System zarządzania, monitoringu oraz sterowania eksploatacją pomp i ujęć głębinowych

MAST Dr Marian Strączyński 97-400 Bełchatów, ul. Zawady 20P tel. +48 601 292 632 tel./fax +48 44 632 39 46 www.softspm.com e-mail: mast@mast.com.pl System zarządzania, monitoringu oraz sterowania eksploatacją pomp i ujęć głębinowych OPIS SYSTEMU ver. 1.21 2015 Poland 97-400 Bełchatów Zawady 20P +48 601 292 632 +48 535 240 207 fax +48 44 635 01 11 www.softspm.com info@softspm.com 1

System zarządzania, monitoringu oraz sterowania eksploatacją pomp i ujęć głębinowych SPM SYSTEM I. WSTĘP Współczesna eksploatacja układów pompowych pomp głębinowych ukierunkowana jest głównie na energooszczędne wydobycie wody na ujęciach oraz przekazanie jej do stacji uzdatniania SUW. Zagadnienie oszczędności energii przekłada się na optymalizację budowy układów pompowych, ich właściwe opomiarowanie oraz prowadzenie optymalnego zarządzania eksploatacją wraz z odpowiednim monitoringiem i sterowaniem. Całość zagadnień wymaga uwzględnienia charakterystycznego dla eksploatacji studni i pomp głębinowych wzajemnego przenikania się zagadnień z dziedzin: hydrogeologii, techniki pompowej, hydromechaniki, elektrotechniki, techniki systemów, automatyki itd. Wiemy też, że z punktu widzenia eksploatacji pomp głębinowych najważniejszym zagadnieniem jest właściwy dobór parametrów pompy do warunków pracy w układzie pompowym eksploatowanym w danej studni. Właściwy dobór pompy głębinowej gwarantuje uzyskiwanie wysokich wskaźników sprawności energetycznej w przyszłej eksploatacji głębinowego agregatu pompowego oraz zapewnia jego długotrwałą i bezawaryjną pracę na ujęciu. Opracowane modele matematyczne doboru pomp do bieżącej charakterystyki studni oraz układu pompowego wraz z modelami ocen energochłonności i diagnostyki pracy układów: studnia agregat pompowy rurociąg z armaturą, systemowo zmieniają sposób zarządzania w eksploatacji ujęć. Przykładem nowoczesnego podejścia do zarządzania eksploatacją pomp i ujęć głębinowych jest aktualnie wdrażany w Polsce i za granicą, system SPM SYSTEM Sabmersible Pumps Management. studni SPM. Wzajemna kompatybilność trzech poziomów oprogramowań SoftSPM oraz trzech zestawów opomiarowania układów pompowych studni SPM, a także oprzyrządowanie stacji prób, umożliwiają praktycznie dowolne konfigurowanie budowy systemu przez każdego użytkownika. SPM SYSTEM można optymalnie skonfigurować dla użytkownika kilku, kilkudziesięciu, kilkuset, a nawet kilku tysięcy studni, niezależnie czy będą to studnie ujęciowe, czy też np. odwadniające lub inne. Zakres budowy systemu pokazano na rys. 1. Poziom oprogramowania: SoftSPM BASIC systemy kilku, kilkunastu, kilkudziesięciu studni; SoftSPM STANDARD systemy kilkudziesięciu, kilkuset studni; II. BUDOWA SYSTEMU SPM SYSTEM posiada modułowo rozbudowywane poziomy oprogramowań SoftSPM oraz systemowe zestawy oprzyrządowania i opomiarowania Rys. 1. Struktura budowy systemu 2

SoftSPM ENTERPRICE systemy kilkuset, kilku tysięcy studni korporacje; SoftSPM TEST stacje prób głębinowych agregatów pompowych. Zestaw oprzyrządowania i opomiarowania: SPM MIN minimalny zakres opomiarowania studni; SPM BASE najczęściej stosowany zakres opomiarowania studni; SPM OPT rozbudowany, zakres opomiarowania studni; SPM TEST oprzyrządowanie stacji prób. Każdy z tych zestawów bazuje na najnowszych, dedykowanych rozwiązaniach z dziedziny opomiarowania układów pompowych studni, do których, między innymi, należą: Indywidualnie oprogramowane sterowniki: SZ-21, S7 1200 SIMATIC Siemens; Systemowe szafki automatyki: SPM-b.1.1, SPM-o.21; Zintegrowana sonda SGP-21 pomiaru ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy głębinowej, montowana za króćcem tłocznym pompy, pod wodą. Rys. 2 obrazuje lokalizację SPM SYSTEM na tle systemowej struktury funkcjonującego przedsiębiorstwa, np. wodociągowego czy też górniczego (wraz z opisem tej struktury). Charakterystycznym jest, że system eksploatacji pomp głębinowych SEP tworzą dwa systemy Rys. 2. Lokalizacja SPM SYSTEM na tle systemowej struktury funkcjonującego przedsiębiorstwa, np. wodociągowego czy też górniczego. SZWT system wydobycia i przekazu wody; SEP system eksploatacji pomp głębinowych; SU system użytkowania pomp; SO system obsługiwania; SZT system zaplecza technicznego; SZ system zaopatrywania; SK system kierowania; SI system informacyjny; SD system decyzyjny składowe: system użytkowania pomp SU oraz system ich obsługiwania SO, który wraz z systemem zaopatrywania SZ tworzy system zaplecza technicznego SZT. System eksploatacji pomp SEP wraz z systemem zaplecza technicznego SZT tworzy system wydobycia i przekazu wody SZWT, którego właściwe funkcjonowanie nadzoruje system kierowania SK, składający się z systemu informacyjnego SI oraz systemu decyzyjnego SD. Tak więc, system eksploatacji pomp SEP posiada dwa systemy składowe (SU, SO), wchodzi częściowo i całkowicie w skład dwóch systemów (SZT, SZWT) oraz działa współzależnie z dwoma systemami (SI, SD), tworzącymi system kierowania. Lokalizacja SPM SYSTEM w tej złożonej systemowej strukturze wyraźnie odzwierciedla pełną kontrolę w przepływie i przenikaniu informacji na każdym etapie zarządzania, monitoringu oraz sterowania eksploatacją w funkcjonującym przedsiębiorstwie. SPM SYSTEM jest unikalnym i aktualnie najnowszym rozwiązaniem w tym zakresie. Na rys. 3 pokazano schemat strukturalny najprostszego oprogramowania SoftSPM BASIC, które stanowi podstawowy poziom przeznaczony dla najczęściej występujących systemów eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Rys. 4 przedstawia schemat oprogramowania SoftSPM STANDARD dedykowanego dla użytkowników systemów eksploatacji przynajmniej kilkudziesięciu studni, często ze zróżnicowanymi warunkami ich pracy. Rys. 5 obrazuje strukturę najbardziej rozbudowanego poziomu oprogramowania S o f t S P M ENTERPRICE, przeznaczonego dla użytkowników dużych systemów eksploatacji możliwe są nawet ilości powyżej tysiąca studni, najczęściej obsługiwane przez korporacje. SPM SYSTEM posiada trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni SPM MIN, SPM BASE oraz SPM OPT. Każda z tych wersji bazuje na najnowszych, dedykowanych rozwiązaniach z dziedziny opomiarowania układów pompowych studni, do których należy między innymi zintegrowana sonda pomiaru ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy głębinowej, montowana za króćcem tłocznym pompy, pod wodą. Sonda ta (patent RP) umożliwia precyzyjne wyznaczenie bilansu strat przepływu w układzie pompowym, w tym określenie liniowych strat przepływu w rurociągu, na którym pracuje pompa głębinowa. Na podstawie zmierzonych war- 3

Rys. 3. Schemat strukturalny najprostszego oprogramowania SoftSPM BASIC Rys. 4. Schemat oprogramowania SoftSPM STANDARD 4

Rys. 5. Struktura najbardziej rozbudowanego poziomu oprogramowania SoftSPM ENTERPRICE tości ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy głębinowej, tuż za jej króćcem tłocznym pod wodą, modele matematyczne systemu umożliwiają precyzyjne odwzorowanie położenia punktu pracy pompy głębinowej na jej charakterystyce, a tym samym diagnozują (patent RP) bieżący stan techniczny pracującej pompy i silnika głębinowego. Na rys. 6 pokazano widok zintegrowanej sondy pomiaru ciśnień podczas jej montażu w rurociągu tłocznym pompy głębinowej. Rys. 7 przedstawia schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji minimum SPM MIN. W wersji tej, w układzie pompowym można sterować pracą głębinowego agregatu pompowego oraz studni. Mierzone są następujące parametry: Pomiary studzienne: ciśnienie p p przy króćcu tłocznym pompy głębinowej (po wodą); położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła wody H st, H d w studni; ciśnienia p 1, p 2 (przed i za zasuwą dła wiącą). Sterowanie zdalne: załączanie/wyłączanie silnika pompy. Rys. 6. Montaż zintegrowanej sondy pomiaru ciśnień 5

przedstawiono schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji bazowej SPM BASE. W wersji tej w układzie pompowym mierzone są następujące parametry: Pomiary studzienne: ciśnienie p p przy króćcu tłocznym pompy głębinowej (pod wodą); położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła wody H st, H d w studni; ciśnienia p 1, p 2 (przed i za zasuwą dławiącą); wydajność pompy Q. Pomiary elektryczne: napięcie zasilania U; pobór prądu I; pobór mocy czynnej P e ; współczynnik mocy cos Ø; diagnostyka prądowa. Sterowanie zdalne: załączanie/wyłączanie silnika pompy. Rys. 7. Schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji minimum SPM MIN Wersja SPM MIN jest wersją najtańszą opomiarowania studni lecz mimo to umożliwia już matematyczne, komputerowe wyznaczanie parametrów pracy układu pompowego oraz daje możliwość dokonywania modelowych ocen energochłonności. Wersję tę można stosować w układach pompowych, w których pompowane medium nie posiada lub posiada śladowe zanieczyszczenia mechaniczne głównie piasek; oraz jakość pompowanej wody jest zbliżona do jakości wody pitnej. Dokładność wyznaczonej matematycznie wydajności pompy jest uzależniona od stromości charakterystyki H = f(q), a klasa dokładności mieści się pomiędzy 0,5 a 1,5. Dla pomp o wyjątkowo płaskich charakterystykach należy stosować wersję wyższą systemu, np. SPM BASE. W wersji oprzyrządowania SPM MIN opomiarowanie układu pompowego studni współpracuje ze specjalizowanym sterownikiem SZ-21, który rejestruje i przesyła dane pomiarowe do programu centralnego SoftSPM. Na rys. 8 Rys. 8. Schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji bazowej SPM BASE 6

Z każdego obiektu przekazywany jest także sygnał dwustanowy, generowany w sytuacji ingerencji osób niepowołanych (tzw. sygnał ochrony obiektu). Wersja SPM BASE jest wersją najczęściej stosowaną w eksploatacji ujęć i nie wymaga ograniczeń w jakości pompowanego medium. Wersja ta zapewnia wysoką dokładność pomiarów parametrów hydraulicznych w układzie pompowym klasa pomiarów poniżej 0,5. Wersja SPM BASE współpracuje podobnie jak SPM MIN ze specjalizowanym sterownikiem SZ-21. Wersja optymalna SPM OPT przedstawiona jest na rys. 9. W tej wersji zastosowano następujące opomiarowanie oraz sterowanie układu pompowego: Pomiary studzienne: ciśnienie p p przy króćcu tłocznym pompy głębinowej (pod wodą); położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła wody H D, H ST w studni; ciśnienia p 1, p 2 (przed i za zasuwą dła wiącą); wydajność pompy Q; temperatura wody T w ; temperatura silnika T s czujnik PT-100; zasolenie wody z s. Pomiary elektryczne: napięcie zasilania U; pobór prądu I; pobór mocy czynnej P e ; współczynnik mocy cos Ø; Rys. 9. Wersja optymalna SPM OPT diagnostyka prądowa. Sterowanie zdalne: otwieranie/zamykanie zasuwy; zwiększanie/zmniejszanie obrotów silnika falownik; załączanie/wyłączanie silnika pompy. Rys. 10. Sterownik SIMATIC S7 1200 7

Z każdego obiektu przekazywany jest także sygnał dwustanowy, generowany w sytuacji ingerencji osób niepowołanych (tzw. sygnał ochrony obiektu). Sygnały z aparatury kontrolno-pomiarowej doprowadzone są do szafki automatyki, w której zainstalowany jest specjalnie oprogramowany sterownik SIMATIC S7 1200 rys. 10, współpracujący (zazwyczaj poprzez sieć GSM sms) lub GPRS z oprogramowaniem SoftSPM. Możliwe są również inne środki przekazu danych: światłowody, radio, wi-fi, kable telekomunikacyjne itp. wyznaczanie charakterystyk pomp w szerokim zakresie ich wydajności. Praktycznie, można dokładnie wyznaczać charakterystyki pomp, których wydajności nominalne Q n wynoszą od kilku m 3 /h do ok. 350 m 3 /h. III. STACJE PRÓB POMP I SILNIKÓW GŁĘBINOWYCH SPM SYSTEM obejmuje swym zakresem zarówno oprzyrządowanie SPM TEST jak i oprogramowanie stacji prób głębinowych agregatów pompowych SoftSPM TEST. Z systemowego punktu widzenia dostrzegamy, że praca silnika głębinowego z rzeczywistym obciążeniem w warunkach stacji prób pozwala na uzyskanie nominalnej temperatury jego wnętrza, a tym samym sprawdzany jest stan izolacji uzwojenia i przyłącza przewodu kabla w stanie zimnym i nagrzanym. Podczas próby mierzona jest prędkość obrotowa silnika oraz pozostałe jego parametry elektryczne i energetyczne. Na podstawie pomiarów wydajności pompy głębinowej oraz pomiaru ciśnienia w znanym przekroju rurociągu pomiarowego, wyznaczana jest charakterystyka przepływu pompy H = f(q), która jest odniesiona do rzeczywistej prędkości obrotowej. Pomiary wykonywane są dla różnego stopnia zdławienia przepływu pompy, a więc dla różnych punktów pomiarowych, których liczba jest tak dobrana, by można było wyznaczyć z dużą dokładnością cały przebieg charakterystyk: H = f(q), h = f(q), P p = f(q). Praktycznie, tylko próby na stacji badań głębinowych agregatów pompowych umożliwiają wyznaczenie i sprawdzenie prawidłowości przebiegu charakterystyk pomp. Na rys. 11, dla przykładu, przedstawiono widok instalacji stacji prób pomp głębinowych w MWiK w Bydgoszczy Sp. z o.o., na której zainstalowano w pełni skomputeryzowany, automatyczny system badań głębinowych agregatów pompowych SPM TEST. Stacja posiada trzy tory pomiaru parametrów hydraulicznych, które umożliwiają Rys. 11. Stacja prób pomp głębinowych w MWiK w Bydgoszczy Sp. z o.o. W zbiorniku pomiarowym wykonano studnię pomiarową, w której zabudowany jest próbowany głębinowy agregat pompowy. W zbiorniku stanowiska pomiarowego, na silniku głębinowym, umiejscowiona jest cewka pomiaru poślizgu określającego bieżącą prędkość obrotową p omp y. Rurociąg tłoczny próbowanej pompy głębinowej zainstalowanej w studni zbiorniku pomiarowym połączony jest rurociągiem cyrkulacyjnym z wybranym przez operatora torem pomiarowym. Próbowany agregat pompowy znajduje się w swoim środowisku naturalnym w studni, pod wodą. Widok instalacji rys. 11 pokazuje również budowę trzech torów rurociągów pomiarowych z zainstalowanymi specjalistycznymi, sterowanymi elektrycznie zasuwami dławiącymi oraz przepływomierzami mierzącymi wydajności próbowanych pomp głębinowych. Dla każdego toru, przed zasuwą dławiącą od strony pompy, w znanym przekroju rurociągu pomiarowego mierzone jest ciśnienie odzwierciedlające stopień zdławienia. Tak wykonana stacja prób jest w pełni zautomatyzowana i próby wykonywane są, w zasadzie, w cyklu automatycznym. Specjalnie skonfigurowany dla tego typu aplikacji system komputerowy SoftSPM TEST steruje próbą głębinowego agregatu pompowego, gromadzi i prze- 8

twarza dane oraz parametry pomiarowe. System dokonuje oceny próby w odniesieniu do wybranej normy. Na rys. 12 pokazano konsolę sterującą wyświetlaną na ekranie monitora. Konsola ta przedstawia aktualny przebieg próby oraz umożliwia pełen dostęp do zarchiwizowanych parametrów prób poprzednich pomp. Rys. 12. Konsola sterująca S o f tsp M TEST Rys. 13 przedstawia wykonany przez oprogramowanie system SoftSPM TEST protokół próby głębinowego agregatu pompowego. W tabeli protokołu zamieszczono dane katalogowe pompy i silnika głębinowego oraz dane pomiarowe dla poszczególnych punktów pomiarowych wyznaczonych przez program komputerowy. Program wyznaczył charakterystyki dla próbowanej pompy głębinowej oraz, dla porównania, podał charakterystykę katalogową. Wyznaczone charakterystyki posiadają postać cyfrową, tak więc mogą być wykorzystywane do dalszych porównań i ocen pracy agregatu w studni, np. w oprogramowaniu SoftSPM BASIC. Często, użytkownicy którzy eksploatują duże systemy ujęć wód, a tym samym posiadają w ruchu kilkadziesiąt lub kilkaset pomp głębinowych, mają zorganizowaną własną gospodarkę remontową dla tych urządzeń. Przeprowadzają próby nowych i remontowanych głębinowych agregatów pompowych na własnej stacji prób i na podstawie wyznaczonych charakterystyk dobierają pompy do konkretnych układów pompowych. W programach SoftSPM STD lub SoftSPM ENT istnieje model matematyczny, tzw. kreator doboru pompy do układu, który umożliwia komputerowy dobór głębinowego agregatu pompowego do wybranych warunków eksploatacyjnych na Rys. 13. Protokół próby głębinowego agregatu pompowego wykonany przez oprogramowanie SoftSPM TEST 9

podstawie rzeczywistych, zmierzonych parametrów na stacji prób. W programach SoftSPM STD lub SoftSPM ENT cyfrowa charakterystyka danej pompy auto matycznie przenoszona jest wprost ze stacji prób do komputerowego modelu matematycznego oceny pracy układu pompowego dla wybranej studni. Istnieje możliwość wizualizacji punktu pracy pompy pracującej w układzie pompowym studni (patent RP) na jej własnej charakterystyce, zmierzonej wcześniej na stacji prób. bezpośrednio przekładają się na globalne koszty wdrożenia systemu użytkownik nie ponosi dodatkowych wydatków z tytułu zakupu licencji obcych (serwery aplikacji, serwery bazy danych itp.). IV. BUDOWA I STRUKTURA OPROGRAMOWANIA SoftSPM Jak wspomniano, w SPM SYSTEM występują trzy wersje oprogramowania oraz trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni. Występuje też oprzyrządowanie stacji prób SPM TEST oraz oprogramowanie SoftSPM TEST. Użytkownik, decydujący się na zastosowanie systemu, posiada prawie nieograniczone możliwości w konfiguracji systemu, zarówno pod kątem swoich potrzeb ruchowych jak i zasobów finansowych. Każda z możliwych konfiguracji systemu zapewnia wprowadzenie nowoczesnego, a przede wszystkim zoptymalizowanego, zarządzania eksploatacją pomp i ujęć głębinowych. Oprogramowanie SoftSPM, to aplikacja webowa, inaczej mówiąc jest to program komputerowy, który pracuje na serwerach, a komunikacja z użytkownikiem końcowym odbywa się poprzez sieć komputerową i internet, wykorzystując przeglądarki internetowe. Technika projektowania oprogramowania została tak dobrana, aby jej wygląd i układ dostosowywał się automatycznie do rozmiaru okna urządzenia, na którym jest on wyświetlany (przeglądarki internetowe, smartfony, tablety). Ponadto, oprogramowanie spełnia oczekiwania w kontekście user experience design, czyli produktu interaktywnego ze szczególnym zwróceniem uwagi na to, aby interakcja z nim dostarczała użytkownikom pozytywnych wrażeń, co bezpośrednio przekłada się na jego intuicyjność w kontekście samej obsługi. Oprogramowanie SoftSPM jest zbudowane w oparciu o architekturę trójwarstwową rys. 14, w skład której wchodzą: serwer bazy danych, serwer aplikacji oraz serwer prezentacji. Zastosowane najnowsze rozwiązania open source Rys. 14. Oprogramowanie SoftSPM jest zbudowane w oparciu o architekturę trójwarstwową Model sprzedaży oprogramowania w SPM SYSTEM jest skonfigurowany w trzech wariantach: 1. Usługa Cloud Computing (Chmury) w modelu SaaS, w którym użytkownik ponosi miesięczne koszty abonamentowe, a sam system jest hostowany na serwerach SDC (SoftSPM Data Center). Użytkownik korzysta z standardowych funkcjonalności (zakres zależny od wykupionej wersji SoftSPM BAS, SoftSPM STD, SoftSPM ENT ), wykorzystując dostęp do internetu. 2. Hostingowym każdorazowe indywidualne wdrożenie wykonywane jest dla konkretnego użytkownika. System finalnie jest instalowany na serwerach SDC (SoftSPM Data Center), a dostęp odbywa się za pośrednictwem internetu. 3. U klienta podobnie jak w przypadku modelu hostingowego, system jest dostosowywany bezpośrednio pod potrzeby użytkownika, natomiast sam system jest instalowany na serwerach wskazanych przez klienta. Bezprzewodowe i niezawodne technologie wykorzystane do komunikacji pomiędzy systemem 10

a urządzeniami pomiarowymi montowanymi przy obiektach, dają nieograniczone możliwości w kontekście których nie mamy żadnych barier odległościowych lub też terytorialnych. Z pewnością można stwierdzić, że w każdym wariancie system jest w stanie obsłużyć każde urządzenie, oddalone nawet o tysiące kilometrów od naszej aplikacji. Wykorzystując możliwości korzystania z aplikacji przez internet, zarządzanie obiektami staje się proste, funkcjonalne i dostępne w dowolnym momencie z dowolnego miejsca na świecie. Oprogramowanie stacji prób SoftSPM TEST zostało stworzone jako aplikacja desktopowa, czyli instalowana na komputerze podłączonym bezpośrednio do stanowiska badawczego stacji prób oraz do internetu. Dane pomiarowe z systemu SoftSPM TEST są dostępne w ramach całego systemu SoftSPM (we wszystkich jego wersjach) od razu po przeprowadzonej próbie. Rys. 15 przedstawia strukturę lokalizacji oprogramowania Sof tsp M TEST w środowisku SoftSPM. V. FUNKCJONOWANIE SYSTEMU W SPM SYSTEM zarządzanie eksploatacją pomp i ujęć głębinowych prowadzone jest z posiadanego poziomu oprogramowania SoftSPM, które skonfigurowane jest w ten sposób, by już na etapie pierwszego wglądu na pracę systemu, a więc na mapie zbiorczej, można było odczytać wyniki ocen pracy obiektów oraz ich aktualny stan eksploatacji. Zadanie to realizowane jest w ten sposób, że lokalizacja studni przedstawiana jest w postaci tzw. łezki rys. 16, której zabarwienie otoczki wskazuje na stan pracy studni kolor zielony oznacza pracę pompy głębinowej, kolor czerwony wyłączenie pracy agregatu pompowego. Rys. 16. Mapa rozmieszczenia obiektów z łezkami wskazującymi na stan pracy studni Rys. 15. Struktura lokalizacji oprogramowania SoftSPM TEST Oprogramowanie SoftSPM jest na tyle zoptymalizowane, że poczynając od wersji podstawowej SoftSPM BAS użytkownik posiada już m.in.: 1. Zarządzanie katalogami pomp, silników, opomiarowania, orurowania oraz okablowania. 2. Katalogowy wybór agregatów pompowych. 3. Zarządzanie stanami magazynowymi. 4. Zarządzanie eksploatacją obiektów (studnie, zbiorniki, piezometry). 5. Zdalne sterowanie urządzeniami (studnie, zbiorniki, piezometry). 6. Pełny monitoring on line. 7. Pełną historię pomiarową obiektów i urządzeń. 8. Bazę wiedzy. Stan załączenia pompy głębinowej potwierdzany jest też napisem ON lub OFF. Dodatkowo, wewnętrzny kolor koła w otoczce wskazuje na wynik oceny energochłonności pracy układu pompowego pompy głębinowej, wg zasady: kolor zielony oznacza eksploatację optymalną, kolor żółty wskazuje na pracę w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza eksploatację nieopłacalną. Dla odzwierciedlenia trybu sterowania pracą studni, we wnętrzu okręgu zamieszczona jest litera: A dla pracy w systemie automatycznym lub R dla pracy ze sterowaniem ręcznym. Na mapie pokazano również umiejscowienie zbiorników. Podobnie jak dla studni, położenie zbiorników zaznaczone jest również w postaci 11

łezki, z tym, że otoczka jest koloru niebieskiego. Kolor wewnętrznego okręgu wskazuje na aktualny stan napełnienia zbiornika: kolor zielony oznacza optymalne wypełnienie zbiornika, kolor żółty wskazuje wartość położenia poziomu wody w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza alarmowe położenie wody w zbiorniku. Wizualizacja wyników przeprowadzonych analiz w modelach matematycznych ocen eksploatacji układu pompowego odwzorowana jest w centralnej i dolnej części ekranu. Oceny przeprowadzane są komputerowo na podstawie bieżących wartości parametrów hydraulicznych i elektrycznych przekazanych do oprogramowania SoftSPM z oprzyrządowania i opomiarowania SPM. Dodatkowo, dla szybkiej analizy, pod łezką studni, w prostokącie o kolorze stanu pracy pompy, podana jest aktualna wartość wydajności pompy, natomiast tuż nad nim godzina wykonanego pomiaru. Dla zbiornika, w ten sam sposób podana jest wartość położenia zwierciadła wody. Użytkownik już po pierwszym spojrzeniu na mapę szybko orientuje się w stanie eksploatacji systemu. W przypadku zaistnienia stanów alarmowych, zarówno w pracy pomp jak i zbiorników, na mapie zamieszczane są odpowiednie oznaczenia i opisy w kolorze czerwonym. Dla ilustracji poziomów wartości zasięgów sieci GSM w punktach lokalizacji obiektów, wizualizowane są także odpowiednie wskazania odzwierciedlające te wartości. Po kliknięciu w zaznaczony obiekt studnię, użytkownik wchodzi w głębszą warstwę analiz pracy, odzwierciedlającą wyniki pracy modeli matematycznych oceniających bieżącą eksploatację układu pompowego studni rys. 17, 18. Rys. 17. Stanowisko pracy wizualizacja pracy wybranej studni Rys. 18. Fragment ekranu z wizualizacją parametrów pracy wybranej studni Modele matematyczne ocen uwzględniają: lokalizację punktu pracy pompy głębinowej w wyznaczonym wcześniej przedziale optymalnej eksploatacji; bieżące odkształcenie charakterystyki H = f(q) eksploatowanej pompy w układzie pompowym wraz z diagnostyką szczelności rurociągu tłocznego; wartość aktualnego stopnia zdławienia przepływu w armaturze układu pompowego; wartość dokładnie wyznaczonych strat liniowych w rurociągu tłocznym pompy; bieżący poziom energochłonności układu pompowego. W oparciu o zakodowane w modelach matematycznych kryteria ocen uwzględniające systemowe wzajemne uzależnienia parametryczne i ich niektóre czasowo zmienne przebiegi, program ocen zestawia wyniki dla poszczególnych, bieżących zestawów pomiarów z obiektów. Wyniki przedstawione są w formie tekstowej i graficznej. Kolory tła tekstów ocen świadczą o ich zakresach z zachowaniem zasady: kolor zielony oznacza eksploatację optymalną, 12

kolor żółty wskazuje na pracę w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza eksploatację nieopłacalną. Na rys. 19 pokazano przykładowe oceny układu pompowego. Wyraźnie widać zakres zmian w układzie pompowym, łącznie z tzw. paskiem jego energochłonności. Na rys. 20 pokazano wizualizację graficzną, odwzorowującą kolorystycznie miejsca oceny na schemacie budowy układu pompowego. Kolor rurociągu tłocznego oraz przepustnicy wskazuje na wynik oceny tych elementów układu. Na schemacie pokazano też wartość bieżącej wydajności pompy oraz aktualne położenie zwierciadła wody w studni. Ocena stopnia odkształcenia charakterystyki H = f(q) wizualizowana jest kolorem zaznaczonego punktu pracy pompy na tej właśnie charakterystyce rys. 21. Podobnie jak w poprzednich przypadkach, kolory ocen zielony, żółty, czerwony oznaczają odpowiednio: praca optymalna, początek odkształcania charakterystyki, charakterystyka odkształcona. W każdym z tych przypadków podawana jest też informacja o ewentualnej utracie szczelności rurociągu tłocznego pompy. Na rys. 21 pokazano widok oceny stopnia odkształcenia charakterystyki H = f(q), pokazano też ocenę położenia punktu pracy pompy na tle przedziału optymalnej stosowalności pompy. Jak widać, pompa pracuje w optymalnym zakresie przedziału stosowalności, lecz ma charak- Rys. 19. Przykładowe oceny układu pompowego Rys. 20. Wizualizacja graficzna, odwzorowująca kolorystycznie miejsca oceny na schemacie układu pompowego Rys. 21. Widok oceny stopnia odkształcenia charakterystyki H = f(q) oraz oceny położenia punktu pracy pompy na tle przedziału optymalnej stosowalności pompy 13

terystykę już odkształconą. Zgodnie z przyjętą w systemie zasadą chcąc zapoznać się z dokładniejszą oceną, należy kliknąć na obiekt zainteresowania, i tak, po kliknięciu na charakterystykę z zakolorowanym punktem pracy pompy, wchodzimy w głębszą warstwę analizy, odzwierciedlającą dokładne położenie punktu pracy na tle rzeczywistej charakterystyki pompy ze stacji prób rys. 22. z protokołu prób agregatu na stacji, jak i danymi dotyczącymi studni. Podana jest data zabudowy agregatu pompowego w układzie pompowym studni wraz z kompletem danych instalacyjnych. Przedstawione są również dane pochodzą- Rys. 23. Panel sterowania położeniem przepustnicy Rys. 22. Analiza odzwierdziedlająca dokładne położenie punktu pracy na tle rzeczywistej charakterystyki pompy Punkt w kolorze niebieskim obrazuje rzeczywistą wysokość podnoszenia pompy dla danej wydajności, a więc rzeczywiste położenie punktu pracy na nowej, zmienionej już, charakterystyce. Wykonana przez model matematyczny analiza rzeczywistego odkształcenia charakterystyki wykorzystuje pomiary ciśnień wykonane przez zintegrowaną sondę zamontowaną za króćcem tłocznym pompy głębinowej. Metoda diagnostyki pompy głębinowej i układu pompowego za pomocą zintegrowanej sondy pomiarów ciśnień jest aktualnie najnowszym, opatentowanym, sposobem oceny stanu pracy pompy głębinowej wraz z całym układem. W górnej części ekranu ocen położone są panele sterowania pracą głębinowego agregatu pompowego załącz/wyłącz silnik pompy oraz panel sterowania, np. położeniem przepustnicy rys. 23. Rys. 24. Szczegółowe zestawienia danych i parametrów pracy układu Klikając przycisk Parametry pracy układu na ekranie ocen, rys. 24, użytkownik wchodzi w szczegółowe zestawienia danych i parametrów pracy układu oraz studni rys. 25. Dane i parametry pracy układu pompowego oraz studni obejmują praktycznie komplet, zarówno informacji o typie pompy i silnika głębinowego wraz z numerami fabrycznymi i danymi Rys. 25. Szczegółowe zestawienia danych i parametrów pracy studni 14

ce z karty otworu studziennego, począwszy od daty wykonania studni, poprzez wyniki pompowań próbnych, do zestawu parametrów pracy z bieżącej eksploatacji pompy. Ujęte są również parametry elektryczne pracującego silnika głębinowego. Na rys. 26 pokazano widok ekranu odzwierciedlającego działanie zbiornika zasobnika wody zasilającego sieć wodociągową. Graficznie zobrazowano stopień zapełnienia zbiornika oraz zaznaczono położenie poziomów ostrzegawczych i alarmowych. Wartości położenia tych poziomów podane są obok widoku zbiornika, natomiast w dolnej części ekranu podana jest informacja o studniach podających wodę do zbiornika oraz zaznaczone jest, czy studnie te aktualnie pracują czy są wyłączone z ruchu. również w postaci łezki, z tym, że otoczka jest koloru brązowego. Kolor wewnętrznego okręgu wskazuje na aktualny stan położenia zwierciadła wody w rurce piezometru, z podziałem na: kolor zielony oznacza optymalne położenie zwierciadła wody, kolor żółty wskazuje wartość położenia poziomu wody w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza alarmowe położenie zwierciadła wody w piezometrze. Dodatkowo, dla szybkiej analizy, pod łezką piezometru, w prostokącie, podana jest aktualna wartość położenia zwierciadła wody, natomiast tuż nad nim godzina wykonanego pomiaru. SPM SYSTEM posiada specjalną wersję konstrukcji sterowników SZ-21 o zasilaniu bateryjnym, które cyklicznie mierzą i przekazują wartości położenia zwierciadła wody z piezometrów. Zasilanie sterowników może wystarczać na okres pracy do 5 lat i zależy od częstości przekazu danych z piezometrów. W oprogramowaniu SoftSPM można praktycznie dowolnie konfigurować tryby sterowania pracą ujęć, według gotowych już lub skonfigurowanych przez użytkownika algorytmów pracy systemu. Rys. 26. Ekran odzwierciedlający działanie zbiornika zasobnika wody zasilającego sieć wodociągową Dla użytkowników posiadających otwory piezometryczne, wizualizację położenia tych otworów w terenie odzwierciedla rys. 27. Podobnie jak dla studni, położenie piezometrów zaznaczone jest Rys. 27. Umiejscowienie piezometru na mapie terenu wraz z wizualizacją położenia zwierciadła wody VI. ZDALNY PRZEKAZ DANYCH, STEROWANIE PRACĄ UJEĆ Uwzględniając współczesne, nowoczesne technologie w zakresie zdalnego sterowania oraz przekazu danych cyfrowych, w SPM SYSTEM skupiono się głównie na szerokim wykorzystywaniu sieci GSM. Do komunikacji pomiędzy obiektami (zbiornik SZ-21, studnia SZ-21, oprogramowanie SoftSPM) wykorzystuje się usługę przesyłania krótkich wiadomości tekstowych (sms) w sieciach telefonii komórkowej. Dla zapewnienia wysokiej niezawodności, każdy sms, który jest wysyłany jako źródło danych (z dowolnego obiektu) jest potwierdzany przez sms zwrotny z obiektu do którego był wysyłany. W przypadku braku tej obustronnej komunikacji pojawia się alarm powiadomienie z kompletną informacją o jego rodzaju i przyczynie. Na rys. 28 pokazano przykładowy schemat komunikacji w sterowaniu i informowaniu o pracy SPM SYSTEM. Praktycznie, można wykorzystywać dowolną sieć GSM, a tym samym, przy ewentualnym uży- 15

Rys. 28. Przykładowy schemat komunikacji w sterowaniu i informowaniu o pracy SPM SYSTEM ciu anten wzmacniających poziomy zasięgów, dla łączności w technologii sms znacznie rozszerzono możliwości sterowania i przekazu danych w tym medium. Przed wdrożeniem systemu wykonywane są odpowiednie pomiary zasięgów. Specjalizowane sterowniki systemu SZ-21 i SIMATIC S7 1200 skonfigurowano w ten sposób, by właśnie technologie sterowania i przekazu danych funkcjonowały głównie za pomocą sms. Konfiguracja ta, oprócz szybkiego działania przy słabych zasięgach, znacznie obniża koszty utrzymania systemu, a tym samym wpływa na koszty jego eksploatacji. Jest zrozumiałym, że lokalne oprogramowania sterowników wymagają bardziej rozbudowanych i skomplikowanych algorytmów zapewniających stały merytoryczny nadzór nad obiektem. Praktycznie, sterownik wysyła sms tylko wtedy, gdy pojawi się takie zdarzenie, które wymaga reakcji z programu wyższego, zlokalizowanego na serwerze użytkownika lub na serwerze ogólnodostępnym http://softspm.com. Opisana struktura budowy i technologia oprogramowania SoftSPM nie rozróżnia odległości od serwera do danego obiektu, a czas dotarcia sms od i do serwera nie przekracza kilku minut. Tak więc, reakcja z programu wyższego jest prawie natychmiastowa. Podobnie jest w przypadku gdy z serwera załączamy lub wyłączamy silnik pompy lub też zdalnie zmieniamy nastawy innych parametrów np. częstotliwość pracy falownika, położenie przepustnicy itp. SPM SYSTEM skupia w swojej bazie wiedzy oraz w budowie modeli matematycznych szereg dokładnych procedur postępowania w możliwych do przewidzenia stanach pracy układów pompowych. W miarę upływu czasu, bazy te systematycznie się powiększają, a tym samym, system sam optymalizuje działanie poszczególnych algorytmów pracy. W przypadku posiadania przez użytkownika dowolnych ilości studni oraz wielu zbiorników połączonych rozbudowaną siecią rurociągów, oprogramowanie systemu SoftSPM umożliwia konfigurowanie dowolnej struktury sterowania obiektami znajdującymi się w zasięgu sieci GSM. Gdy obiekty są położone poza zasięgiem GSM, konfiguracja systemu wybiera inne media dostępu, np. radio, kable, światłowody itp. VII. PODSUMOWANIE Jak wspomniano, w SPM SYSTEM występują trzy wersje oprogramowania oraz trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni. Taka struktura budowy systemu zapewnia dowolne możliwości w zakresie dostosowania konfiguracji do każdego użytkownika pomp głębinowych od użytkowników kilku studni do kilku tysięcy obiektów. System przygotowano dla użytkowników zarówno w Polsce jak i za granicą. Oprogramowanie jest dostępne w języku polskim oraz w wielu językach obcych. Oprogramowanie SoftSPM zastąpiło dawny system SEGAP istnieje możliwość importu danych z SEGAP do SoftSPM. Serwer systemu SoftSPM, dostępny dla użytkowników na stronie www.softspm.com, może obsługiwać klientów w dowolnym miejscu na świecie. 16