowego. Dodatkowo system SCADA został zintegrowany z wewnętrznym systemem informatycznym ZWiK Szczecin. Przemysłowa baza danych SQL Wonderware Historia Server v.10.0 (Z6SO) oraz współpracujące z nią narzędzia raportowe, w tym głównie ActiveFactory (Historian Client) firmy Wonderware, służą do archiwizacji oraz obróbki i prezentacji gromadzonych danych w postaci trendów historycznych, zestawień tabelarycznych oraz predefiniowanych raportów. W celu poszerzenia i usprawnienia dostępu użytkowników do informacji znajdujących się w przedsiębiorstwie, zastosowano przemysłowy portal stron WWW Wonderware Information Server v4.5 (Z7SO). Dzięki temu uprawnione osoby otrzymały zdalny dostęp do zasobów systemu SCADA poprzez internetowe przeglądarki serwisów WWW, uzyskując niezbędne informacje o stanie pracy urządzeń gospodarki wodnej, podane w 3
odpowiedniej formie. Portal WWW ma kluczowe znaczenie, gdyż ułatwia zarządzanie przepływem informacji w całym przedsiębiorstwie oraz znacznie poszerza grono użytkowników systemu wizualizacji SCADA. II. System Monitoringu Ścieków Zintegrowany system zarządzania i monitorowania ścieków obejmuje wszystkie kluczowe obiekty związane z gospodarką kanalizacyjną w ZWiK Szczecin W systemie są monitorowane i rejestrowane wszystkie niezbędne parametry technologiczne, takie jak ciśnienia, poziomy ścieków w przepompowniach, przepływy, informacje o stanie urządzeń (np. stan pracy, czas pracy, awarie pomp, zaniki zasilania, występowanie niebezpiecznych stężeń gazów) oraz monitorowanie obiektów pod względem zabezpieczenia do nich dostępu. Wszystkie sygnały są w tych dwóch obiektach monitorowane, rejestrowane i obrabiane w celu dostarczania dla kadry kierowniczej zakładu (dyrektora, kierowników wydziału, rejonu, obiektów). Systemem wizualizacji objętych zostało w sumie 90 lokalnych przepompowni ścieków zlokalizowanych na terenie lewobrzeżnej oraz prawobrzeżnej części Szczecina, w tym wszystkie kluczowe przepompownie ścieków pracujące bezpośrednio na kolektory tłoczne do oczyszczalni ścieków Pomorzany oraz oczyszczalni ścieków Zdroje. Dodatkowo system wizualizacji wykorzystywany jest do prezentacji oraz analizy danych procesowych zbieranych z oczyszczalni ścieków Pomorzany (ok. 500 sygnałów pobieranych z urządzeń technologicznych) oraz oczyszczalni ścieków Zdroje (ok. 400 sygnałów pobieranych z urządzeń technologicznych). Z poszczególnych przepompowni ścieków przekazywane są następujące sygnały: pomiar wydajności przepompowni ścieków (przepływ chwilowy oraz przepływ całkowity ścieków) za pomocą przepływomierzy elektromagnetycznych, pomiar poziomu ścieków w studniach za pomocą sond hydrostatycznych lub pływakowych czujników poziomów, pomiar ciśnień na kolektorach tłocznych, sygnalizacja stanu pracy napędów elektrycznych (pomp, zasuw, itp.), sygnalizacja awarii napędów elektrycznych (pomp, zasuw, itp.), 4
pomiar obciążenia prądowego poszczególnych pomp, pomiar i analiza czasu pracy oraz liczby załączeń pomp, kontrola parametrów zasilania, prezentacja stany łączników w rozdzielniach zasilających sygnalizacja pracy agregatów prądotwórczych, sygnalizacja pracy rozruszników, falowników, detekcja nieautoryzowanego wtargnięcia do obiektu, detekcja otwarcia pokryw komory studni, sygnalizacja obecności ludzi na obiektach, sygnalizacja przekroczenia stężenia gazów niebezpiecznych. Wszystkie przesyłane informacje z obiektów rozproszonych archiwizowane są w przemysłowych bazach danych SQL Historian firmy Wonderware zlokalizowanych na terenie dyspozytorni. Gromadzone dane historyczne mogą zostać poddane obróbce oraz analizie za pomocą wykresów trendów historycznych, zestawień tabelarycznych, jak również przedstawione w postaci raportów dobowych i miesięcznych. Łącznie w całym systemie wizualizacji wykonanych jes ok. 200 okien synoptycznych oraz ponad 500 kontrolek napędów i pomiarów analogowych. Dodatkowo system wizualizacji wyposażony został w okno alarmów bieżących oraz alarmów historycznych, a także okno wykresów trendów historycznych danych procesowych, prezentowane w kontrolce aplikacji Active Factory. Ze względu na rozległy charakter systemu kanalizacyjnego, system SCADA został rozdzielony zgodnie z naturalnym podziałem nadzorowanych obiektów gospodarki wodno-ściekowej. Jedna z nich zlokalizowana została na terenie oczyszczalni ścieków Pomorzany i wykorzystywana jestna potrzeby kontroli obiektów rozproszonych w obrębie lewobrzeżnej części Szczecina. Druga dyspozytornia systemu SCADA została umiejscowiona na terenie oczyszczalni ścieków Zdroje i nadzoruje obiekty pracujące w prawobrzeżnej części Szczecina. Taka struktura systemu jest przejrzysta i ułatwia bieżącą eksploatację urządzeń gospodarki wodno-ściekowej. 5
Głównym elementem systemu SCADA jest platforma systemowa Industrial Application Server v.3.1 firmy Wonderware, którego poszczególne komponenty zostały zainstalowane na 12 stacjach roboczych rozmieszczonych w poszczególnych dyspozytorniach. W Centralnej Dyspozytornie Pomorzany zlokalizowane zostały następujące elementy systemowe: 1) redundantna para serwerów SCADA (MSP-PC1 oraz MSP-PC2), zawierająca niezbędne programy komunikacyjne, 2) dwie stacje operatorskie z aplikacją InTouch Viewer v.10.1, w tym jedna wyposażona w wielkoformatowy panel graficzny LCD 52 (MSP-OPER1 oraz MSP-OPER2), 3) przemysłowa baza danych SQL Historian (MSP-HISTORIAN), 4) przemysłowy portal WWW SuiteVoyager (MSP-WWW), 5) stacja inżynierska (MSP-INZ). Rysunek 3. Schemat konfiguracji urządzeń Centralnej Dyspozytorni Pomorzany. Analogicznie Centralnej Dyspozytornie Zdroje zlokalizowane zostały następujące elementy systemowe: 1) redundantna para serwerów SCADA (MSZ-PC1 oraz MSZ-PC2), zawierająca niezbędne programy komunikacyjne, 2) dwie stacje operatorskie z aplikacją InTouch Viewer v.10.1, w tym jedna wyposażona w wielkoformatowy panel graficzny LCD 46 (MSZ-OPER1 oraz MSZ-OPER2), 6
3) przemysłowa baza danych SQL Historian (MSZ-HISTORIAN). Rysunek 4. Schemat konfiguracji urządzeń Centralnej Dyspozytorni Zdroje. W celu zapewnienia zwiększonego bezpieczeństwa systemu wizualizacji oraz zbierania danych w każdej dyspozytorni zastosowane zostały dwa niezależne serwery SCADA pracujące w systemie redundancji. Pełnią one są następujące funkcje: redundantny kolektor danych z urządzeń i systemów, redundantny serwer aplikacji wizualizacyjnej InTouch v.10.1, redundantny dostawca danych dla lokalnej przemysłowej bazy danych SQL Historian. Dodatkowo na każdej stacji roboczej redundantnej pary serwerów SCADA zainstalowane zostały drajwery komunikacyjne potrzebne dla wymiany danych z urządzeniami przemysłowymi (sterownikami PLC) lub z innymi źródłami danych (systemami komputerowymi). 7
Przemysłowa baza danych SQL Historian oraz związane z nią programy raportowe, w tym głównie Active Factory firmy Wonderware, służą do archiwizacji oraz obróbki i prezentacji gromadzonych danych w postaci trendów historycznych, zestawień tabelarycznych oraz raportów. Przemysłowa baza danych SQL Historia jest relacyjną, otwartą bazą danych SQL czasu rzeczywistego umożliwiającą samodzielne wdrożenie i wygodne używanie systemu zarządzania informacją procesową. Stacja inżynierska (MSP-INZ) umiejscowiona w Centralnej Dyspozytorni na terenie oczyszczalni ścieków Pomorzany pełniła następujące zadania: tworzenie i administrowanie aplikacjami zaimplementowanymi na serwerach SCADA, administrowanie przemysłowymi bazami danych SQL Historian pracującymi na potrzeby systemu SCADA. W celu poszerzenia i usprawnienia dostępu użytkowników do informacji znajdujących się w przedsiębiorstwie zastosowany został przemysłowy portal stron WWW SuiteVoyager (MSP-WWW). Dzięki niemu uprawnione osoby otrzymały zdalny dostęp do zasobów systemu SCADA, uzyskując niezbędne informacje o stanie pracy urządzeń gospodarki wodno-ściekówej, podane w odpowiedniej formie. Portal WWW ma za zadanie ułatwić zarządzanie przepływem informacji w całym przedsiębiorstwie oraz znacznie poszerzyć grono użytkowników systemu wizualizacji. III. Struktura systemu transmisji danych. Transmisja danych do istniejących dyspozytorni oparta jest o łącza komunikacyjne z odpowiednimi protokołami transmisji danych: magistrale światłowodowa jednomodowa (Modbus TCP/IP), magistrale światłowodow wielomodowa (Modbus TCP/IP), teletechniczne łącza kablowe (RS485, Modbus RTU), transmisja radiowa w paśmie 869 MHz (Modbus RTU) przy wykorzystaniu radiomodemów typu 3AS firmy SATEL, pakietowa transmisja danych GPRS (Modbus RTU), dedykowane kanały VPN w sieci teleinformatycznej ZWiK Sp. z o.o. 8