Opis istn.systemu

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