WAGOdirect energetyka 1/2014
Transkrypt
WAGOdirect energetyka 1/2014
direct energetyka czerwiec 2014 SMART GRID SMART GRID Wyroby, aplikacje i rozwiązania dla inteligentnych sieci przyszłości STEROWNIK DO TELETECHNIKI W WIRTUALNEJ ELEKTROWNI / str. 12 750 XTR EXTREMALNIE WYTRZYMAŁY STANDARD / str. 30 SPIS TREŚCI ELEKTROWNIE SOLARNE POD KONTROLĄ WAGO str. 4 BEZPIECZNA KONTROLA PRZEPŁYWU ENERGII str. 7 SIEĆ NA MIARĘ PRZYSZŁOŚCI str. 10 STEROWNIK DO TELETECHNIKI W WIRTUALNEJ ELEKTROWNI str. 12 DYSTRYBUCJA ENERGII Z INTELIGENCJĄ WAGO str. 15 NIEZALEŻNOŚĆ DZIĘKI TECHNICE TELESTEROWANIA str.17 STEROWNIK WAGO-I/O-SYSTEM W APLIKACJI TELESTEROWANIA str. 20 POMIAR MOCY W LOKALNYM ZASOBNIKU ENERGII str. 22 INTELIGENTNA SIEĆ ZASILAJĄCA KLUCZEM DO SUKCESU str. 24 TELESTEROWANIE PRZY POMOCY PFC200 str. 27 KOMPLEKSOWA ANALIZA SIECI ZASILAJĄCEJ str. 27 AUTOMATYZACJA INFRASTRUKTURY SIECI str. 28 750 XTR - EXTREMALNIE WYTRZYMAŁY STANDARD str. 30 / str. 30 2 WSTĘP Drogi Czytelniku, czy tego chcemy, czy nie, struktura wytwarzania energii i sposób jej przesyłu zmieniają się na naszych oczach. Trend nazywany „ideą sieci inteligentnych” lub „Smart Grid”, zapoczątkowany w Europie Zachodniej nieuchronnie zmierza również do Polski. Decentralizacja źródeł, prosumencki charakter odbiorców, elastyczny wybór dostawcy, rynek energii itp. to zjawiska, które z jednej strony mogą ułatwić życie konsumentom, chronić środowisko, ograniczać straty energii, ale z drugiej stawiają duże wymagania techniczne i organizacyjne dostawcom energii. Skutkiem tych zmian w systemie energetycznym jest konieczność monitorowania wszystkich lokalnych źródeł generacji, akumulowania i odbioru oraz konieczność elastycznego sterowania urządzeniami sieciowymi i pełna wiedza o aktualnym stanie sieci i jej bilansie energetycznym. Na szczęście wiele tych zagadnień jest już dzisiaj zamodelowanych i znalazło mniej lub bardziej efektywne rozwiązania. Decentralne systemy sterowania, przejmujące lokalne zarządzanie „kawałkami sieci” to jedna z możliwych opcji. Ponieważ WAGO w Niemczech od kilku lat uczestniczy w realizacji takich nowatorskich projektów, chcielibyśmy podzielić się z Państwem naszymi doświadczeniami z kilku aplikacji. Jednym z ciekawszych zagadnień są projekty budowy tzw. wirtualnych elektrowni, które stanowią kombinację wielu lokalnych mikroźródeł oraz odbiorców energii cieplnej i elektrycznej. Zostały one połączone w jeden, centralnie zarządzany organizm wykorzystywany do wyrównywania obciążeń sieciowych i bardzo elastycznego, wielokierunkowego przepływu energii cieplnej i elektrycznej. Warto zapoznać się z tym projektem, bo taki model mikrosystemu może wkrótce stać się standardem. Zachęcam Państwa również do lektury opisu wybranych aplikacji, przedstawiających ideę inteligentnych stacji dystrybucyjnych. Nie tylko dostarczają one informacji o stanie sieci, zużycia energii i urządzeń, ale również stanowią interfejs pomiędzy centrum dyspozycji a użytkownikiem oraz podłączanymi do sieci mikro- i odnawialnymi źródłami energii. Właściwości techniczne urządzeń WAGO, zwłaszcza nowej serii sterowników o zwiększonej odporności na oddziaływania środowiskowe – 750 XTR – oraz sterowników z komunikacją IEC 60870 i 61850 opisane zostały w artykułach produktowych. Nowa generacja komponentów WAGO doskonale wpisuje się w założenia rewolucji energetycznej Smart Grid! Zapraszam do lektury! Jacek Woźniak dyrektor rynków przemysłowych WAGO ELWAG direct energetyka 3 ELEKTROWNIE SOLARNE Zakłady energetyczne Halberstadtwerke realizują u techniki telesterowania dostarczanej przez WAGO. ■ Spółdzielnia mieszkaniowa Halberstadt wyznaczyła sobie ambitne cele: konsekwentnie wprowadza w coraz większym zakresie zasilanie lokali z odnawialnych źródeł energii. Licząca ponad 4000 członków spółdzielnia zdecydowała się na wykorzystanie powierzchni dachowych na instalacje fotowoltaiczne oraz wdrożenie pomp ciepła i urządzeń do kontrolowanej wentylacji i odzysku ciepła. Aby zrealizować wymogi redukcji mocy, określonej w ustawie o odnawialnych źródłach energii, inwestor sięgnął po rozwiązania do teletechniki od WAGO. Teraz już tylko wykonana z masywnego drewna klatka schodowa w czterokondygnacyjnym budynku jest oryginalna. Wszystko inne zostało zmodernizowane wg wymogów ochrony środowiska – przede wszystkim ze względu na redukcję zużycia energii. Uwagę zwracają głównie ciemne, lśniące połacie dachowe, Instalacja solarna na dachach czterech budynków w Halberstadt dostarcza przeszło 100 kW mocy, która zgodnie z ustawą o odnawialnych źródłach energii musi być zdalnie redukowana. 4 otaczające wewnętrzny dziedziniec. Instalacje fotowoltaiczne na czterech dachach domów na osiedlu dostarczają 100 kW mocy. Zainstalowała je firma DOMICIL Energiepartner GmbH – spółka należąca do spółdzielni mieszkaniowej w Halberstadt. Jej szef, Michael Zawisla, odpowiedzialny jest za kompleksowe wyposażenie techniczne budynków spółdzielni. ■ Odpowiedzialność operatorów sieci Moc powyżej 100 kW powoduje, że do rozmieszczonej na kompleksie budynków instalacji fotowoltaicznej zastosowanie znajdują postanowienia par. 6, ust. 2 EEG. Ustawa ta wymaga zastosowania urządzenia, pozwalającego na zdalną redukcję mocy zasilania. Ograniczenie to ma na celu przede wszystkim utrzymanie na stałym poziomie wartość napięcia w sieci rozdzielczej oraz zapobieżenie przeciążeniom. „Może się to zdarzyć na przykład w POD KONTROLĄ stawę o energii z odnawialnych źródeł przy użyciu czasie urlopów, gdy więksi odbiorcy ‒ czyli firmy ‒ znacznie zmniejszają pobór energii“, mówi Sven Bendix, kierownik zespołu ds. automatyzacji w zakładzie Halberstadtwerke. Jako przedsiębiorstwo komunalne obsługuje ono sieć energetyczną w regionie i jest odpowiedzialne za jakość dostarczanej energii. Halberstadtwerke coraz częściej wykracza poza tę rolę, oferując kompletne rozwiązania w zakresie sterowania i monitorowania instalacji do wytwarzania energii z odnawialnych źródeł, na przykład na dachach domów należących do lokalnej spółdzielni. Moduły telesterowania TO-PASS® WAGO zapewniają połączenie pomiędzy rejestratorami solarnymi, zainstalowanymi na dachach a sterownikiem do teletechniki WAGO ze zintegrowanym programem Web-Connector, w centrum dystrybucyjnym w zakładach miejskich. Jego rdzeniem jest specjalny blok funkcyjny dla środowiska CODESYS. TO-PASS® dostarcza sygnały, które są od- bierane przez Web-Connector, po czym przekładane na standardowy protokół do telesterowania. Dane te są wykorzystywane przez Halberstadtwerke do sterowania instalacjami fotowoltaicznymi. ■ Kompaktowa technika, pełna moc Rozwiązania oferowane przez WAGO są tak dopracowane, że wykorzystanie modułu TO-PASS® pozwala na korzystne cenowo sterowanie instalacjami o mocy znamionowej od 30 do 100 kW w oparciu o wartości rzeczywiste. W tym zakresie stosowane jest często ze względów cenowych komunikacja radiowa falami długimi. Takie rozwiązanie pozwala wprawdzie na uzyskanie redukcji mocy, lecz nie generuje komunikatu zwrotnego o faktycznych stanach eksploatacyjnych instalacji fotowoltaicznej. Przez zastosowanie TO-PASS® pojawiła się tutaj możliwość uzyskania direct energetyka 5 Rozdzielnica na dachu: TO-PASS® zapewnia kontakt z centrum dystrybutorskim drogą radiową. TO-PASS® pozwala na sterowanie również małymi instalacjami solarnymi. Autorzy rozwiązania stworzonego specjalnie dla klientów Halberstadtwerke: Sven Bendix (Halberstadtwerke), Manuel Schmidt (WAGO), Matthias Schöps (WGH-Techniker) i Michael Zawisla (DOMICIL) na wewnętrznym dziedzińcu osiedla. przy niewielkich nakładach finansowych rozwiązania o podobnie wysokiej funkcjonalności, jak ta wymagana w dużych instalacjach. Kompaktowe urządzenie TO-PASS® pracuje w sieci GSM jak zwykły telefon komórkowy. „Aby poniesione koszty nie były zbyt wysokie w stosunku do ilości energii uzyskanej ze źródeł solarnych, poszukiwaliśmy rozwiązania jak najkorzystniejszego cenowo“, opowiada Sven Bendix. „Musimy przecież zaoferować naszym odbiorcom energii rozsądną kosztowo technologię.“ Wydatki na sprzęt to tylko jeden aspekt inwestycji. Drugi wynika z miesięcznych opłat za połączenia. „Im częściej dane są przesyłane cyklicznie do nas, tym większa ich ilość. Dlatego doradzamy naszym klientom, aby od razu wybierali odpowiednie taryfy, gdyż rachunek nie będzie wtedy zaskoczeniem.“ ■ Komunikacja z systemem sterowania Na osiedlu firma DOMICIL Energiepartner GmbH umieściła centralną szafę rozdzielczą dla całego systemu sterowania wszystkimi czterema instalacjami rozmieszczonymi na dachach budynków. Czujniki indukcyjne przez cały czas mierzą aktualną wartość prądu. WAGO zaoferowało w tym zakresie czujniki przepływu prądu 789-620 o zakresie pomiarowym od 0 do 80 A oraz 789-621 o zakresie pomiarowym od 0 do 140 A. Te montowane na szynie urządzenia, nawlekane na przewody zasilające, przekazują wartości pomiarowe bezpośrednio do sterownika w celu dalszej analizy. Komunikacja z centrum dystrybucyjnym odbywa się na bazie znormalizowanych protokołów zgodnych z IEC 60870-5-101 do komunikacji szeregowej i wg IEC 60870-5-104 do komunikacji TCP/IP. Oprogramowanie Web-Connector w sterowniku WAGO do teletechniki pozwala na konwersję uzyskiwanych danych i transmisję zgodną z IEC 61850. Takie rozwiązanie zapewnia komunikację zorientowaną obiektowo, w przeciwieństwie do trybu komunikacji zorientowanego na sygnały zgodnie z IEC 60870. To oznacza, że umożliwia transmisję danych kompletnych obiektów tekstem nieszyfrowanym, zamiast przekazywania pojedynczych sygnałów. Obiektem takim może być na przykład kompletny wirnik siłowni wiatrowej lub – jak w przykładzie z Halberstadt – instalacja fotowoltaiczna całego osiedla. W takich przypadkach wykorzystywane są wymagania normy IEC 61850-7-420 o rozproszonych źródłach wytwarzania energii. W celu odpowiedniej konfiguracji telesterowania WAGO oferuje blok programowy, obsługiwany przy pomocy funkcji „drag-and-drop“, automatycznie przydzielający właściwe kody IEC. Tekst: Manuel Schmidt, WAGO Zdjęcia: WAGO WAGO oferuje kompaktowe i ekonomiczne rozwiązania do sterowania instalacjami fotowoltaicznymi zgodnie z wymogami ustawy o odnawialnych źródłach energii. TO-PASS® pozwala na korzystne cenowo sterowanie również mniejszymi instalacjami mocy od 30 do 100 kW. Czujniki przepływu prądu WAGO umożliwiają stałe pomiary prądu instalacji fotowoltaicznych podczas eksploatacji. 6 BEZPIECZNA KONTROLA PRZEPŁYWU ENERGII W wirtualnej elektrowni Vattenfall sterownik PFC200 do teletechniki komunikuje się z centrum dystrybutorskim przez OpenVPN. ■ Koncern Vattenfall Europe Wärme AG połączył w ramach wirtualnej elektrowni małe rozproszone jednostki wytwarzania energii tj. kompaktowe elektrociepłownie blokowe i sterowalne odbiorniki (np. pompy ciepła) w zespół urządzeń z elastyczną regulacją. Celem było stworzenie jednego, centralnie zarządzanego organizmu, wykorzystywanego do wyrównywania tymczasowych obciążeń sieciowych, elastycznego, wielokierunkowego przepływu energii cieplnej i elektrycznej oraz lepszego zintegrowania w sieciach zasilających energii z odnawialnych źródeł. Do sterowania rozproszonymi źródłami i urządzeniami do magazynowania energii stosowane są komponenty WAGO do automatyzacji procesów przemysłowych, m.in. sterownik PFC200 do teletechniki. W ramach rewolucji energetycznej w Niemczech przebudowuje się niemal cały system energetyczny. Sukcesywnie odchodzi się od centralnie sterowanego układu bazującego na wielkich elektrowniach na rzecz rozproszonego systemu z wieloma małymi podsystemami, w których generacja oparta jest na mikroźródłach, np. kompaktowych elektrociepłowniach blokowych. Największym wyzwaniem jest niestabilna i trudna do zaplanowania produkcja energii ze źródeł odnawialnych, takich jak słońce i wiatr. Aby zapewnić bezpieczeństwo i stałość dostaw prądu, konieczne są rozwiązania do sterowania i magazynowania energii. Wirtualna elektrownia stworzona przez Vattenfall to rozwiązanie bazujące na łatwej do magazynowania formie energii, jaką jest ciepło. ■ Wirtualna sieć gwarancją stabilności systemu Vattenfall w ramach wirtualnej sieci łączy w jeden wielki zespół wytwarzające prąd kompaktowe elektrociepłownie blokowe i zużywające energię pompy ciepła. Wirtualna elektrownia realizuje dwa zadania, których nie udało się do tej pory pogodzić w tradycyjnym systemie: ułatwia włączenie do systemu dostaw energii i ciepła z odnawialnych źródeł i zapewnia wyrównanie nadwyżek i niedoboru mocy w sieci. Jeżeli z wiatru i słońca uzyska się mniej Kompaktowe elektrociepłownie blokowe wytwarzają prąd i ciepło na zasadzie skojarzonej gospodarki energetycznej. Urządzenia pracują dzięki temu bardzo efektywnie i pozwalają na wykorzystanie paliwa w przeszło 90%. prądu, niż było to przewidywane, to opalane gazem elektrociepłownie blokowe wytworzą brakujące kilowatogodziny, a przy okazji wyprodukują ciepło, które zostanie lokalnie zużyte lub zmagazynowane. W przypadku nadwyżek energii w sieci włączane są zużywające jej nadmiar pompy ciepła. Do wirtualnej elektrowni Vatenfall podłączony jest również zasobnik energii o pojemności 2 MW. Może on magazynować nadmiar prądu i ponownie przekazywać go do sieci. System baterii akumulatorów udostępnia energię do regulacji obciążenia w sposób wyjątkowo elastyczny i ekologiczny. Każdy zaoszczędzony MW pozwala na zmniejszenie rocznej emisji CO2 o 2500 ton. ■ W perspektywie podłączenie kolejnych instalacji Centralne zarządzanie wirtualną siecią odbywa się w centrum dystrybucji ciepła Vattenfall w Berlinie. Tam monitorowane, sterowane i regulowane są nie tylko duże elektrociepłownie przedsiębiorstwa, ale również rozproszone instalacje. direct energetyka 7 ■ Sterowniki WAGO podstawą projektu W połowie 2013 roku ponad 150 tys. gospodarstw mieszkalnych Berlina i Hamburga korzystało z energii dostarczanej przez wirtualną elektrownię. Od rozpoczęcia projektu sterowniki WAGO do teletechniki zapewniają komunikację między rozproszonymi instalacjami a centrami dystrybucji ciepła. Vattenfall zdecydował się na WAGO, gdyż sterowniki miały pochodzić od renomowanego producenta. Miały być ponadto kompaktowe, programowalne i elastyczne oraz umożliwiać komunikację zgodnie z IEC 608705-104. Modularna budowa oraz uniwersalność stosowania sterowników WAGO to kolejne atuty, które przemawiały za tym wyborem. Od tamtego czasu za pomocą sterowników WAGO (750-872 i 750-880) do systemu podłączono około 100 rozproszonych instalacji. Przy pomocy komputera przemysłowego WAGO do teletechniki centrum dystrybucji uzyskało komunikację także z zasobnikiem akumulatorowym 2 MW. Komputer przemysłowy z masterem PROFIBUS (758-875) odczytuje dane procesowe ze sterownika S7 umieszczonego w urządzeniu do magazynowania energii, przekształca je na protokół IEC 60870 i udostępnia w ten sposób zasobnik w systemie sterowania. W przetargu na wykonanie kompletnie oprzewodowanych rozdzielnic systemowych do rozproszonych elektrociepłowni blokowych i pomp ciepła firma WAGO okazała się znaczącym dostawcą. W 163 rozdzielnicach systemowych będzie montowana nowa generacja sterowników PFC200. Standardowa konfiguracja to sterownik PLC do teletechniki (750-8202/025-001) wraz z modemem GSM, modułami wejść i wyjść dwustanowych i analogowych, zasilaczem EPSITRON® COMPACT Power oraz anteną ze stopką magnetyczną. Nowy kompaktowy sterownik PFC 200 WAGO to optymalna wydajność i wysoki poziom bezpieczeństwa. ■ Duża moc w kompaktowym opakowaniu PFC200 wchodzący w skład WAGO-I/O-SYSTEM 750 dzięki technologii Cortex A8 zapewnia wysoką moc obliczeniową przy niewielkich gabarytach urządzenia. Do komunikacji z systemami sterowania służą dwa złącza ETHERNET oraz – w zależności od wariantu – również dodatkowe interfejsy: CAN, PROFIBUS, RS-232/RS-485. Nowy sterownik do teletechniki jest programowalny zgodnie z IEC 61131, wspiera protokół telesterowania IEC 60870-5-104 (komunikacja po TCP/IP) i IEC 60870-5-101 (komunikacja szeregowa) oraz zapewnia komunikację zgodnie z IEC 61850. Środowisko programistyczne CODESYS umożliwia zaprogramowanie sterownika oraz wizualizację procesów. PLC oferuje Oprzewodowane rozdzielnice systemowe WAGO służą do kompleksowego sterowania urządzeniami i wyposażone są w sterowniki PFC200 do teletechniki z podłączonymi modułami wejść i wyjść dwustanowych. Takie rozwiązanie pozwala skrócić czas montażu i wyeliminować błędy montażowe. 8 dwa interfejsy ETHERNET dla bazującego na TCP/IP protokołu 104 i interfejs szeregowy dla protokołu 101. Do uzyskania komunikacji IEC stworzono oprogramowanie, które wymaga jedynie parametryzacji. W razie awarii komunikacji program sterownika zapewnia samoczynną regulację procesu dostarczania ciepła. PFC200 oblicza ilość energii zmagazynowanej w zasobniku ciepła (w kWh) i przekazuje informację do centrum dystrybucyjnego. Stąd raz dziennie wysyłany jest do sterownika harmonogram samoczynnego sterowania podłączonymi agregatami przez kolejne 24 godziny. ■ Bezpieczeństwo w każdym calu Oprócz wysokiej wydajności PFC200 zapewnia również wysokie bezpieczeństwo informatyczne. Możliwe jest zbudowanie bezpośrednio w sterowniku (przez Open-VPN lub IPsec) tunelu VPN do cyfrowej transmisji danych pomiędzy PLC a centrum dystrybucji. Nie jest potrzebne podłączanie rutera GSM VPN. To nie tylko zwiększa bezpieczeństwo, lecz oznacza znaczną redukcję kosztów. Teraz komunikacja z centrum dystrybucji możliwa jest przez zwykły modem GSM. WAGO-I/O-SYSTEM odpowiada poza tym wymogom najnowszej wersji (3.0) otwartego standardu przemysłowego dla rozproszonych instalacji zasilających - VHP-Ready (Virtual Heat & Power Ready), opracowanego przez Vattenfall. Ten standard techniczny do obsługi elektrociepłowni blokowych i pomp ciepła umożliwia łatwą integrację w ramach wirtualnej elektrowni. Urządzenia spełniające wymagania techniczne VHP-Ready można podłączać do instalacji bez obaw o problemy z komunikacją i zarządzaniem. Wraz z firmą Fraunhofer FOKUS koncern Vattenfall pracuje nad dalszym rozwojem tego standardu - wspólnie planują założenie forum przemysłowego VHP-Ready, w którym będą mogli uczestniczyć kolejni partnerzy rynkowi. ■ Podsumowanie Wirtualna elektrownia Vattenfall łączy rozproszone instalacje wytwarzające energię, takie jak elektrociepłownie blokowe, pompy ciepła oraz zasobniki energii 2 MW, w jeden elastycznie regulowany system z centralnym sterowaniem. Pozwala on również w optymalny sposób włączać do systemu energię z odnawialnych źródeł. Udział w wirtualnej elektrowni zapewni klientom Vattenfall bezpieczeństwo energetyczne, efektywną pracę urządzeń oraz bezpośredni wkład w ochronę klimatu. Wirtualna elektrownia już od roku 2010 wykorzystuje komponenty WAGO dla automatyki. Istotnym elementem jest tutaj sterownik PFC200 do teletechniki z komunikacją IEC. To kompaktowe, a przy tym wydajne urządzenie zapewnia zaszyfrowaną komunikację z urządzeniami rozproszonymi poprzez protokół IEC 60870-5-104. Tekst: Daniel Wiese, WAGO Zdjęcia: Vattenfall, WAGO WAGO-I/O-SYSTEM odpowiada najnowszej wersji (3.0) otwartego standardu przemysłowego VHP-Ready. PFC200 (750-8202/025-001) pozwala na zbudowanie przez OpenVPN lub IPsec tunelu VPN do komunikacji z centrum dystrybutorskim. Połączenie zasobnika akumulatorowego 2 MW z centrum dystrybutorskim przez IPC WAGO do teletechniki (758-875). direct energetyka 9 SIEĆ NA MIARĘ PR Pilotażowy projekt prowadzony przez firmę SWO Netz GmbH miał na założonego budżetu przy zastosowaniu inteligentnych technologii. ■ Czy wykorzystanie inteligentnych urządzeń pozwoli uniknąć kosztów związanych z niezbędnymi pracami ziemnymi podczas konwencjonalnej rozbudowy sieci? To pytanie zadała sobie firma SWO Netz GmbH z Osnabrück, realizująca pilotażowy projekt Smart Grid. Wśród zastosowanych rozwiązań znalazło się tam również WAGO z komponentami przeznaczonymi do tworzenia inteligentnej sieci zasilającej. Projekt pilotażowy Smart Grid w Osnabrück rozpoczęto pod koniec 2012 roku od 60 budynków, 125 mieszkań i 7 układów wykorzystujących odnawialne źródła energii, dostarczających do sieci 38 kW mocy. Sieć tych zakładów miejskich należy pod względem jakości zasilania i rozwiązań technicznych do czołowej piątki w Niemczech. „Jest to dla nas dodatkowa motywacja, aby dzięki energii odnawialnej zachować pozycję lidera. Wdrażając pilotażowy projekt Smart Grid chcemy sprawdzić, w jakim zakresie mamy w przyszłości inwestować w inteligentne urządzenia“, mówi Heinz-Werner Hölscher, dyrektor SWO Netz GmbH. „Komponenty WAGO, dzięki swojej kompaktowej budowie, spełniają nasze wymagania. Moduł pomiaru mocy 3-fazowej z możliwością analizy wyższych harmonicznych, przekonał nas swoją funkcjonalnością“, wyjaśnia Christian Drecksträter. ■ Efektywna technika pomiarowa i telesterowanie Na potrzeby projektu pilotażowego, w odpowiednią technikę pomiarową i komponenty telesterowania zostało wyposażonych pięć rozdzielczych szaf kablowych i jedna stacja transformatorowa. W kompaktowych szafach rozdzielczych nie było zbyt wiele miejsca na dodatkowe urządzenia. Firma SWO zapoznała się z ofertą kilku producentów i ostatecznie zdecydowała się na WAGO. „Naszym celem było wykorzystanie istniejącej infrastruktury i jej uzupełnienie o nową technikę. Komponenty WAGO, dzięki swojej kompaktowej budowie, spełniają nasze wymagania. Nowa wersja modułu do pomiaru mocy 3-fazowej, umożliwiająca analizę wyższych harmonicznych, przekonała nas także swoją funkcjonalnością“, uzasadnia swoją decyzję kierownik projektu, Christian Drecksträter z SWO Netz GmbH. Niezależny od typu sieci obiektowej WAGO-I/O-SYSTEM, oferujący w jednym module o szerokości 12 mm nawet 16 kanałów, to jeden z najbardziej kompaktowych systemów na rynku. Modularna konstrukcja pozwala zastosować wyłącznie komponenty niezbędne do danego zadania. Oprócz 16-kanałowych modułów wejść i wyjść dwustanowych, oferta obejmuje także moduły specjalne, jak na przykład moduł pomiaru mocy 3-fazowej czy różnego typu moduły I/O do monitorowania szaf rozdzielczych lub stacji transformatorowych. Sterowniki WAGO do teletechniki mogą być stosowane do komunikacji zgodnej z IEC 60870-5-101, -103, -104, IEC 61850 i wieloma innymi standardowymi protokołami, np. MODBUS. Moduły pomiaru mocy 3-fazowej (750-49x) odczytują wartości prądu i napięcia dla każdej z trzech faz, obliczają zużycie energii i dostarczają dodatkowe dane: od współczynnika mocy, po moc bierną i pozorną. Oprócz pomiaru zużycia energii, moduły z analizą wyższych harmonicznych oferują także inne funkcje kompleksowej analizy sieci zasilającej, które pozwalają na zlokalizowanie zakłóceń w sieci oraz rejestrację wartości szczytowych. Analiza 4-kwadrantowa dostarcza informacji o rodzaju obciążenia (indukcyjne, pojemnościowe) oraz charakterze pomiaru (odbiorca, generator). Kompaktowa konstrukcja WAGO-I/O-SYSTEM w pełni odpowiadała oczekiwaniom firmy SWO Netz GmbH. Sterowniki do teletechniki WAGO obsługują nie tylko IEC 60870-5-101/-103/104, lecz także IEC 61850. Moduły pomiaru mocy 3-fazowej dostarczają wszystkie istotne wartości napięcia i prądu dla każdej z trzech faz. 10 RZYSZŁOŚCI celu sprawdzenie, czy możliwa jest modernizacja sieci zasilania w ramach ■ Pilotażowy projekt Smart Grid W projekcie zastosowano sterowniki ETHERNET (750-880), moduł pomiaru mocy 3-fazowej (750-494) i przekładniki prądowe z serii 855. Zadaniem takiego rozwiązania było monitorowanie trzech faz, odczyt przez każdy moduł WAGO 215 wartości pomiarowych, które następnie przesyłane były do centrum dyspozytorskiego i zapisane w bazie danych. Przebieg procesów można było obserwować także w czasie rzeczywistym przez Internet. Tekst: Martin Ortgies Zdjęcia: WAGO W pierwszej fazie projektu sieć zasilająca została wyposażona w technikę WAGO do pomiarów odbiorników i urządzeń zasilających. Zastosowano w niej sterowniki ETHERNET, moduł pomiaru mocy 3-fazowej, czujniki rezystancyjne Pt100 i cewki Rogowskiego. „Projekt pilotażowy Smart Grid był reprezentacyjny dla realizacji naszej miejskiej polityki energetycznej i miał pomóc odpowiedzieć na pytania o dalszą rozbudowę sieci. Chcieliśmy sprawdzić, czy dzięki inteligentnym technologiom uda się zmodernizować sieć zasilającą bez przekraczania budżetu“, mówi Christian Drecksträter z firmy SWO Netz GmbH. Dzięki takim inteligentnym stacjom do sieci lokalnej włączane są dodatkowe urządzenia pomiarowe, zabezpieczające i sterujące. Dotychczasowe projekty pilotażowe pokazały, że rozbudowa rozproszonych, inteligentnych systemów może być alternatywą dla konwencjonalnej rozbudowy sieci, bo krytyczne obciążenia sieci zdarzają się tam tylko przez kilka godzin w roku. direct energetyka 11 STEROWNIK DO TELETECHNIKI Instytut Transferstelle Bingen wybrał sterownik do tele do automatyzacji sieci przesyłowych i dystrybucyjnych 12 É É É pompa ciepła É ■ Rozproszone źródła energii w wirtualnej elektrowni Od jesieni 2010 w sieci działają dwie wirtualne elektrownie TSB. Obydwie łączą obecnie około 100 rozproszonych generatorów energii, tj. kompaktowe elektrociepłownie blokowe, agregaty awaryjnego zasilania i turbiny gazowe, tworząc elektrownię o łącznej mocy przekraczającej 20 MW. Energia wytworzona przez ten kompleks jest sprzedawana przez jedno z przedsiębiorstw elektroenergetycznych jako energia do regulacji systemu, służąca do wyrównywania wahań obciążeń lub odstępstw od prognoz na giełdzie energetycznej. Wyzwanie technologiczne, przed jakim stanęło TSB, polegało na połączeniu rozproszonych generatorów w jedną elektrownię z jednolitym systemem sterowania i monitorowania. W efekcie jedna centralna placówka stale monitoruje pracę wszystkich instalacji w systemie, zarządza awariami, udostępnia sygnały oraz włącza i wyłącza urządzenia. Firma TSB zyskała już bogate doświadczenie w zakresie monitorowania i sterowania systemami Smart Grid. Przy tej okazji zainteresowała się bliżej WAGO jako dostawcą komponentów do systemów automatyki i modularnych sieci obiektowych. Między firmami nawiązała się już stała współpraca, bazująca na wykorzystaniu między innymi sterownika do teletechniki 750-872. kompaktowa elektrociepłownia blokowa É Na zlecenie kraju związkowego Nadrenia-Palatynat TSB stworzyło Centrum Kompetencji Smart Grid/Wirtualne Elektrownie, którego zadaniem jest nadzorowanie rozwoju sieci dystrybucyjnej. Centrum to skupia się na opracowywaniu praktycznych projektów technologicznych, m.in. z dziedziny Smart Grid, wirtualnych elektrowni, przepływu energii do regulacji obciążenia systemu, zasobników energii oraz bilansowania popytu i podaży prądu w systemie. É É ■ Inteligentne sterowniki do zarządzania rozproszonymi instalacjami wytwarzania energii w ramach jednego systemu Smart Grid ‒ to główny obszar zainteresowań Transferstelle Bingen (TSB). Aktualny projekt TSB dotyczy systemu sterowania dla wirtualnej elektrowni. Na jego potrzeby TBS szukało odpowiedniego sterownika do teletechniki. akumulator ciepła ciepło prąd Wiele mikro-elektrowni połączono w jedną wirtualną elektrownię: po pierwsze, aby udostępnić energię do regulacji, po drugie zaś, aby móc ją sprzedawać na giełdzie energii. W WIRTUALNEJ ELEKTROWNI É e techniki WAGO z komunikacją IEC kocioł peletowy É É É É siłownia fotowoltaiczna panele solarne Schemat wirtualnej elektrowni 13 ■ Telesterowanie w wirtualnej elektrowni Po zakończeniu licytacji na giełdzie energetycznej moc wirtualnej elektrowni należy utrzymywać w „stanie gotowości“. Następnie czeka się na zgłoszenie zapotrzebowania przez operatora sieci przesyłowej. Wtedy system sterowania TSB uruchamia podłączone rozproszone systemy. W trakcie procesu uruchamiania monitorowana jest moc, na podstawie wartości pomiarowych z poszczególnych jednostek tworzone są sumaryczne zestawienia i przekazywane do centrali sterowania jako wartości minutowe. Wymaga się, aby wirtualna elektrownia najpóźniej w ciągu 15 minut osiągnęła maksimum swojej wydajności. Sterownik do teletechniki WAGO zapewnia transmisję wartości pomiarowych do operatorów sieci oraz umożliwia zdalne sterowanie urządzeniami do generacji energii. Przy wyborze najodpowiedniejszej techniki telesterowania TSB zdefiniowało szereg kryteriów i przetestowało wiele urządzeń. Konieczne było spełnienie wymagań technicznych stawianych przez operatorów sieci przesyłowych, jak również wymogów Smart Grid wirtualnej elektrowni. Ważnym aspektem przy podłączeniu do centrali dystrybucyjnej operatora sieci był przede wszystkim format protokołu IEC. Sieć TSB zakładała transmisję TCP/IP (MODBUS). W sterowniku do teletechniki dane z formatu IP miały być przetwarzane na format IEC. Kolejnym zadaniem było protokołowanie usterek oraz ich wizualizacja przez interfejs WWW sterownika. Cały proces musiał być ponadto sprawdzony pod kątem bezpieczeństwa i niezawodności oraz zmieścić się w budżecie przewidzianym dla małych, rozproszonych instalacji. Okazało się, że technika oferowana przez WAGO jest optymalnym wyborem, pozwalającym na spełnienie wszystkich wymagań. direct energetyka 13 ■ Teletechnika i automatyzacja w systemach Smart Grid „Zdecydowaliśmy się na sterowniki do teletechniki WAGO, gdyż zapewniają one komunikację IEC i idealnie nadają się do automatyzacji sieci przesyłowych i dystrybucyjnych. Poza tym WAGO zaoferowało najbardziej korzystny stosunek ceny do wydajność systemu“, wyjaśnia kierownik projektu Wirtualnej Elektrowni w TSB, Tobias Langshausen. Jak bowiem pokazuje doświadczenie, innowacyjna technika telesterowania jest najlepsza dla potrzeb Smart Grid. Sterownik WAGO zapewnia obsługę protokołów teletechniki IEC 60870-5-101 (komunikacja szeregowa) IEC 60870-5-104 (komunikacja po TCP/IP) lub IEC 61850 do zabezpieczeń i komunikacji w systemach stacyjnych układów średniego i wysokiego napięcia, np. w elektrowniach wiatrowych (IEC 61400) lub rozproszonych źródłach energii (IEC 61850-7-420). Sterownik WAGO do teletechniki wchodzi w skład modularnego systemu I/O, niezależnego od typu sieci obiektowej umożliwiającego podłączanie sygnałów z czujników i elementów wykonawczych. System ten od lat jest z sukcesem stosowany w automatyce przemysłowej. Wartości pomiarowe z obiektu są rejestrowane przez podłączone do sterownika moduły I/O. Zróżnicowane wymagania w przemyśle sprawiły, że oferta obejmuje teraz przeszło 400 różnych modułów I/O. Zaletą systemu jest również bezpośrednie tworzenie magistrali zasilającej, dzięki czemu nie potrzeba w rozdzielnicy miejsca na dodatkową listwę zaciskową. Moduły I/O pozwalają również na zintegrowanie z systemem dodatkowych funkcjonalności, na przykład zadań automatyki budynkowej. . praktyce. „Dużą zaletą jest dla nas elastyczność, jaką zapewnia ta technologia. System bazuje na przejrzystych zasadach i umożliwia realizację praktycznie wszystkich zadań“, mówi kierownik projektu. W jego opinii sterownik do teletechniki pracuje niezawodnie, a jego obsługa jest logiczna i jednoznaczna. Pozwala również na spełnienie wymogów stawianych przez operatorów sieci przesyłowej. Z perspektywy TSB czynnikiem decydującym o elastyczności systemu jest jego modularna budowa. Ponieważ w systemie modularnym dla każdego sygnału przewidziany jest osobny moduł, do sterownika można podłączyć dowolną ich liczbę i dane odczytywać przy użyciu jednego tylko rejestru. Również programowanie, parametryzacja i wizualizacja przy użyciu CODESYS (Code Development System od 3S-Smart Software Solutions GmbH) jest ‒ jak potwierdza kierownik projektu ‒ prosta i logiczna. Bardzo pomocne są przy tym zintegrowane w CODESYS przykładowe projekty i biblioteki. Tekst: Volker Allgeier, WAGO Zdjęcia: WAGO ■ Technika niezawodna i elastyczna „Ponieważ jesteśmy stosunkowo niewielkim instytutem, nie jest nam łatwo przebić się z wymaganiami u dużych producentów. Tym większą niespodzianką było dla nas wsparcie uzyskane od WAGO. Nasze pomysły i doświadczenia w zakresie Smart Grid zostały od razu podchwycone i zrealizowane przez dział rozwoju produktów“, opowiada Christian Pohl, dyrektor TSB. Dobre wsparcie pomogło nam w szybkim rozwiązywaniu wszystkich problemów. Zdaniem TSB sterownik do teletechniki sprawdził się również w Z perspektywy TSB czynnikiem decydującym o elastyczności systemu jest jego modularna budowa. Ponieważ w systemie modularnym dla każdego sygnału przewidziany jest osobny moduł, do sterownika można podłączyć dowolną ich liczbę i dane odczytywać przy użyciu jednego tylko rejestru. Teletechnika WAGO zapewnia niezawodną transmisję wartości pomiarowych do operatorów sieci przesyłowych. Telesterowanie spełnia wymagania techniczne operatorów sieci przesyłowych i wymogi Smart Grid wirtualnej elektrowni. TSB doceniło modularną budowę i elastyczność zastosowań WAGO-I/O-SYSTEM. 14 DYSTRYBUCJA ENERGII Z INTELIGENCJĄ WAGO Efektywne wykorzystywanie energii elektrycznej oraz konieczność zapewnienia coraz wyższej jakości zasilania zmusza właścicieli sieci do stałej modernizacji infrastruktury elektroenergetycznej. ■ Aby sprostać nowym wyzwaniom i potrzebom, przedsiębiorstwa energetyczne inwestują w nowe technologie. Obecnie każdą nowoczesną inwestycję standardowo wyposaża się w urządzenia do zdalnego monitorowania elementów składowych i sterowania całym układem. Automatyzowana jest infrastruktura dystrybucyjna i przesyłowa zarówno w energetyce zawodowej, jak i zakładach przemysłowych. Niewątpliwie duży wpływ na zachodzące zmiany miało uruchomienie w naszym kraju pilotażowego projektu inteligentnych sieci i systemów pomiarowych (Smart Grid i Smart Metering). Firma WAGO od lat przyglądała się i analizowała zmiany zachodzące w energetyce i aktywnie włączyła się w proces przemian, dostarczając zaawansowane technologicznie produkty do monitorowania stanu obiektów i sterowania urządzeniami. WAGO-I/O-SYSTEM to niezwykle różnorodny, elastyczny, ale przede wszystkim modularny systemu sterowania, który zawiera specjalizowane komponenty stosowane z powodzeniem w energetyce, budownictwie, transporcie, górnictwie oraz wielu innych gałęziach przemysłu. System zapewnia dużą swobodę projektowania zarówno na pierwszym etapie tworzenia aplikacji, jak również przy jej rozbudowie. Niezawodność działania została potwierdzona aprobatami jednostek certyfikujących oraz praktycznymi realizacjami na wielu obiektach energetycznych i przemysłowych, niejednokrotnie w bardzo trudnych warunkach środowiskowych. ■ Monitorowanie stacji elektroenergetycznej SN/nn WAGO opracowało modelowe rozwiązanie dla automatyki pracy stacji energetycznych SN/nn oraz monitorowania odnawialnych źródeł energii elektrycznej. Umożliwia ono prostą i niskokosztową instalację urządzenia na istniejącym już obiekcie. Do pomiaru prądów wykorzystane zostały cewki Rogowskiego (elastyczne cęgi prądowe o prądach znamionowych 500 A i 2000 A, owijane wokół szyn lub przewodów), w związku z czym stacja nie musi być przebudowywana dla zamontowania przekładników prądowych. Obwody pomiarowe montuje się w łatwy sposób, bezpośrednio na szynach w rozdzielnicy, a gabaryty urządzenia nie stwarzają problemu ze znalezieniem miejsca do jego zainstalowania. Wszystkie sygnały z monitorowanego obiektu dołączone są do sterownika PLC za pomocą modularnych wejść/ wyjść analogowych oraz dwustanowych. Taka konfiguracja zapewnia realizację pomiarów bilansujących, sygnalizację stanów łączników na stacji oraz ich zdalne sterowanie. Pomiary napięć, prądów, energii Zestaw monitorujący pracę odnawialnych źródeł energii czynnej i biernej, współczynnika mocy, częstotliwości oraz zawartości harmonicznych, a także inne zdarzenia obiektowe (sygnalizacje i sterowania) są archiwizowane w pamięci urządzenia wraz ze stemplem czasowym i mogą być przesyłane do użytkownika wg indywidualnie zdeklarowanych reguł, utworzonych w procesie parametryzacji. direct energetyka 15 Kompletny zestaw WAGO do monitorowania pracy stacji elektroenergetycznej SN/nn Komunikacja z urządzeniem realizowana jest za pośrednictwem łączności bezprzewodowej. Do tego celu wykorzystany został ruter GPRS ze standardowymi protokołami transmisji, np. IEC 60870, IEC 61850, Modbus TCP/RTU, Ethernet IP. Dodatkowo, dzięki zabudowanemu w sterowniku serwerowi WWW, urządzenie pozwala na prostą i darmową wizualizację stanu pracy stacji (wykonaną w sterowniku, a dostępną poprzez sieć Ethernet i przeglądarkę internetową). Zasilanie układu odbywa się przez zespół UPS złożony z zasilacza impulsowego 230 V AC/24 V DC oraz akumulatorów. Zespół ten jest również monitorowany przez sterownik, a informacje o stanie pracy zespołu oraz innych urządzeń, wysyłane do systemów nadrzędnych SCADA, mogą być niezwykle pożyteczne w późniejszej eksploatacji. Serwer WWW pozwala użytkownikowi na tworzenie własnych stron HTML, umożliwiając w ten sposób kreowanie prostych narzędzi diagnostycznych, szczególnie przydatnych podczas uruchomienia stacji i przy zarządzaniu jej pracą. ■ Monitoring i sterowanie pracą odnawialnych źródeł energii Coraz większy problem dla dystrybutorów energii stanowią w ostatnich latach podłączane do sieci mikroźródła oraz odnawialne źródła energii. Rozpoczęty kilkanaście lat temu proces wiąże się z coraz bardziej skomplikowaną integracją różnorodnych technologii i urządzeń w ramach jednego systemu. Zapewnienie odpowiedniej jakości dostarczanej użytkownikowi energii elektrycznej wymaga ścisłego monitorowania takich obiektów oraz zachowania wpływu na zachodzące tam procesy generowania. Przy wykorzystaniu komponentów WAGO-I/O-SYSTEM możliwe jest stworzenie bardzo ekonomicznego i elastycznego rozwiązania do przekazywania informacji o stanie pracy źródeł odnawialnych (biogazownie, turbiny wiatrowe, farmy fotowoltaiczne, itp.) przy jednoczesnym zdalnym sterowaniu pracą obiektu oraz redukcją generowanej energii w kilku zadeklaro- Programy aplikacyjne WAGO do pomiarów parametrów sieci 16 wanych stopniach. Integracja systemu technologicznego wytwórcy z systemem dyspozytorskim spółki dystrybucyjnej odbywa się z wykorzystaniem wspomnianych wcześniej standardów komunikacyjnych. Przedstawione rozwiązania to tylko wybrane przykłady realizacji projektów automatyzacji infrastruktury elektroenergetycznej z wykorzystaniem WAGO-I/O-SYSTEM. Paleta urządzeń oferowanych przez WAGO oraz aplikacji energetycznych jest niezwykle bogata. Tekst: Marcin Surma, WAGO ELWAG Zdjęcia: WAGO NIEZALEŻNOŚĆ DZIĘKI TECHNICE TELESTEROWANIA Gateway do teletechniki WAGO udostępnia centrum dyspozytorskiemu dane z nawet 64 stacji telesterowania, niezależnie od wykonawcy obiektu i zastosowanej wewnętrznej sieci komunikacyjnej. ■ We wszystkich sieciach zaopatrujących odbiorców w media wodę, prąd lub gaz - wzrasta dziś znaczenie lokalnych dostawców oraz konieczność zapewnienia jednorodności systemu sterowania. W związku z tym coraz większym wzięciem cieszą się inteligentne, elastyczne rozwiązania do telesterowania. WAGO oferuje w tym zakresie nowe, kompaktowe gatewaye do telesterowania, umożliwiające podłączenie do systemu w ramach otwartej struktury nawet 64 podstacje. Dzięki nim użytkownicy zyskują niespotykaną dotychczas niezależność, przejrzystość i efektywność. Dynamiczna rozbudowa energetyki odnawialnej spowodowała znaczny wzrost liczby rozproszonych producentów energii. Trend ten powoduje odejście od tradycyjnych sieci energetycznych z centralnym wytwarzaniem energii w stronę struktury z licznymi, heterogenicznymi instalacjami, jak np. kompaktowe elektrociepłownie blokowe, parki solarne, farmy wiatrowe, biogazownie czy elektrownie wodne. Nowe wyzwania wymagają stosowania nowoczesnych, inteligentnych sieci zasilających do sterowania, dystrybucji, magazynowania i wytwarzania energii elektrycznej – tak zwanych „Smart Grids“. Podobną tendencję można zaobserwować również w innych obszarach - dystrybucji gazu, wody i ścieków. W efekcie takiego rozproszenia w sieci powstaje ogromna liczba punktów lokalnego sterowania, które niejednokrotnie wyposażone są w urządzenia i zamknięte systemy, pochodzące od różnych producentów, całkowicie nieczytelnych dla operatorów sieci dystrybucyjnych. Przy każdej modyfikacji takiego lokalnego systemu, zmianach w oprogramowaniu lub parametryzacji operatorzy sieci muszą zwracać się do dostawcy lub integratora. Przez to struktury stają się nieelastyczne i generowane są dodatkowe koszty eksploatacji. W celu zapewnienia komunikacji między lokalnymi stacjami a systemem sterowania operatorzy byli skazani na wyroby dostawcy układu sterowania. Taki stan rzeczy uniemożliwiał zastosowanie korzystniejszych cenowo lub lepszych produktów. Ta niekomfortowa dla klienta sytuacja zmieniła się obecnie dzięki nowemu gatewayowi do teletechniki WAGO (WTG). direct energetyka 17 strefa obiektowa system sterowania centrum dystrybucji ■ Liberalizacja rynku Gateway wprowadza po raz pierwszy otwarty sposób transmisji pomiędzy instalacjami na obiekcie a systemem sterowania. Komputer przemysłowy z oprogramowaniem WAGO do telesterowania jako gateway komunikacyjny umożliwia podłączenie do systemu sterowania (zgodnie z 60870-5-101/104) 64 podstacji telesterowania (zgodnie IEC 60870-5-104). Do komunikacji szeregowej z urządzeniami na obiekcie, do komputera przemysłowego można podłączyć nawet dwanaście modułów RS-232. Gateway sprawdza się wszędzie tam, gdzie podłączane podstacje telesterowania pochodzą od różnych producentów lub problemem stają się ograniczenia sieci wynikające z maksymalnej liczby dołączonych urządzeń. Komunikacja z urządzeniami na obiekcie jest realizowana przez: łącze stałe, połączenia komutowane lub transparentne połączenie TCP/IP (ruter DSL lub GPRS), a z systemem sterowania przez ETHERNET lub łącze szeregowe. Do centrum dyspozytorskiego dane transmitowane są w odwzorowaniu „jeden do jednego“, z odpowiednim zabezpieczeniem, bez konieczności dodatkowej parametryzacji. Opcjonalnie komunikacja może przebiegać redundantnie – dzięki podłączeniu do systemu dwóch komputerów IPC na bazie TCP/IP. Takie rozwiązanie zwiększa bezpieczeństwo w przypadku krytycznych zastosowań, np. przy gospodarce ściekowej, gdzie za wszelką cenę należy wykluczyć zanieczyszczenia środowiska. Taka struktura umożliwia również podłączenie do jednego IPC dwóch różnych systemów sterowania. gateway do teletechniki WAGO zgodnie z IEC 60870-5-104 i IEC 60870-5-101 gateway do teletechniki WAGO „light“ do maks. 16 podstacji ruter ze stałym IP transmisja zgodnie z IEC 60870-5-104 przez IPSec tunelu VPN GSM transmisja IEC 60870-5-101/-103/-104 transmisja IEC 60870-5-101/-103/-104 połączenie modemowe 1 ... 64 podstacji telesterowania 18 ■ Skalowanie i redukcja kosztów Gateway umożliwia zbieranie danych ze wszystkich stacji telesterowania (niezależne od dostawcy lokalnego systemu i zastosowanej sieci obiektowej) oraz ich transmisję do centralnego systemu sterowania. Oprócz przesyłu danych wspiera koordynację połączeń analogowych, komutowanych, GSM i ISDN przychodzących oraz wychodzących z podstacji. Funkcjonalność ta nie wymaga specjalnego oprogramowania ani parametryzacji. Za pośrednictwem Web-Based-Management (WBM) użytkownicy mogą samodzielnie dodawać abonentów sieci i modyfikować system ― w ramach umowy licencyjnej. Ułatwia to instalację nowych podstacji telesterowania i obniża koszty integracji. Nie trzeba bowiem zlecać tej usługi na zewnątrz. Duża przejrzystość danych pozwala użytkownikom na samodzielne rozpoznawanie i zdalną eliminację zauważonych błędów w działaniu urządzeń na obiekcie. Gateway WAGO do teletechniki to rozwiązanie ekonomiczne pod każdym względem: pozwala na zaoszczędzenie kosztów serwisowania, przekonuje korzystną ceną i skalowalnością w zależności od zastosowania. Oprócz wersji dla maks. 64 podstacji, dostępny jest wariant „light“, ograniczony do czterech linii na obiekcie i pozwalający na podłączenie maksymalnie 16 podstacji telesterowania. Pod względem funkcjonalności wariant „WTG Light“ nie ma żadnych ograniczeń. To uszczuplone wykonanie przeznaczone jest zwłaszcza dla rozproszonych wytwórców energii z odnawialnych źródeł, np. parków solarnych lub farm wiatrowych, i ze względu na skalowalność stanowi nowum w dziedzinie przesyłu i dystrybucji. 1 … 16 podstacji telesterowania z połączeniem modemowym ■ Modularność i elastyczność Gateway jest elementem WAGO-I/O-SYSTEM, który spełnia wszystkie wymogi stawiane obecnie systemom sterowania w sieciach energetycznych, wodociągowych, gazowych i kanalizacyjnych. System ten oferuje ponad 400 różnych modułów I/O – analogowych lub dwustanowych wejść i wyjść, od 16-kanałowych modułów dwustanowych po moduły specjalne, jak na przykład moduły pomiaru mocy 3-fazowej. W systemie można zintegrować również komunikację radiową oraz rozwiązania dla obszarów zagrożonych wybuchem z podzespołami iskrobezpiecznymi (z certyfikatem Ex i). WAGO-I/O-SYSTEM oferuje komponenty do monitorowania sieci przesyłowych i dystrybucyjnych energii, co ma zapewnić zaopatrzenie w energię w sposób efektywny i niezawodny. System I/O komunikuje się bowiem „językiem“ operatorów sieci: poprzez protokoły IEC 60870-5-101 i -104 oraz IEC 61850/61400. Konfigurator w CODESYS pozwala na generowanie komunikatów IEC bez konieczności programowania. Gateway zapewnia w mieszanej sieci jednolitą bazę sprzętową, gwarantującą bezpieczną transmisję danych, a operatorowi sieci umożliwia bezpieczeństwo zarządzania. ■ Większa ekonomiczność Gateway udostępnia centrum dyspozytorskiemu dane z 16 lub 64 stacji telesterowania, niezależne od wykonawcy obiektu i zastosowanej sieci. Tym samym w unikalny sposób zwiększa swobodę działania operatora systemu. Dzięki większej przejrzystości mogą oni samodzielnie usuwać zakłócenia na obiekcie, bez konieczności interwencji producenta układu sterowania. Poza tym operatorzy sieci mogą dobierać komponenty systemu od dowolnego producenta. To przynosi znaczne oszczędności i ułatwia modyfikację systemu. Gateway, będący łatwym w obsłudze interfejsem do niezawodnej, zdalnej transmisji danych, idealnie nadaje się do efektywnego sterowania rozproszonymi systemami w centrach dystrybutorskich i jest ekonomiczną alternatywą dla operatorów. Tekst: Kay Miller, WAGO Zdjęcia: WAGO Gateway wprowadza po raz pierwszy otwarty poziom transmisji pomiędzy instalacjami na obiekcie a systemem sterowania. Łatwiejsza instalacja przez Web-BasedManagement redukuje nakłady potrzebne na integrację podstacji telesterowania. Nowum pod względem skalowalności: „WTG Light“ przeznaczone jest zwłaszcza dla wytwórców energii z odnawialnych źródeł. direct energetyka 19 STEROWNIK WAGO-I/OTELESTEROWANIA Sterowanie rozproszone i telesterowanie: przy mode firma Thüringer Energie AG sięgnęła po komponenty ■ Konieczność rezygnacji z połączeń modemowych podczas modernizacji stacji redukcyjnej gazu Bodelwitz skłoniła właścicieli do przejścia na protokół do teletechniki IEC 60870-5-104. Wcześniej automatyka obiektu była realizowana przy użyciu różnych, częściowo analogowych urządzeń, a transmisja danych do centrum dyspozytorskiego odbywała się przez modem. Thüringer Energie AG zdecydowała się na WAGO-I/O-SYSTEM, który nie tylko oferuje urządzenia o funkcjonalności PLC, lecz także dzięki sterownikowi do teletechniki wspiera różne protokoły do telesterowania, np. zgodne z IEC 60870 lub IEC 61850. W stacji redukcyjnej gazu Bodelwitz w Turyngii krzyżują się główne magistrale ciśnieniowe rurociągów gazu ziemnego Thüringen-Sachsen GmbH (ETG) i Thüringer Energie AG. Wszystkie dane potrzebne dla sterowania procesem przesyłu i do rozliczeń są uzyskiwane redundantnie. Ilości gazu przesyłane przez stację wyznaczane są przez centrum dyspozycyjne w Erfurcie. Do tej pory dane były przekazywane łączami modemowymi. Konieczność wycofania ich z eksploatacji wymusiła potrzebę przeprowadzenia modernizacji podstacji oraz sposobu telesterowania. Firma Thüringer Energie AG poszukiwała w związku z tym systemu automatyki, umożliwiającego 20 równocześnie rozproszone sterowanie i zdalną teletransmisję. Miał on również za zadanie przetwarzanie sygnałów z obszarów zagrożonych wybuchem. Wybór padł na WAGO-I/O-SYSTEM i sterownik do teletechniki. ■ All-in-one: teletechnika i automatyzacja... „Zdecydowaliśmy się na WAGO, gdyż sterownik do teletechniki pozwala na realizację klasycznych funkcji automatyzacji oraz telesterowania przy użyciu jednego systemu“, uzasadnia ten wybór Ulf Quasnica. Sterownik do teletechniki przetwarza wartości procesowe lub teletechniczne na dane zgodnie z wymogami IEC 60870-5101 (szeregowo) lub IEC 60870-5-104 (na bazie TCP/IP). Jest to możliwe dzięki specjalnemu oprogramowaniu sterownika i zaimplementowanej bibliotece w CODESYS. Oprogramowanie uwzględnia ponadto redundantny schemat komunikacji, dzięki czemu sterownik może komunikować się nawet z czterema centrami sterowania zgodnie z IEC 60870-5-104. Liczne funkcje, realizowane do tej pory przez różne komponenty, zostały teraz przejęte przez WAGO-I/O-SYSTEM i sterownik do teletechniki. Dołączone do sterownika moduły I/O (analogowe i dwustanowe) udostępniają wszystkie istotne wartości pomiarowe, takie jak W stacji redukcyjnej Bodelwitz spotykają się dwie główne magistrale ciśnieniowe (> 25 bar). Tutaj też znajduje się punkt poboru dla średniego (16 bar) i niskiego ciśnienia (1 bar). -SYSTEM W APLIKACJI ernizacji stacji redukcyjnej y WAGO dla automatyki. WAGO-I/O-SYSTEM udostępnia przez moduły I/O wszystkie istotne wartości pomiarowe, również z przestrzeni zagrożonych wybuchem. Programowalny sterownik do teletechniki pełni funkcję regulatora i przetwarza dane na wymagany protokół do telesterowania. ciśnienie, temperatura, przepływ i stan napełnienia. Parametry elektryczne sieci zasilającej stację, takie jak napięcie, prąd, moc, cos phi itp. są bezpośrednio odczytywane przez moduły pomiaru mocy 3-fazowej. Ponieważ stacja Bodelwitz posiada teraz połączenie DSL, komunikacja z centrum dystrybucyjnym może być oparta na protokole do teletechniki 104 na bazie TCP/IP. ■ ...aż do strefy Ex „Sterownik do teletechniki i połączone z nim moduły I/O redukują lokalny układ sterowania do jednego systemu, co znacznie upraszcza obsługę. Moduły Ex i zapewniają komfortowe przetwarzanie sygnałów z obszarów Ex, bez potrzeby rozdzielania stref przez dodatkowe komponenty, takie jak bariery Zenera“, dodaje specjalista z TEN Thüringer Energienetze GmbH. Przebudową stacji telesterowania zajęła się firma Streicher GmbH Tief- und Ingenieurbau z Jeny. Roland Pfeifer, kierownik działu Service ELT/Automation w Streicher, jest zaskoczony prostotą rozwiązania i zwięźle ujmuje korzyści oferowane przez system: „WAGO-I/O-SYSTEM umożliwia podłączenie sygnałów z przestrzeni zagrożonych wybuchem bezpośrednio do specjalnych modułów. Pozwala to ograniczyć liczbę podzespołów i zmniejszyć koszty związane z oprzewodowaniem. Poza tym system realizuje wszystkie zadania na stacji: generowanie impulsów bezpieczeństwa, sterowanie nagrzewaniem gazu oraz regulacja ciśnienia i przepływu gazu, a także telesterowanie i wizualizacja procesów.“ ■ Regulator PI zaimplementowany w sterowniku do teletechniki Programowa regulacja w sterowniku ilości pobieranego gazu oraz ciśnienia gazu zastąpiła odrębny regulator przemysłowy z interfejsem analogowym. Oprogramowanie pochodzi od firmy 3S-Smart Software Solutions GmbH i zostało zapisane jako aplikacja w sterowniku. Programowanie realizowane jest w CODESYS zgodnie z IEC 61131-3 i obejmuje takie funkcje jak: ochrona licznika, regulacja ilości i ciśnienia gazu, przełączanie bez uderzeń ciśnienia, tryb pracy przerywanej, sterowanie ręczne i adaptacja do istniejących urządzeń. Dzięki rozproszonym funkcjom sterowania i wizualizacji uzyskano pełny nadzór nad stacją, a w razie awarii komunikacji można sterować nią lokalnie. Regulacja poboru i ciśnienia gazu Mierniki ciśnienia i temperatury na obiekcie dostarczają do sterownika wartości wejściowe. Tekst: Ulrich Menzel, WAGO Zdjęcia: WAGO direct energetyka 21 POMIAR MOCY W LOKAL Optymalna rozbudowa sieci: zastosowanie komponentów ograniczyć koszty magazynowania energii w lokalnych sie ■ Rewolucja energetyczna w Niemczech spowodowała gruntowne zmiany w systemie wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej. Do najczęściej dyskutowanych tematów należy wykorzystanie instalacji solarnych i siłowni wiatrowych w systemie energetycznym oraz rozbudowa sieci. Ważną kwestią jest również magazynowanie energii elektrycznej na poziomie lokalnym lub regionalnym, tak aby można było nawet częściowo zrezygnować z rozbudowy sieci. W rozwiązaniach do magazynowania energii w sieciach lokalnych firma IBC SOLAR stosuje sterownik i moduły pomiaru mocy WAGO. Rozbudowa sieci wiąże się często z wysokimi kosztami. Sytuacją idealną byłaby możliwość zużywania energii elektrycznej w chwili, gdy jest wytwarzana i dokładnie tam, gdzie jest wytwarzana. I tu właśnie widać dotkliwie minusy instalacji fotowoltaicznych i siłowni wiatrowych, wytwarzają one bowiem prąd tylko wtedy, gdy świeci słońce i wieje wiatr. Poza tym na terenach wiejskich sieć niskiego napięcia jest stosunkowo słabo rozwinięta i przesył energii bez rozbudowy sieci średniego napięcia okazuje się często niemożliwy. Jeżeli w sieci lokalnej pracuje kilka instalacji fotowoltaicznych, to w szczytowym momencie przesyłu sieć (zwłaszcza około południa) szybko osiąga granice swojej obciążalności. Logiczną alternatywą do przesyłania prądu przez sieć średniego napięcia lub rozbudowy sieci lokalnej jest zastosowanie lokalnego akumulatora energii, który w godzinach południowych przejmie nadwyżki energii i w razie konieczności odda je wieczorem. ■ Lokalny zasobnik energii jako projekt pilotażowy W pilotażowym projekcie, prowadzonym w Neustadt (okręg Coburg) przez miejskie zakłady komunalne oraz firmę IBC SOLAR specjalizującą się w fotowoltaice, zdecydowano się na włączenie akumulatora energii do sieci lokalnej. Lokalny zasobnik energii, uruchomiony we wrześniu 2012 r. składa się z baterii ołowiowych o łącznej pojemności 236 kWh, dwukierunkowych przetwornic częstotliwości i licznych urządzeń AKPiA. Centralnym elementem układu sterowania jest WAGO-I/O-SYSTEM 750: programowalny sterownik ETHERNET (750-880) wyposażony w moduły I/O do komunikacji szeregowej z przetwornicami częstotliwości oraz moduł pomiaru mocy 3-fazowej (750-494). Mierzy on napięcia i prąd we wszystkich trzech fazach, przez co idealnie nadaje się do zastosowania w sieci dystrybucji energii. „Zasada pracy lokalnego zasobnika energii bazuje przecież na utrzymaniu napięcia na określonym poziomie“, wyjaśnia Marco Siller, odpowiedzialny za projekt w IBC SOLAR. W tym celu trzeba znać dokładne wartości napięcia w sieci. Gdy napięcie nadmiernie wzrasta, ładowane są baterie akumulatora. W zależności od nasłonecznienia ma to miejsce najczęściej od godzin przedpołudniowych do wczesnego popołudnia. Kiedy zaś wieczorem instalacje fotowoltaiczne nie będą dostarczały prądu, energia zgromadzona w bateriach będzie przekazywana z powrotem do sieci lokalnej. Wprowadzenie lokalnego zasobnika energii sprawiło, że rozbudowa sieci lokalnej stała się zbędna. 22 NYM ZASOBNIKU ENERGII WAGO do automatyki pozwoliło firmie IBC SOLAR ciach. ■ Zaufanie do standardowych komponentów W fazie pilotażowej specjaliści z IBC SOLAR pracowali między innymi nad optymalizacją regulacji. Nieco wolniejsza regulacja przedłuża żywotność baterii. Algorytm regulacji sterownika WAGO został zaprogramowany w CODESYS. Zastosowano tu ponadto zintegrowaną wizualizację WWW. Przez interfejs ETHERNET możliwy jest zdalny dostęp do wizualizacji. Dzięki temu można kontrolować aktualny stan baterii – na przykład stopień ich naładowania. Zmianę parametrów regulacji można przeprowadzać również zdalnie, co było bardzo istotnym argumentem na rzecz optymalizacji. ■ Optymalizacja regulacji Przy budowie zasobnika firma IBC SOLAR postawiła na standardowe komponenty, które w razie potrzeby można szybko wymienić. Decyzja o zastosowaniu sterownika WAGO wynikała ponadto z uniwersalności jego zastosowania. „Różne zakłady elektroenergetyczne“, mówi Siller, „stosują różne typy sieci obiektowych i interfejsy do komunikacji z centrum dystrybucyjnym.“ W Neustadt stosowany jest na przykład Modbus/TCP. Można jednakże zastosować sterowniki z innymi, dowolnymi interfejsami. Dzięki temu IBC SOLAR stworzył uniwersalne rozwiązanie, które będzie mogło być wykorzystane praktycznie wszędzie. Tymczasem lokalny zasobnik energii jest z powodzeniem eksploatowany od ponad roku. „Szczególnie na początku projektu otrzymaliśmy duże wsparcie WAGO przy tworzeniu oprogramowania“, opowiada Marco Siller. Dalszą, większą część projektu przejęli programiści IBC SOLAR. Dzięki optymalizacji regulacji w fazie pilotażowej możliwa jest teraz automatyczna obsługa. Baterie akumulatora są ładowane i rozładowywane w zależności od ilości zmagazynowanej energii, przez co możliwe jest uzyskanie stabilnego napięcia w sieci nn. Klasyczna rozbudowa sieci, która byłaby najprawdopodobniej konieczna, jest teraz niepotrzebna. Baterie ołowiowe o łącznej pojemności 236 kWh magazynują w ciągu dnia nadmiar energii z instalacji fotowoltaicznych. Lokalny zasobnik energii w sieci składa się z baterii, umieszczonych w osobnym pomieszczeniu, oraz szybkich, dwukierunkowych przetwornic częstotliwości i szafy rozdzielczej z urządzeniami AKPiA. Tekst: Manuel Schmidt, WAGO Zdjęcia: Henning Rosenbusch/vor-ort-foto.de Sterownik WAGO (750-880) reguluje proces ładowania i rozładowywania baterii akumulatora energii. Sterownik WAGO 750-880, wyposażony m.in. w moduł do pomiaru mocy 3-fazowej, steruje procesem ładowania i rozładowywania baterii. Możliwy jest zdalny dostęp do wizualizacji WWW zintegrowanej w sterowniku ETHERNET. Dzięki WAGO-I/O-SYSTEM architektura zasobnika energii w sieci ma uniwersalne zastosowanie. direct energetyka 23 INTELIGENTNA SIEĆ ZASILAJ Zarządzanie magazynowaniem energii na miarę przy ■ Na pierwszy rzut oka trudno się zorientować, że centrum medyczno-opiekuńcze w Zella-Mehlis w Turyngii posiada innowacyjny system zasilający. Tylko wiata z instalacją solarną i zintegrowaną stacją ładowania oraz moduły fotowoltaiczne na dachu pozwalają przypuszczać, że tutaj myśli się o ekologicznym zasilaniu w energię. Dopiero bardziej wnikliwa obserwacja pozwala dostrzec w pełnej okazałości model „solar MobileStorage“, który gmina Zella-Mehlis (Lerchenberg Service und Immobilien GmbH) zrealizowała przy współudziale przedsiębiorstw Sinusstrom i WAGO i wsparciu Thüringer Energie-und GreenTech-Agentur (ThEGA). Nowatorski projekt „solar MobileStorage“ zakładał połączenie wytwarzania prądu przez instalacje fotowoltaiczne i wiatrowe, lokalnego zużycia energii, magazynowania jej nadmiaru w akumulatorze buforowym oraz zasilania floty pojazdów elektrycznych. Wszystkie te elementy łączy inteligentny system sterowania, zrealizowany na zasadzie lokalnego Micro-Smart-Grid. System ten pozwala na sterowanie i regulację przepływów energii w sposób efektywny i w zależności od zapotrzebowania. Dzięki temu około 90 procent energii zużywanej przez centrum medyczno-opiekuńcze dostarczane jest przez zintegrowane w jednej sieci zasilającej urządzenia fotowoltaiczne (107 kW), wiatrowe (5 kW), akumulator buforowy (68 kWh), kompaktową 24 elektrociepłownię blokową (15 kW/15 kW/30 kW) i cztery samochody z napędem elektrycznym. ■ Autorskie rozwiązanie na miarę potrzeb Sercem instalacji jest sterownik do teletechniki 750-880/025-001 WAGO-I/O-SYSTEM 750. Dzięki oferowanym przez niego licznym interfejsom system automatyki można w razie potrzeby rozszerzać bez większych trudności technicznych i nakładów finansowych. Podobnie, bez większych nakładów, można rozbudowywać park solarny. Dzięki zastosowaniu koncepcji łączenia ogniw w stringi i wykorzystywaniu inwerterów stringowych możliwe jest bezstratne dokładanie do systemu modułów różnych producentów i o różnych mocach. Autorskie rozwiązania zaproponowane przez firmę Sinusstrom GmbH – jak np. układ zarządzania bateriami, inteligentne skrzynki przyłączeniowe generatorów (IGAK) wraz z przetwornicą DC/DC i funkcją trackingu MPP oraz implementacji programowego regulatora w sterowniku – pozwoliły na połączenie wszystkich źródeł wytwarzania energii oraz odbiorników w jednym obwodzie prądu stałego. System zasilania centrum medyczno-opiekuńczego jest ponadto wyposażony w inteligentną przetwornicę częstotliwości. W ten sposób zostały połączone ze sobą wszystkie elementy układu: sieć mikroźródeł i odbiorników oraz sieć zasilania zewnętrznego. JĄCA KLUCZEM DO SUKCESU szłości - dzięki WAGO-I/O-SYSTEM 750 parki solarne konwencjonalne elektrownie farmy wiatrowe elektromobilność odbiorcy kompaktowe elektrociepłownie blokowe Przykłady zasobników energii: baterie/akumulatory sterownik WAGO 750-880/025-001 z modułami I/O akumulator ciepła elektrownie szczytowo-pompowe direct energetyka 25 Serce instalacji w Zella-Mehlis: sterownik do teletechniki 750-880/025-001 WAGO-I/O-SYSTEM 750 W celu pomiaru zwracanej do sieci zasilania niewykorzystanej energii oraz do stałej kontroli wytworzonej lub zapotrzebowanej energii, zastosowano moduły do pomiaru mocy 3-fazowej (750-494) z oferty WAGO-I/O-SYSTEM. Odczytują one dokładnie wszystkie istotne wartości pomiarowe i stany, takie jak moc bierna/pozorna/czynna, współczynnik mocy, kąt przesunięcia fazowego, częstotliwość oraz przekroczenie/spadek napięcia i prądu względem wartości zadanych. W oparciu o uzyskane w ten sposób dane można efektywnie sterować wytwarzaniem, magazynowaniem i zużyciem energii. Inteligentny system automatyki umożliwia zdalne monitorowanie oraz redukcję mocy w rozproszonych instalacjach elektroenergetycznych przez protokół do telesterowania IEC 60870-5-104, zgodnie z wytycznymi ustawy o odnawialnych źródłach energii. ■ Pojazdy elektryczne jako mobilne zasobniki Oprócz wydajnego zasobnika o pojemności ładowania wynoszącej 68 kWh, w Zella-Mehlis stosowane są zasobniki mobilne w formie pojazdów elektrycznych. Samochody z napędem elektrycznym, należące do centrum medyczno-opiekuńczego, wyposażone są w akumulatory trakcyjne. Dzięki temu samochody mogą być wykorzystywane nie tylko do wizyt domowych, dostarczania przesyłek itp., lecz także pełnią funkcję dodatkowego zasobnika buforowego. Szczególnie w dni świąteczne lub w weekendy, gdy nie korzysta się z pojazdów i w centrum medyczno-opiekuńczym zużywa się niewie- le energii, można magazynować nadwyżkową energię w akumulatorach trakcyjnych i wykorzystywać ją w dniach, gdy zużycie prądu jest większe. Firmy Sinusstrom i WAGO opracowały w zasobniku buforowym kompleksowy system zarządzania akumulatorami. Za pomocą czujnika odczytywany jest stan naładowania oraz odbywa się sterowanie każdym ogniwem; funkcja równomiernego obciążenia pozwala na utrzymanie jednolitego poziomu naładowania ogniw baterii. ■ Projekt z perspektywami Wdrożenie tego rozwiązania zapewniło miastu Zella-Mehlis miano pioniera w dziedzinie kompleksowego wykorzystania energii z odnawialnych źródeł. Taka koncepcja zasilania wytycza drogę kolejnym projektom o mocy powyżej 100 kW, pokazuje, że możliwe jest połączenie energii z różnych odnawialnych źródeł w jednej inteligentnej sieci oraz ich lokalne wykorzystanie w zależności od zapotrzebowania. Niebawem instalacja stanie się jeszcze efektywniejsza, bowiem Sinusstrom pracuje nad rozwiązaniem, umożliwiającym programowanie systemu Micro-Smart-Grid w oparciu o dane pogodowe z regionu. Dzięki trybowi samouczenia oraz danym o zużyciu energii z różnych pór dnia i tygodnia, pochodzącym od odbiorców, system Micro-Smart-Grid w Zella-Mehlis stanie się zapewne jeszcze efektywniejszy. Ale to będzie można ocenić dopiero przy bliższej analizie, po kilku miesiącach pracy systemu. Tekst: Olivia Köllmer, Landesentwicklungsgesellschaft Thüringen GmbH Zdjęcia: WAGO Zarządzanie magazynowaniem energii na miarę przyszłości dzięki WAGO-I/O-SYSTEM 750 Efektywnie sterowanie wytwarzaniem, magazynowaniem i zużyciem energii 26 Połączone w inteligentnym systemie MicroSmart-Grid: zasobnik akumulatorowy, generatory prądu, elektryczne odbiorniki energii i urządzenia sieciowe Serce systemu - sterownik do teletechniki (750-880) i moduł do pomiaru mocy 3-fazowej (750-494) Telesterowanie przy pomocy PFC200 Sterowniki PFC200 pozwalają na załączanie, regulację i monitorowanie wszystkich funkcji telesterowania – od systemu zasilania, aż po elementy wykonawcze i czujniki. ■ Dwa nowe sterowniki WAGO do zastosowań z zakresu telesterowania wspierają protokoły do telesterowania IEC 60870-5-101, -103 i -104, 61400-25 oraz 61850 (także telegramy Goose). Dzięki temu można zyskać szybki dostęp do urządzeń w sieci Smart Grid – albo przez wewnętrzną sieć, sieć telefoniczną, Internet lub bezprzewodowo przez GSM, a także radiowo. Sterowniki PFC200 wyposażone są w dwa złącza ETHERNET i jedno RS-232 /RS-485 z zaimplementowanymi protokołami (MODBUS TCP/UDP/RTU). Umożliwiąją one szyfrowanie przez IPsec i VPN, przez co spełniąją wymogi najbardziej surowych standardów bezpieczeństwa. Sterowniki PFC do telesterowania sprawdzają się w warunkach ekstremalnych ― dzięki zakresowi temperatur -20 °C do +60 °C oraz wytrzymałej obudowie bez ruchomych części (jak np. wentylatory, karty pamięci czy baterie) i można je stosować w wymagających aplikacjach przemysłowych. Wariant ECO (750-8202/025-002) sprawdzi się jako korzystna cenowo alternatywa dla klientów realizujących mniejsze zadania z użyciem ograniczonej liczby modułów. Można do niego podłączyć maks. cztery moduły I/O i właśnie dzięki temu jest on ponad jedną trzecią tańszy i bardziej kompaktowy. Z jego pomocą można sterować wirtualnymi elektrowniami, redukować moc mikroźródeł, czy nadzorować lokalną stację zasilającą. Kompleksowa analiza sieci zasilającej Odczyt zużycia energii ― moduł pomiaru mocy 3-fazowej mierzy wszystkie wartości prądu i napięcia. ■ Moduł pomiaru mocy 3-fazowej 750-49x odczytuje bezpośrednio wartości pomiarowe, takie jak moc bierna/pozorna/czynna, zużycie energii, współczynnik mocy, kąt przesunięcia fazowego, częstotliwość oraz przekroczenie/spadek napięcia i prądu względem wartości znamionowych. Możliwość rezygnacji z zewnętrznych urządzeń pomiarowych oznacza w tym przypadku nawet 10-krotną oszczędność. Oprócz pomiaru zużycia energii, moduły z analizą wyższych harmonicznych oferują także inne funkcje do kompleksowej analizy sieci zasilającej, które pozwalają na lokalizowanie zakłóceń (na przykład poprzez rejestrację wartości szczytowych). Dodatkowy pomiar prądu w przewodzie neutralnym może pomóc w wykryciu uszkodzeń izolacji. Analiza 4-kwadrantowa dostarcza informacji o rodzaju obciążenia (indukcyjne, pojemnościowe) oraz jego charakterze (odbiornik, generator). W celu udostępnienia mierzonych wartości w systemie zarządzania energią, moduł podłącza się do interfejsu/sterownika sieciowego WAGO-I/O-SYSTEM. Możliwa jest komunikacja w takich typach sieci obiektowych jak BACnet, KNX, PROFIBUS, PROFINET, ETHERNET czy EtherNet/IP. direct energetyka 27 2828 AUTOMATYZACJA IN Sterowniki WAGO z komunikacją IEC ułatwiają aut ■ W celu efektywnego zarządzania obciążeniem sieci energetycznych oprócz klasycznych komponentów takich jak liczniki i łączniki, stosuje się coraz więcej urządzeń bazujących na najnowszych technologiach. To z kolei zwiększa znacząco ilość generowanych i przesyłanych danych. Programowalne sterowniki coraz częściej realizują nie tylko zadania lokalnej automatyzacji, lecz również przejmują funkcję zdalnej transmisji i komunikacji z centrami dyspozytorskimi przy pomocy międzynarodowych protokołów do telesterowania. Takie „standardowe“ sterowniki z komunikacją IEC oferują korzystny stosunek ceny do jakości i ułatwiają automatyzację sieci. Rosnące znaczenie oraz ilość energii pozyskiwanej z odnawialnych źródeł rodzi nowe wymagania w zakresie rozliczania i zarządzania obciążeniem sieci. Do tej pory sterowniki PLC automatyzowały pracę pojedynczych rozproszonych jednostek, teraz zaś mają za zadanie przekazywać informacje o stanie urządzeń do centrów dyspozytorskich i wykonywać polecenia łączeniowe. Przy realizacji zadań telesterowania wykorzystuje się protokoły komunikacyjne zgodne z IEC 60870 i IEC 61850 wraz z podnormami oraz sieć MODBUS i DNP3. Protokoły te różnią się od siebie pod względem technicznym oraz różnym stopniem rozpowszechnienia w różnych częściach świata. Normę IEC 61850 wprowadzono w roku 2004 jako globalny standard komunikacji dla zabezpieczeń i przesyłu danych w układach średniego i wysokiego napięcia. W ramach ta- Diagnostyka przez serwer WWW sterownika kiej komunikacji poszczególne jednostki funkcyjne są modelowane obiektowo, w przeciwieństwie do protokołów komunikacyjnych zorientowanych na sygnały. W konsekwencji, dla nowych obszarów zastosowań trzeba tworzyć specyficzne rozszerzenia. W zakresie nadzoru i sterowania zdefiniowano trzy tego rodzaju rozszerzenia: IEC 61400-25 dla siłowni wiatrowych, IEC 61850-7-410 dla elektrowni wodnych i IEC 61850-7-420 dla rozproszonych instalacji wytwarzania energii (fotowoltaika i układy akumulacji energii). ■ „Standardowe“ sterowniki z komunikacją IEC Aby zapewnić użytkownikowi znormalizowany i łatwy w obsłudze interfejs do komunikacji z centrum sterowania, WAGO zintegrowało protokoły do telesterowania IEC 60870-5-101/-103/-104 i IEC 61850 w sterownikach WAGO-I/O-SYSTEM. Protokoły te są w przypadku IEC 60870-5 zorientowane na sygnał, co oznacza, że między centrum dyspozytorskim a sterownikiem wymieniane są komunikaty, wartości pomiarowe, wzory bitów, wartości liczbowe i polecenia nastaw ze znacznikiem czasu lub bez niego. W przypadku języka IEC 61850 wymiana takich informacji odpowiada ogólnemu typowi obiektu bazowego GGIO. Przewaga tego standardu polega jednak na całej gamie opracowanych obiektów o przypisanym typie, związanych na przykład z automatyzacją transformatora sieciowego, wirnika siłowni wiatrowej czy instalacji fotowoltaicznej. Gdy przyjrzymy się wszystkim rozszerzeniom standardu IEC-61850, do ogólnego obiektu typu GGIO dojdzie około Konfigurator IEC60870 w CODESYS NFRASTRUKTY SIECI omatyzację sieci przesyłowych i dystrybucyjnych 220 specyficznych typów obiektów. Ponieważ producent sterownika nie wie, jakie typy obiektów IEC będzie stosował użytkownik, oferowane przez niego rozwiązanie musi zakładać możliwość obsługi wszystkich specyficznych obiektów, np. obiekt YPTR do integracji transformatorów. Rozwiązanie WAGO udostępnia użytkownikowi znormalizowany interfejs do komunikacji bez wewnętrznych powiązań logicznych pomiędzy poszczególnymi typami obiektów. Tylko użytkownik posiadający wiedzę na temat swojej aplikacji może samodzielnie powiązać te obiekty. Programowanie zadań automatyki odbywa się za pośrednictwem CODESYS, a program zostaje zapisany w pamięci sterownika do teletechniki lub kompaktowego komputera przemysłowego (I/O-IPC). Aby ułatwić użytkownikowi przygotowanie komunikacji pomiędzy centrum dyspozytorskim a sterownikiem, w CODESYS zintegrowano narzędzie do konfiguracji dla obydwu norm ‒ IEC 60870 i IEC 61850. Narzędzie to, dzięki opracowanym dodatkowo bibliotekom, wymusza jedynie parametryzację komunikacji IEC, bo jej programowanie nie jest konieczne. ka. Dodatkową zaletą środowiska programistycznego CODESYS jest możliwość bezpośredniego tworzenia wizualizacji procesu sterowania i zapisywania jej na serwerze WWW sterownika. W ten sposób docelowy klient otrzymuje do dyspozycji wygodną platformę diagnostyczną, dostosowaną do swojego rozwiązania, do której ma dostęp przez każdą przeglądarkę internetową. Dzięki temu, że sterowniki z komunikacją IEC są rozwiązaniem typu „all-inone“, pozwalają na oszczędność miejsca w rozdzielnicy i redukcję stopnia skomplikowania jej konstrukcji, co z kolei zmniejsza koszty aplikacji automatyki. ■ Skalowalne sterowniki do wymagających aplikacji Sterowniki, niezależnie od ich zastosowania posiadają ogólne właściwości, korzystne również dla projektów Smart Grid. Niezależny od typu sieci obiektowej WAGO-I/O-SYSTEM, obejmujący przeszło 400 modułów, pozwala na zrealizowanie szeregu zadań automatyzacji przy użyciu jednego tylko sterowni- Tekst: Martin Paulick, WAGO Zdjęcia: WAGO IEC 60870-5-101/-103/-104 i IEC 61850 są zintegrowane w sterownikach WAGO-I/O-SYSTEM. Narzędzia do konfiguracji CODESYS ułatwiają przygotowanie komunikacji z centrum sterowania. Sterowniki z komunikacją IEC jako rozwiązanie „all-in-one“ zajmują mniej miejsca w rozdzielnicy i redukują stopień skomplikowania jej konstrukcji. Konfigurator IEC61850 w CODESYS direct energetyka 29 30 30 750 XTR — EXTREMALNIE WYTRZYMAŁY STANDARD Odporny na działanie temperatur, skoki napięcia, zakłócenia i wibracje – WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR sprawdza się tam, gdzie dla innych systemów kończą się możliwości. ■ Aplikacje przemysłowe, górnicze, kolejowe, morskie czy energetyczne, z uwagi na niesprzyjające warunki otoczenia, stawiają systemom automatyki duże wyzwania. WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR został opracowany specjalnie pod kątem zastosowania w trudnym otoczeniu: jest odporny na działanie temperatur od -40° C do +70 °C, napięcie, zakłócenia i wibracje. WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR to „wzmocniona“ wersja popularnego i sprawdzonego WAGO-I/O-SYSTEM 750, zachowująca jednak wszystkie główne zalety systemu bazowego: dużą elastyczność, modularność i szerokie możliwości zastosowań. Warianty XTR łatwo rozpoznać po ciemnoszarym kolorze modułów. Dzięki modularnej konstrukcji i różnorodności komponentów jest on idealnym, skalowalnym i ekonomicznym rozwiązaniem dla rozproszonych zadań automatyki. Jest również bardzo kompaktowy: w module o szerokości 12 mm mieści się 16 kanałów. W łączonych szeregowo komponentach – podobnie, jak w wszystkich komponentach WAGO – zastosowano sprawdzoną już w milionach aplikacji technikę zacisku sprężynowego, co znacznie ułatwia obsługę. WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR gwarantuje niezawodną pracę w ekstremalnych warunkach otoczenia. Dlatego jest predestynowany do zastosowania na przykład na statkach, platformach wiertniczych, w kopalniach, transporcie szynowym, układach do wykorzystania odnawialnych źródeł energii, jak elektrownie wiatrowe, fotowoltaika, biogazownie lub lokalne stacje zasilania i dystrybucji energii. Do typowych zastosowań systemu należy również przemysł petrochemiczny, instalacje wodociągowe i kanalizacyjne. ■ Odporny na warunki pogodowe Istotną cechą systemu XTR jest wysoka odporność zarówno na bardzo niskie, jak i bardzo wysokie temperatury otoczenia. Właściwość ta jest bardzo istotna między innymi tam, gdzie urządzenia pracują na wolnym powietrzu, w konsekwencji czego również komponenty systemów automatyki wystawione są na działanie zmiennych temperatur i wpływów atmosferycznych. W ramach WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR dostępne są komponenty przystosowane do pracy w zakresie temperatur od – 40 °C do +70 °C. Pozwala to zapewnić sprawny rozruch systemu automatyki (na przykład po awarii zasilania) nawet w bardzo niskich temperaturach, bez konieczności wstępnego rozgrzewania. W przypadku systemu XTR dodatkowe komponenty do ogrzewania lub chłodzenia nie są potrzebne. Fakt ten oraz niewielkie rozmiary samych modułów pozwalają na zaoszczędzenie i tak niewielkiej przecież ilości miejsca w szafie rozdzielczej i ułatwiają zastosowanie tych elementów w małej przestrzeni. Brak osobnego systemu klimatyzacji pozwala dodatkowo obniżyć koszty zakupu, energii i serwisowania. ■ Niezakłócona komunikacja WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR jest zabezpieczony przed nagłymi skokami napięcia i spełnia podwyższone wymagania dotyczące wytrzymałości napięciowej zgodnie z normą EN 60870-2-1. Szczytowe wartości napięcia mogą się pojawiać np. w następstwie przepięć łączeniowych i usterek w sieci zasilającej, przejściowych impulsów zakłócających w czasie burzy, czy regulacji przy narastaniu napięcia wyjściowego zasilaczy po dużych zmianach obciążenia. Podwyższona wytrzymałość napięciowa rzędu 1 kV (klasa VW1 dla modułów z napięciem zasilania < 60 V) i 5 kV (klasa VW3 dla modułów z napięciem zasilania ≥ 60 V) zapewnia bezawaryjną pracę systemu automatyki, gdyż elektronika jest chroniona przed zakłóceniami. Odporność na zakłócenia EMC zgodnie z normą EN 608702-1 zapewnia poprawną komunikację sieciową nawet w instalacjach bez zewnętrznego ekranowania. Zoptymalizowana charakterystyka EMC WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR pozwala na uniknięcie emisji zakłóceń, dzięki czemu możliwe jest jego zastosowanie nawet w bezpośrednim sąsiedztwie czułych systemów zewnętrznych. Sterownik z serii 750 XTR wspiera dodatkowo protokoły telesterowania zgodne z IEC 60870-5101/-103/-104, IEC 61850-7, IEC 61400-25 i MODBUS. ■ Odporność na wibracje do 5g WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR cechuje duża obciążalność mechaniczna, która znajduje wyraz w jego podwyższonej odporności na wstrząsy i wibracje. Wyższa odporność na wibracje konieczna jest między innymi w sytuacjach, kiedy moduły umieszczane są przykładowo w pobliżu silników lub łączników stacyjnych. System wykazuje dużą wytrzymałość na wibracje rzędu 5g zgodnie z DIN EN 60068-2-6. Odpowiada to przyspieszeniu 50 m/s². Odporność na wstrząsy wynosi 15g (150 m/s²) zgodnie z IEC 60068-2-27 lub 25g (250 m/s²) zgodnie z IEC 60068-2-29. Dzięki tym właściwościom system doskonale sprawdza się nawet w tak wymagających zastosowaniach, jak maszyny do drążenia tuneli, które narażone są przecież na bardzo silne wibracje. direct energetyka 31 WAGO ELWAG sp. z o.o. ul. Piękna 58a 50-506 Wrocław tel.: 71 360 29 70 fax: 71 360 29 99 e-mail: [email protected] www.wago.com WAGOdirect energetyka czerwiec 2014 Odpowiedzialny za treść: Jacek Woźniak 0888-0814/0000-0434 • WAGOdirect energetyka 2014 • PL • 6/2014 • MP-140513001-WD_Energy_PL_2014-01 Biuro handlowe ul. Powązkowska 15 01-797 Warszawa tel.: 22 331 88 000 fax: 22 331 88 01
Podobne dokumenty
WAGOdirect przemysł 1/2014
automatyki, i jako użytkownika systemów automatyki w naszych zakładach produkcyjnych. Wzorem do wdrażania idei Przemysłu 4.0 są realizacje związane z przestawieniem energetyki europejskiej na odn...
Bardziej szczegółowo