138_141.PDF

A U T O M A T Y K A

Sterowniki! £¹czcie siê!

W†artykule przedstawiono z³oøony system automatyki i†wizualizacji zastosowanej

w†elektrociep³owni Energetyka CieszyÒska Sp. z†o.o. Podstawowymi elementami

systemu s¹ sterowniki SIMATIC firmy SIEMENS, ktÛre dziÍki swym zaletom staj¹ siÍ

na polskim rynku dominuj¹cymi sterownikami w†swojej klasie. Przedstawiono

strukturÍ systemu oraz jego dzia³anie, a†takøe podstawowe zadania urz¹dzeÒ

automatyki. Pokazano, øe warto jest stosowaÊ standardowe rozwi¹zania

komunikacyjne (jak np. PROFIBUS) oraz dostosowane do nich sterowniki i†nadrzÍdne

oprogramowanie funkcjonalne. Przedstawiony system, spÛjny i†niezawodny, jest tego

dobrym przyk³adem.

MinÍ³y czasy, gdy wytwarzanie ciep-

³a by³o stosunkowo prostym procesem,

a†obs³uguj¹cy kocio³ ustawia³ jego pa-

rametry pracy w†oparciu o†swoje wy-

czucie i†doúwiadczenie. W†nowoczes-

nych ciep³owniach i†elektrociep³o-

wniach do wytwarzania ciep³a stosuje

siÍ najnowsze technologie, ktÛre wyma-

gaj¹ odpowiedniej obs³ugi technicznej.

Coraz czÍúciej teø, jako produkt skoja-

rzony, wytwarza siÍ energiÍ elektrycz-

n¹, ktÛr¹ sprzedaje siÍ do krajowej sie-

ci energetycznej. Aby zapewniÊ wspÛ³-

pracÍ tych wszystkich elementÛw, nie-

odzownym staje siÍ zastosowanie no-

woczesnych systemÛw sterowania i†wi-

zualizacji zbudowanych w†oparciu

o†techniki komputerowe. Niezwykle

waøna jest przy tym moøliwoúÊ integ-

racji i†wzajemnej komunikacji urz¹dzeÒ

wytwarzanych przez rÛønych producen-

tÛw, ktÛre maj¹ czÍsto w³asne, autono-

miczne systemy automatyki.

- kocio³ OR-35N,

- rozdzielnia energii elektrycznej i†czÍúÊ

maszynowa zwi¹zana z†turbin¹.

Sterowniki po³¹czone s¹ ze sob¹ ma-

gistral¹ przemys³ow¹, a†nad ca³oúci¹

czuwa nadrzÍdny system komputero-

wy. Dane z†procesÛw technologicznych

dostÍpne s¹ zarÛwno na stacjach ope-

ratorskich i†tablicy synoptycznej

w†dyspozytorni, jak rÛwnieø w†zak³a-

dowej sieci komputerowej i†- poprzez

³¹cza teletransmisyjne - w†stacjach od-

dalonych. Schemat systemu sterowania

przedstawiono na rys. 1 .

ne na bazie PRO-2000 przez firmÍ

MikroB S.A. Zainstalowane zosta³o na

trzech komputerach: dwÛch stacjach

przetwarzaj¹cych SD1 i†SD2, ktÛre pe³-

ni¹ rÛwnieø rolÍ stacji operatorskich

oraz na stacji SO, ktÛra jest stacj¹ ope-

ratorsk¹ i†rÛwnoczeúnie spe³nia rolÍ

stacji inøynierskiej (oprogramowanie

PRO-2000 i†STEP-7). Kaøda stacja wy-

posaøona jest w†dwa monitory opera-

torskie 21î, na ktÛrych s¹ wyúwietlane

obrazy synoptyczne, wykresy, raporty

itp. Stacje SD1 i†SD2 pracuj¹ pod kon-

trol¹ systemu operacyjnego QNX, nato-

miast stacja operatorsko-inøynierska SO

jest stacj¹ dwusystemow¹: moøe praco-

waÊ pod QNX lub Windows NT, w†za-

leønoúci od funkcji jak¹ aktualnie spe³-

nia. Dla zwiÍkszenia niezawodnoúci

pracy systemu, stacje SD1 i†SD2 pra-

cuj¹ z†redundancj¹. DziÍki temu, jed-

na z†nich moøe natychmiast przej¹Ê

kontrolÍ nad systemem w†sytuacji awa-

rii lub wy³¹czenia drugiej.

OprÛcz wspÛ³pracy ze sterownikami

SIMATIC, PRO-2000 komunikuje siÍ ze

sterownikiem turbiny i†ze sterowni-

kiem jej zabezpieczeÒ. Zbiera informa-

cje o†parametrach pracy turbiny i†wy-

sy³a sterowania nadrzÍdne do jej ste-

rownika.

Jako system nadrzÍdny, PRO-2000

obs³uguje rÛwnieø wyúwietlanie odpo-

wiednich wielkoúci i†stanÛw procesu

na tablicy synoptycznej, ktÛra przed-

stawia w†uproszczeniu ca³y proces

technologiczny w†elektrociep³owni.

Sterowniki

Podstawowymi sterownikami realizu-

j¹cymi funkcje automatycznego stero-

wania procesami technologicznymi s¹

trzy sterowniki SIMATIC S7 firmy Sie-

mens w†odpowiednich konfiguracjach:

- stacja uzdatniania wody i†kocio³ ole-

jowy - Simatic S7-400 z†pod³¹czo-

nym do niego modu³em zdecentrali-

zowanego sterowania - ET200S,

- kocio³ parowy OR-35N - Simatic S7-400,

- rozdzielnia elektryczna i†czÍúÊ ma-

szynowa zwi¹zana z†turbin¹ - Sima-

tic S7-400 z†pod³¹czonymi do niego

dwoma modu³ami zdecentralizowa-

nego sterowania - ET200S.

Wymienione sterowniki steruj¹ pra-

c¹ ca³ego systemu. OprÛcz tego, nie-

ktÛre urz¹dzenia maj¹ lokalne, specja-

lizowane sterowniki, ktÛre poprzez od-

powiednie magistrale pod³¹czone s¹ do

systemu nadrzÍdnego. Naleø¹ do nich:

- sterownik turbiny - Woodward 505,

- sterownik zabezpieczeÒ turbiny -

Mitsubishi,

- dwa sterowniki tablicy synoptycznej

- Micro PLC.

Modernizacja ürÛd³a ciep³a

Podczas prowadzonej w†latach 2000/

2001 modernizacji ürÛd³a ciep³a zaku-

piono nowy kocio³ typu OR-35N, tur-

binÍ parow¹ przeciwprÍøn¹ 4,8MW (ty-

pu G22A) wraz z†ca³ym jej wyposaøe-

niem i†dodatkowy kocio³ olejowy Se-

fako 4,5MW oraz postawiono stacjÍ

uzdatniania wody i†rozdzielniÍ elekt-

ryczn¹. Wszystkie te elementy zosta³y

w³¹czone w†spÛjny system sterowania

i†wizualizacji wykonany przez firmy

Introl S.A. z†Katowic i†Zak³ad Elemen-

tÛw i†SystemÛw Automatyki Przemys-

³owej MikroB S.A. z†Ostrzeszowa.

Komunikacja

W†systemie istnieje kilka rodzajÛw

komunikacji, zarÛwno wewnÍtrznej

miÍdzy urz¹dzeniami systemu jak i†na

zewn¹trz do zdalnego úledzenia pracy

obiektu. KomunikacjÍ zapewniaj¹:

- PROFIBUS FMS - g³Ûwna magistrala

systemu, do ktÛrej pod³¹czone s¹ trzy

sterowniki SIMATIC S7, stacje prze-

Dzia³anie i†struktura systemu

W†systemie wyrÛøniÊ moøna trzy

funkcjonalne czÍúci zwi¹zane z†zada-

niami realizowanymi przez g³Ûwne ste-

rowniki. S¹ to:

- stacja uzdatniania wody i†kocio³ ole-

jowy,

System nadrzÍdny

Systemem integruj¹cym i†sprawuj¹-

cym kontrolÍ nad prac¹ wszystkich

urz¹dzeÒ jest oprogramowanie wykona-

138

Elektronika Praktyczna 4/2002

A U T O M A T Y K A

Rys. 1.

tury pary wylotowej z†kot³a, stero-

wanie zdmuchiwaczami popio³u,

sterowanie odmulaniem kot³a,

a†takøe sterowanie podajnikami

wÍgla i†sterowanie wÛzkiem rewer-

syjnym.

- S7-400 - Sterownik obs³uguj¹cy

czÍúÊ maszynow¹ i†rozdzielniÍ. Do

jego zadaÒ naleøy: sterowanie

pompami zasilaj¹cym kocio³ OR-

35N, sterowanie pompami skrop-

lin z†wymiennikÛw, sterowanie

pompami zwiÍkszaj¹cymi obieg

wody grzewczej i†technologicznej,

sterowanie pompami wody uzu-

pe³niaj¹cymi obieg wody grzew-

czej i†technologicznej, sterowanie

wy³¹cznikami rozdzielni 15kV,

6kV, 0,4kV, monitorowanie stanÛw

wy³¹cznikÛw, od³¹cznikÛw i†roz-

³¹cznikÛw rozdzielni 15kV, 6kV,

0,4kV, a†takøe sterowanie synchro-

nizacj¹ generatora turbiny z†sieci¹

energetyczn¹.

Zadania pozosta³ych sterownikÛw s¹

nastÍpu¹ce:

- WOODWARD 505 - sterowanie tur-

bin¹,

- MITSUBISHI - sterowanie zabezpie-

czeniami turbiny, w†tym trzy obwo-

dy zabezpieczeÒ z†logik¹ 2†z†3, za-

bezpieczenia przed przekroczeniem

temperatury, obrotÛw, przesuwu wir-

nika, awarii urz¹dzeÒ oko³oturbino-

wych,

- Micro PLC - sterowanie wyúwietla-

niem na tablicy synoptycznej (wizu-

alizacja rozdzielni, wizualizacja czÍú-

ci technologicznej).

twarzaj¹co-operatorskie SD1 i†SD2

oraz stacja operatorska SO. Poprzez

to ³¹cze sterowniki komunikuj¹ siÍ ze

sob¹ i†z†systemem nadrzÍdnym PRO-

2000. Dla zwiÍkszenia niezawodnoú-

ci, rÛwnieø tutaj wprowadzona zosta-

³a redundancja - dwie rÛwnoupraw-

nione magistrale A†i†B,†z†tym samym

protoko³em PROFIBUS FMS.

- PROFIBUS DP - tym protoko³em

transmisyjnym przesy³ane s¹ dane

miÍdzy sterownikami S7-400, a†mo-

du³ami zdecentralizowanego sterowa-

nia ET200S.

- RS485 - MODBUS RTU - za pomoc¹

tego ³¹cza system nadrzÍdny PRO-

2000 komunikuje siÍ ze:

- sterownikiem turbiny - WOOD-

WARD 505,

- sterownikiem zabezpieczeÒ turbiny

- Mitsubishi,

- dwoma sterownikami mozaikowej

tablicy synoptycznej - Micro PLC.

- z†sieci¹ Ethernet - w†sieci lokalnej

pracuj¹ wszystkie trzy stacje kom-

puterowe, co daje moøliwoúÊ do-

stÍpu do pe³nych zasobÛw syste-

mu na kaødej stacji.

Poprzez ³¹cze úwiat³owodowe sieÊ

lokalna ³¹czy siÍ z†sieci¹ zak³adow¹,

umoøliwiaj¹c wgl¹d odpowiednim

s³uøbom zak³adu w†pracÍ obiektu.

DziÍki serwerowi WWW pod³¹czonemu

do sieci, ogl¹danie obrazÛw synoptycz-

nych pracy obiektu moøe odbywaÊ siÍ

za pomoc¹ popularnych przegl¹darek

stron WWW.

Istnieje teø moøliwoúÊ komunikowa-

nia siÍ przez modem z†komutowan¹

sieci¹ telefoniczn¹. Poprzez ³¹cze tele-

foniczne moøliwe jest zdalne monito-

rowanie pracy obiektu, a†takøe zdalna

diagnostyka systemu.

Zadania automatyki

Podstawowe funkcje elementÛw sys-

temu s¹ nastÍpuj¹ce:

Sterowniki SIMATIC:

- S7-400 - obs³uguj¹cy stacjÍ uzdatnia-

nia wody i†kocio³ olejowy. Do jego

zadaÒ naleøy: sterowanie cyklem

pracy trzech filtrÛw (p³ukanie, filt-

rowanie, wpracowanie z³oøa), utrzy-

mywanie odpowiednich poziomÛw

wody w†zbiornikach wody przefiltro-

wanej i†zdemineralizowanej, regulo-

wanie ciúnienia w†ruroci¹gach wody

do odgazowywaczy i†do uzupe³nia-

nia sieci, dawkowanie chemikaliÛw

do wody, kontrola pracy kot³a olejo-

wego, a†takøe sterowanie przep³y-

wem wody do filtrÛw (ET200S) i†ste-

rowanie przep³ywem powietrza do

filtrÛw (ET200S).

- S7-400 - obs³uguj¹cy kocio³ OR-

35N. Do jego zadaÒ naleøy: regula-

cja nadmuchu (sterowanie dmucha-

wami i†przepustnicami powietrza),

regulacja prÍdkoúci poruszania siÍ

rusztu i†gruboúci warstwy wÍgla,

regulacja podciúnienia w†komorze

paleniskowej, regulacja poziomu

wody w†walczaku, sterowanie wen-

tylatorem spalin, regulacja tempera-

System nadrzÍdny PRO-2000

Oprogramowanie PRO-2000 autors-

twa ZEiSAP MikroB S.A. jest profes-

jonalnym oprogramowaniem systemu

SCADA, pracuj¹cym w†setkach obiek-

tÛw w†kraju i†poza jego granicami.

Jest nie tylko oprogramowaniem dla

aplikacji, lecz rÛwnieø úrodowiskiem

do ich tworzenia, oferuj¹cym kon-

struktorom wiele rÛønych narzÍdzi.

Uøytkownicy ceni¹ je za stabilnoúÊ

pracy, duø¹ liczbÍ wbudowanych me-

chanizmÛw i†funkcji, ³atwoúÊ modyfi-

kacji i†nieograniczone moøliwoúci roz-

budowy.

RÛwnieø w†tej elektrociep³owni

PRO-2000 integruje wiele urz¹dzeÒ

o†rÛønych protoko³ach komunikacyj-

nych. Dominuj¹cymi s¹ sterowniki

SIMATIC S7-400 i†protokÛ³ PROFI-

BUS FMS, niemniej jednak rÛwnie

skutecznie zosta³y w³¹czone do sys-

temu pozosta³e sterowniki i†urz¹dze-

nia.

Do najwaøniejszych zadaÒ oprogra-

mowania nadrzÍdnego PRO-2000 nale-

ø¹:

140

Elektronika Praktyczna 4/2002

A U T O M A T Y K A

- w³¹czanie i†wy³¹czanie urz¹dzeÒ

(pompy, napÍdy, wy³¹czniki w†roz-

dzielni),

- obs³uga i†rejestracja zdarzeÒ z†zare-

jestrowaniem daty, czasu i†pe³nej

identyfikacji ich wyst¹pienia,

- zdarzenia technologiczne,

- alarmy,

- ostrzeøenia,

- usterki urz¹dzeÒ (diagnostyka),

- sygnalizowanie przekroczenia granic

ostrzeøeÒ i†alarmÛw,

- realizacja obliczeÒ technicznych

i†ekonomicznych,

- drukowanie raportÛw, protoko³Ûw, wy-

kresÛw w†postaci graficznej i†alfanu-

merycznej (bilanse wody, raporty

zmianowe i†dobowe turbozespo³u itp.).

Przyk³adowe obrazy synoptyczne

obiektu przedstawione zosta³y na rys. 2 .

Rys. 2.

NiezawodnoúÊ

i†bezpieczeÒstwo

Niezwykle istotnym czynnikiem cha-

rakteryzuj¹cym system automatyki jest

jego niezawodnoúÊ i†bezpieczeÒstwo

pracy. Wysokie wskaüniki tych para-

metrÛw osi¹gniÍto dziÍki zastosowaniu

szeregu rozwi¹zaÒ zapewniaj¹cych du-

ø¹ stabilnoúÊ pracy systemu. Do naj-

waøniejszych z†nich naleø¹:

- zastosowanie jako platformy syste-

mowej sieciowego systemu operacyj-

nego czasu rzeczywistego - QNX,

- zbudowanie redundantnej sieci PRO-

FIBUS FMS ³¹cz¹cej sterowniki SI-

MATIC i†stacje komputerowe,

- zainstalowanie redundantnych stacji

przetwarzaj¹cych (SD1, SD2) - praca

stacji w†ìgor¹cejî rezerwie,

- zapewnienie niezawodnego i†buforo-

wanego uk³adu zasilania,

- zastosowanie separacji galwanicznej

w†najwaøniejszych obwodach pomia-

rowych,

- wykorzystanie odpornych na zak³Û-

cenia po³¹czeÒ úwiat³owodowych,

- zastosowanie wielopoziomowej

struktury uprawnieÒ dostÍpu do sta-

cji operatorskich, zabezpieczaj¹cej

system przed nieuprawnion¹ inge-

rencj¹.

- przetwarzanie zmiennych proceso-

wych,

- odczytanie i†przetwarzanie wynikÛw

pomiarÛw,

- rozpoznawanie sytuacji awaryjnych,

- badanie wiarygodnoúci,

- okreúlanie stanu i†rejestrowanie zdarzeÒ,

- obliczanie wartoúci tendencji zmian

dla punktÛw analogowych,

- wizualizacja wartoúci parametrÛw

i†danych w†czasie rzeczywistym,

- obrazy synoptyczne,

- obrazy zdarzeÒ,

- wykresy zmian wartoúci,

- obrazy pojedynczych punktÛw,

- wizualizacja danych archiwalnych,

- przegl¹d zdarzeÒ wg. wybranego kry-

terium,

- wykres wartoúci chwilowych dla

punktÛw analogowych,

- wykres wartoúci 15-minutowych dla

punktÛw licznikowych,

- wykres wartoúci godzinowych,

- oddzia³ywanie na proces,

- sterowanie rÍczne z†konsoli (zawory

regulacyjne, falowniki),

- zmiana nastaw regulacji i†wartoúci

zadanych,

Podsumowanie

Przedstawiona aplikacja ilustruje

moøliwoúÊ niezawodnej wspÛ³pracy

wielu urz¹dzeÒ i†systemÛw na jednym

obiekcie. Jest to moøliwe, gdyø wyko-

rzystano profesjonalne i†sprawdzone

technologie: renomowane sterowniki

Simatic S7-400, system komunikacji

przemys³owej Profibus oraz niezawod-

ne oprogramowanie nadzoruj¹ce i†in-

tegruj¹ce PRO-2000.

mgr in¿. Janusz Gogó³

ZEiSAP MikroB S.A.

www.mikrobsa.com.pl

Elektronika Praktyczna 4/2002

141

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: