Telemetria i przesył danych z układów pomiarowo-rozliczeniowych w systemie ciepłowniczym miasta Lublin

Telemetria i przesył danych z układów pomiarowo-rozliczeniowych w systemie ciepłowniczym miasta Lublin

Telemetria i przesył danych z układów
pomiarowo-rozliczeniowych
w systemie ciepłowniczym miasta
Lublin
Opracowali:
1.
2.
3.
4.
5.
Paweł Okapa
Włodzimierz Mosakowski
Stanisław Sławacki
Stanisław Zwolan
Artur Dec
X Konferencja Techniczna
Warszawa 6-7 listopada 2014r
Plan prezentacji
• Krótko o LPEC S.A.
• Zadania zdalnego przesyłu danych
• Telemetria węzłów ciepłowniczych
• Telemetria sieci ciepłowniczej
• Odczyt układów pomiarowo-rozliczeniowych
Krótko o LPEC S.A.
Informacje podstawowe
Pod względem zamówionej mocy
cieplnej nasz system jest dziewiątym
systemem w Polsce (ok. 585 MW)
Pokrywamy
60% zapotrzebowania mieszkańców na
ciepło
250 tys. mieszkańców korzysta ciepła
systemowego z LPEC
435 km eksploatowanych sieci ciepłowniczych,
57% sieci ciepłowniczej wykonana jest w
nowoczesnej technologii preizolowanej
1699 węzłów cieplnych,
100% węzłów cieplnych wyposażone jest w
automatykę pogodową
Lubelski system ciepłowniczy
Informacje podstawowe
Ciepło Systemowe wytwarzane jest
w dwóch źródłach:
• PGE Górnictwo i Energetyka
Konwencjonalna S.A., Oddział
Elektrociepłownia Lublin
Wrotków
• Elektrociepłowni Megatem ECLublin
Zadania zdalnego odczytu
•
Proces wyboru rozwiązania
Podjęcie decyzji dotyczącej wdrożenia telemetrii i zdalnych odczytów uwarunkowane
jest np. chęcią podniesienia standardów dostawy ciepła, ograniczenia kosztów obsługi
itp., Natomiast potem niesie za sobą kolejne decyzje dotyczące kształtu wdrożenia, w
chwili podjęcia decyzji i na przyszłość. Dobrze jest przynajmniej w zarysach posiadać
wiedzę czego się od systemu oczekuje i jak będziemy z niego korzystać w przyszłości.
Proces decyzyjny można ułożyć w następujące etapy:
Wybór urządzeń
Komunikacja
Interfejs obsługi
Integracja
Wybór urządzeń
W procesie wyboru urządzeń należy rozważać następujące czynniki:
Jakość proponowanych urządzeń, rozumiana jako ich żywotność, ale także
posiadane referencje i wyniki innych wdrożeń,
Dopasowanie do istniejącej infrastruktury, tak aby nakłady inwestycyjne
minimalizować do nowej infrastruktury, a nie również do wymiany sprawnej i
istniejącej
Uniwersalność zapewniającą stosowanie różnych urządzeń podstawowych i
utrzymanie konkurencyjności w ich zakupie
Cena rozumiana jako łączne nakłady całego systemu w założonym okresie
czasu – inwestycja, przesył danych, utrzymanie systemu
Wybór sposobu komunikacji
Mając na uwadze funkcjonalność jaką spodziewamy się uzyskać po
systemie należy rozstrzygnąć jaki sposób komunikowania wybrać:
 łącze internetowe
 przesył danych sieciami komórkowymi
 przesył dedykowanymi przewodami
 komunikacja radiowa
 linie telekomunikacyjne
Są to obecnie główne opcje możliwe do rozpatrzenia, natomiast rozwój
technologii nie wyklucza innych kanałów. Decydują pewność, szybkość
oraz cena (rozumiana j.w.)
Interfejs użytkownika
• Wybór urządzeń i kanałów komunikacji musi uwzględniać możliwości
obsługi tego systemu. Trudno sobie wyobrazić sprawność systemu, który
nie generuje alertów, powiadomień, nie zapewnia możliwości zmian
konfiguracji przyjaznych dla użytkownika oraz niezbędnych analiz
•
W dobie rezygnacji z własnych serwerów bazodanowych na rzecz
przechowywania danych w „chmurach” rozstrzygnięcia wymaga miejsce
instalacji interfejsu i baz danych, związana z tym swoboda użytkowania i
ilości możliwych dostępów, a co za tym idzie koszty sprzętowe i
użytkowania.
Integracja
• Wcześniej czy później należy zadać sobie pytanie, jaki ma być docelowy
kształt zdalnego zbierania i przesyłania danych oraz sterowania
infrastrukturą:
– Komu infrastruktura ma służyć, jak szeroki ma być dostęp do
informacji?
– Czy system telemetrii ma się łączyć z innymi systemami i w jakim
zakresie?
– Czy przewidujemy połączenie różnych systemów w jeden na etapie
wdrożenia – montażu urządzeń, czy tworzenie większej ilości systemów
i ich późniejszą integrację na innym poziomie?
Telemetria węzłów cieplnych
Budowa systemu
System zdalnego nadzoru i zbierania danych obejmuje wszystkie grupowe węzły cieplne
(o mocy większej niż 0,5 MW) będące własnością LPEC, oraz indywidualne węzły cieplne
łączone w grupy poprzez sieci LON.
Praca systemu polega na:
- zdalnym za pomocą komputera odczycie bieżących parametrów pracy nadzorowanych
urządzeń,
- możliwości zdalnego nastawiania parametrów regulacyjnych jak i wartości zadanych.
W efekcie pozwala to użytkownikowi systemu na:
- analizowanie i przetwarzanie otrzymanych z systemu informacji
- wykonywanie raportów zarówno bieżących jak i archiwalnych zarejestrowanych przez
system danych
- racjonalizację, optymalizację, oraz oszczędne gospodarowanie energią cieplną jak i
elektryczną
Do systemu włączonych jest 128 grupowych węzłów cieplnych, których suma zmówionej
mocy cieplnej wynosi 300MW. System został zrealizowany ze środków własnych LPEC.
Budowa systemu
System nadzoru oparty jest na oprogramowaniu TAC Vista 5 i składa się z:
- serwera z zainstalowanym systemem operacyjnym Windows XP i oprogramowaniem
użytkowym TAC Vista Server, TAC Vista Workstation (w sumie siedem licencji
stanowiskowych Standard i jedna Profesional )
- komputera z zainstalowanym systemem operacyjnym Windows XP i oprogramowaniem
użytkowym TAC Vista Webstation 5 który za pośrednictwem przeglądarki internetowej
umożliwia monitoring bieżących parametrów węzłów włączonych do systemu
użytkownikom sieci ethernetowej LPEC. Licencja umożliwia jednoczesne korzystanie z
TAC Vista poprzez przeglądarkę internetową przez 6-ciu klientów jednocześnie. Program
TAC Vista Webstation 5 pozwala na dostęp do parametrów zarejestrowanych w bazie
danych, poprzez prezentację w formie wykresów i tabel. W naszym systemie są to
wartości temperatur, ciśnień, przepływów, mocy.
- serwera z zainstalowanym systemem operacyjnym Windows XP i oprogramowaniem
użytkowym TAC Vista Server, TAC Vista Workstation, który umożliwia monitorowanie
indywidualnych węzłów cieplnych poprzez przeglądarkę internetową. Rozwiązanie to
pozwala na korzystanie z systemu przez uprawnioną osobę z dowolnego komputera i
dowolnego miejsca bez konieczności posiadania licencji.
Budowa systemu
- dysku sieciowego Synology do przechowywania sporządzanych automatycznie w
zadanym terminie raportów z odczytu wskazań ciepłomierzy i wodomierzy w
monitorowanych węzłach, oraz raportów kontrolnych parametrów pracy grupowych
węzłów cieplnych.
System sterowania i monitorowania oparty jest na swobodnie programowalnych
sterownikach TAC Xenta 401, 280, 511, 711 do których aplikacje mogą być
modyfikowane odpowiednio do potrzeb technologicznych węzłów cieplnych poprzez
program narzędziowy TAC Menta.
Topologia systemu
Webserver
TAC Xenta®
511
Webstation
Workstation
Workstation
Server
Sieć LONWORKS®
ScreenMate
TAC Xenta® 300/400
TAC Xenta® 100
Funkcjonalność systemu
System nadzoru TAC Vista
pozwala z poziomu operatora na:
- pełną kontrolę wszystkich
parametrów w grupowym węźle
cieplnym
- zdalne wprowadzanie zmian w
parametrach regulatorów,
krzywych grzewczych, nastaw
temperatury c.w.u., zadanych
ciśnień dyspozycyjnych do
sterowania pracą pomp
obiegowych
Funkcjonalność systemu
rejestracja parametrów
kształtowanie krzywej grzewczej
prezentacja parametrów w formie wykresu
rejestracja przepływu zimnej wody, oraz ubytków wody sieciowej
odczyt wskazań ciepłomierzy i wodomierzy
alarmy systemu monitoringu
dobowy raport parametrów eksploatacyjnych węzłów grupowych
podział zużycia ciepła co na mieszkania w budynku wielorodzinnym
sterowanie prędkości obrotowej pomp obiegowych, możliwość
zdalnego załączania
Monitoring węzłów indywidualnych
•
•
Modernizowane w ostatnich latach indywidualne węzły cieplne
przy okazji wymian sieci ciepłowniczej łączone są w grupy
poprzez kablową sieć LonWorks zintegrowaną z systemem
sterowania i monitorowania WEB serwerem sieciowym.
Rozwiązanie pozwala na obniżenie kosztów związanych z
opłatami za korzystanie z Internetu. Używając standardowej
przeglądarki internetowej, operator może łatwo przeglądać i
sterować urządzeniami w sieci LonWorks poprzez Internet lub
Ethernet bez zakupu dodatkowej licencji. Dotychczas w LPEC
zastosowano WEB serwery sieciowe i urządzenia
automatycznej regulacji trzech firm: TAC - Xenta 511 i 711,
Samson - Trovis Ethernet, Siemens - DESIGO, PXA 30.
Dotychczas włączono do systemu sterowania i monitoringu
213 szt. indywidualnych węzłów cieplnych co stanowi 30% ich
ogólnej liczby. Po zsumowaniu mocy zamówionej z
monitorowanymi obecnie w 100% węzłami grupowymi można
powiedzieć, że systemem sterowania i monitoringu w LPEC
objęte jest ok. 55% dostawy ciepła. Mając na uwadze, że
dostawa ciepła odbywa się w 70% przez węzły własne LPEC
jest to wskaźnik satysfakcjonujący.
Monitoring węzłów indywidualnych
schemat węzła indywidualnego c.o. + c.w.
Monitoring węzłów indywidualnych
tworzenie sieci kablowych
Ułożenie kabla wzdłuż nowej sieci
Telemetria sieci ciepłowniczej
Telemetria sieci ciepłowniczej
System nadzoru pracy sieci ciepłowniczej używany jest w Centrum Dyspozytorskim,
gdzie odbywa się bezpośrednia kontrola parametrów pracy sieci jak i zdalnego
sterowania magistralami ciepłowniczymi.
Wszystkie przełączenia na czas remontów, napełnianie i uruchamianie nowych lub
modernizowanych odcinków sieci odbywają się zawsze w oparciu o wskazania
systemu telemetrii.
Zastosowanie takiego rozwiązania pozwala na:
- bieżącą kontrolę parametrów pracy sieci: temperatur, ciśnień oraz przepływów
- dobór optymalnych parametrów pracy dla źródeł ciepła w zależności od warunków
pogodowych – kontrola mocy zamówionej
- szybkie reagowanie w przypadku awarii
- dopasowanie zapotrzebowania na ciepło poprzez analizę potrzeb odbiorców
- rejestracja danych umożliwiających optymalizację pracy systemu ciepłowniczego
- kontrola wskazań ciepłomierzy zainstalowanych w źródłach ciepła
- kontrola ubytków wody sieciowej poprzez wizualizację wskazań przepływomierzy w
źródłach ciepła
Schemat ideowy telemetrii i telemechaniki sieci cieplnych
Budowa systemu
•
Serwer OPC do komunikacji z modułami ICPDAS poprzez dzierżawione łącza
telefoniczne oraz do udostępniania pomiarów innym aplikacjom.
• Serwer MT Data Provider do komunikacji z modułami telemetrycznymi pracującymi
w sieci GPRS oraz do udostępniania pomiarów innym aplikacjom.
• Oprogramowanie Tag Engine generujące rejestrację parametrów, alarmów, zdarzeń
oraz umożliwiające dostęp osobom uprawnionym.
• Baza danych oparta na Microsoft SQL.
System obejmuje monitoring parametrów w 14 komorach ciepłowniczych w tym dwa
źródła ciepła w których monitorowane są wskazania ciepłomierzy oraz
przepływomierzy wody uzupełniającej.
Ponadto w dwóch komorach węzłowych w których realizowany jest wybór rejonów
zasilania z poszczególnych źródeł ciepła zastosowano telemechanikę.
Planowana jest dalsza rozbudowa systemu o kolejne komory ciepłownicze.
plan sieci magistralnych
-
komora ciepłownicza
parametry w elektrociepłowni
pomiar ciepła w elektrociepłowni
sterowanie zasuwami
rejestracja ubytków wody sieciowej
ubytki wody podczas awarii sieci
Monitoring sieci preizolowanych
•
•
•
Aktualnie w Spółce eksploatowanych jest:
256 odcinków sieci preizolowanej wyposażonej w instalacje alarmowe o łącznej
długości 67,3 km
w tym:
- w systemie impulsowym: 4 odcinki o łącznej dł. 1,3 km
- w systemie oporowym (BRANDES) 219 odcinki o łącznej
dł. 66 km sieci
W związku z podjętą decyzją od 2009 r. stosujemy w Spółce wyłącznie rury
preizolowane z instalacją alarmową opartą na metodzie określanej jako
rezystancyjny pomiar porównawczy (system BRANDES’a).
W 2013 roku wprowadzono zdalny całodobowy monitoring sieci ciepłowniczych na 10
odcinkach sieci, w roku bieżącym – na kolejnych 50 odcinkach. Maksymalna dł. pętli
pomiarowej – do 4 km. W układzie docelowym planowana jest wizualizacja miejsca
uszkodzeń w GIS. System pozwala na natychmiastowe reagowanie na powstałe
awarie na sieciach ciepłowniczych.
Monitoring sieci preizolowanych
Sprzęt pomiarowy
RISER BOND
1205 CX-A
Badanie
ciągłości pętli i
stanu
wilgotności
LEVR
LH 20S
Badanie
przerw pętli
LEVR
LSP 2RI
BRANDES
BS-POK
BRANDES
BS-MH3
Badanie miejsc zawilgocenia
Wykrywanie alarmów
Monitoring sieci preizolowanych
Rozwiązanie firmy Vector
Monitoring sieci preizolowanych
uszkodzenie płaszcza
Pomiar oporności pianki pętli alarmowej Onyksowa – marzec 2014r.
Monitoring sieci preizolowanych
Uszkodzenie rury ciepłowniczej w wyniku przewiertu Onyksowa – marzec 2014r.
Monitoring sieci preizolowanych
Uszkodzenie rury ciepłowniczej przez koparkę w rejonie ul. Krochmalnej – sierpień 2014r.
Monitoring sieci preizolowanych
Pomiar pętli alarmowej Wołodyjowskiego 4 – sierpień 2014r.
Monitoring sieci preizolowanych
zalanie studzienki
Pomiar oporności pianki pętli alarmowej Wołodyjowskiego 4 – kwiecień 2014r.
Integracja Telemetrii
•
•
•
•
W LPEC SA funkcjonuje na dzień dzisiejszy złożony system telemetrii, który
powstawał na przełomie kilkunastu ostatnich lat.
Historyczność podjętych decyzji montaż konkretnych rozwiązań i obecna
funkcjonalność powodują duże rozproszenie danych i centrów obsługi,
ograniczenia finansowe i komunikacyjne z jednej strony i biznesowa
konieczność rozszerzania monitoringu i telemetrii powodują, że możliwe jest
dalsze rozszerzanie rozwiązań, prawdopodobnie poprzez przesył GPRS.
Funkcjonalność systemu pokazała, że obecnie jego pełna integracja nie jest
potrzebna.
Docelowo powinno znaleźć się rozwiązanie umożliwiające zarządzanie
infrastrukturą z jednego miejsca, ale z pozostawieniem dedykowanym
użytkownikom obsługę poszczególnych segmentów.
Integracja Telemetrii
Obecnie planowana jest
integracja na bazie mapy
GIS firmy Globema, gdzie
poprzez odpowiednie
interfejsy wizualizowane
byłyby odpowiednio
dobrane dane
pozwalające na
całościowe zarządzanie
infrastrukturą z jednego
miejsca.
Odczyt układów pomiaroworozliczeniowych
Odczyty zdalne ciepłomierzy
•
•
Obecnie w LPEC S.A. odczytywanych i rozliczanych jest ponad 3800
ciepłomierzy z tego 3700 szt. zdalnie.
Wprowadzenie odczytu zdalnego poprzedziły następujące decyzje:
- wybór rejonu do odczytu radiowego;
- wybór ciepłomierzy dostosowanych do zdalnego odczytu,
- wybór dostawcy / operatora systemu zdalnych odczytów,
- rozbudowa istniejącego programu obsługowego,
- etapowość wprowadzania nowych rozwiązań.
Pierwszy etap historyczny
Odczyty radiowe „ obchodzone”
Odczyty realizowane były za pomocą
mikrokomputera Psion z przystawką radiową polegały na obchodzeniu danego rejonu bez
konieczności wchodzenia do pomieszczeń
węzłów w których były zainstalowane liczniki,
był to odczyt radiowy z bliskiej odległości.
W ten sposób było odczytywanych ok. 300
ciepłomierzy.
Obecnie system nie używany przez LPEC S.A
ze względu na wprowadzenie nowszego
rozwiązania.
Drugi etap odczyt radiowy i siecią komórkową
Odczyty liczników wysyłane są przez moduły
radiowe, połączone kablem z modułem
(płytka wewnątrz licznika).
Dane zbierane są droga radiową na
odległość do kilkuset metrów pomiędzy
licznikami a koncentratorem GSM (OKO firmy
AIUT) w paśmie wolnym od opłat o
częstotliwości 868 MHz.
Koncentrator
zawiera centralkę zbiorczą z modułem i kartą
SIM oraz antenę zewnętrzną.
Po zaszyfrowaniu dane przesyłane są siecią
komórkową (GPRS) na serwer firmy AIUT.
Rozwiązanie to umożliwia odczytywane
liczników co godzinę i bieżące przesyłanie
danych na serwer skąd pobierane są przez
program Kombit (serwer LPEC).
Program ten umożliwia też wstępną analizę
zużycia energii i innych parametrów w
zdalnych odczytach. Odczyty dostępne są też
bezpośrednio na stronie internetowej firmy
AIUT.
System ten został wdrożony w latach 2010 2012, dotyczy ok. 2100 liczników.
Drugi etap wykorzystanie TAC
Równocześnie z pierwszym wdrożeniem AIUT w latach 2010 – 2011 wykorzystano
system wizualizacji pracy węzłów do odczytywania danych z ciepłomierzy.
Przy okazji pobierania parametrów z węzłów cieplnych ( przepływy, ciśnienia oraz
temperatury) uzyskiwane są odczyty ciepłomierzy. Działanie tego systemu oparte jest
na sieci internetowej. Dotyczy to głównie dużych węzłów cieplnych. Dane są pobierane
automatycznie przez program Kombit .System ten umożliwia odczytywanie obecnie ok.
400 liczników ciepła.
Drugi etap odczyt siecią komórkową
Działanie systemu polega na zastosowaniu
modułów
GSM
montowanych
w
pomieszczeniu węzła cieplnego (w pobliżu
licznika) bez konieczności stosowania anten
zewnętrznych.
Odczyty z licznika z umieszczonym
modułem radiowym przesyłane są do modułu
GSM skąd podobnie jak poprzednio siecią
komórkową na serwer AIUT a następnie
pobierane przez program Kombit .
Rozwiązanie to umożliwia odczytywane
liczników co godzinę a odczyty są przesyłane
jedną paczka raz na dobę na serwer AIUT.
Jest to system informacji dwukierunkowej
Można też wysyłać informacje do modułu
GSM przy liczniku.
System ten został wdrożony w latach 2012 2013, dotyczy ok. 1200 liczników
Integracja odczytów
Wszystkie dane z układów pomiarowych
pobierane są przez program Kombit „
Pobieranie danych z serwisu” w sumie 3700
sztuk.
Narzędzie to umożliwia zdalną kontrolę
pracy ciepłomierza.
Dostępne są dane godzinowe lub dobowe
wskazań: energii, objętości, temperatury
zasilenia i powrotu, mocy chwilowej i
przepływu, kontrolę stanu baterii itp.
Możliwe jest generowanie wykresów np.
energii itp.
Odczyty zdalne przechowywane są
w
module Kombit „Pobieranie danych” skąd raz
na m-c w dniu odczytów rozliczeniowych są
przesyłane do modułu (Ewidencja odczytów i
liczników) gdzie po przeanalizowaniu i
poprawieniu błędów przesyłane są do
programu (modułu) fakturującego.
Zalety i wady odczytu zdalnego
•
•
Zalety:
- pewność pozyskiwania danych,
- dane odczytowe bez „ błędu odczytującego”,
- kontrola wskazań układu pomiarowego na komputerze,
- koniec problemów z „brakiem dostępu” do ciepłomierzy,
Wady:
- problem z uzyskaniem pozwolenia na montaż anteny z koncentratorem,
- rozładowywanie baterii w przelicznikach i modułach,
- brak zasięgu GSM ( piwnice, stare budownictwo - stropy, ściany)
- skuteczność odczytów odbiegająca od zakładanej, czasem poniżej 95%,
Perspektywa odczytów
•
•
Rozwój w celu poprawy efektywności odczytów.
Rozwój wymagań w zakresie udostępniania danych.
•
•
DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2012/27/UE
z dnia 25 października 2012 r.
•
•
2. W przypadku gdy państwa członkowskie wprowadzają inteligentne
systemy pomiarowe i rozpowszechniają inteligentne liczniki gazu ziemnego
lub energii elektrycznej zgodnie z dyrektywami 2009/72/WE i 2009/73/WE
oraz w zakresie, w jakim tego dokonują:
a) zapewniają, by systemy pomiarowe dawały odbiorcom końcowym
informacje na temat rzeczywistego czasu użytkowania i by przy ustalaniu
minimalnych parametrów funkcjonalnych liczników i obowiązków
nakładanych na uczestników rynku w pełni wzięto pod uwagę cele
efektywności energetycznej i korzyści dla odbiorców końcowych;
•Dziękujemy za uwagę