System sterowania i wizualizacji pracy oczyszczalni ścieków
Transkrypt
System sterowania i wizualizacji pracy oczyszczalni ścieków
w w w. a s t o r. c o m . p l Zakład Gospodarki Komunalnej, Czaplinek System sterowania i wizualizacji pracy oczyszczalni ścieków Opisywana aplikacja została wykonana w ramach moder− nizacji obiektu na zlecenie Urzędu Miasta i Gminy w Cza− plinku, przy finansowaniu z funduszu PHARE. Jej rozruch technologiczny odbył się na przełomie wiosny i lata 2000. Co istotne, operacja ta została wykonana bez zatrzymywa− nia pracy oczyszczalni. danej kaskady. FUNKCJE SYSTEMU System napowietrzania wykorzystuje metodę pęcherzyko− wą. Jego głównym elementem jest kaskada dmuchaw po− wietrza. Składa się ona z czterech napędów, które mogą pracować w dwóch podstawowych konfiguracjach: Technologia System obejmuje swym zasięgiem praktycznie wszystkie kluczowe elementy instalacji oczyszczalni. W części tech− nologicznej są to pomiary, regulacje i kontrola wielkości ta− kich jak poziomy, przepływy, stężenia tlenu, potencjały RE− DOX, stężenie ortofosforanów, temperatury, gęstości, męt− ności i ciśnienia. Układy regulacji poziomu zostały zrealizowane jako kaska− dy pomp zasilanych z sieci. Regulacja bazuje na modelu dwustanowym. Jedna z pomp pełni zawsze funkcję pompy wiodącej, pozostałe to ewentualne pompy pomocnicze. Dzięki zastosowanym algorytmom układy te pracują płyn− nie i elastycznie w szerokim zakresie obciążeń. Są też od− porne na skutki wypadnięcia z ruchu poszczególnych pomp POMIESZCZENIE KIEROWNICTWA W układach regulacji przepływu zastosowano pompy z na− pędami przekształtnikowymi. Sygnały sterujące dla tych ostatnich generowane są przez regulatory PID (realizowa− ne przez oprogramowanie sterowników obiektowych). ● napęd dmuchawy wiodącej (regulacyjnej) zasilany jest z przekształtnika, zaś pozostałe napędy − z sieci, ● napędy wszystkich dmuchaw zasilane są z sieci. Oczywiście każdy z napędów może zostać skonfigurowany jako sieciowy lub przekształtnikowy. Analogicznie do ka− skad pomp, także i ten układ jest wysoce elastyczny i od− porny na awarie, a dzięki zastosowaniu hybrydowego mo− delu regulacji umożliwia precyzyjną kontrolę poziomu tlenu (pomimo bardzo dynamicznego charakteru obiektu, jakim jest reaktor biologiczny). Regulacja potencjałów REDOX realizowana jest pośrednio STEROWNIA CENTRALNA WizCon OPERATOR 2 OPERATOR 1 ETHERNET PLC 6 90−30 MASTER MODBUS Modem SNP (sztywne łącze TP S.A.) PROFIBUS DP ENKO VersaMax SLAVE SLAVE PLC 3 STACJA ZLEWCZA, SEPARATOR PIASKU ZBIORNIK WÓD DESZCZOWYCH VersaMax SLAVE PLC 2 ODWADNIANIE, HIGIENIZ. OSADU Modem 90−30 SLAVE PLC 4 REAKTORY BIOLOGICZNE VersaMax SLAVE PLC 1 PRZEPOMPOWNIA TECHNOLOGICZNA Schemat systemu automatyki w Oczyszczalni Ścieków w Czaplinku. VersaMax SLAVE PLC 5 PRZEPOMPOWNIA GŁÓWNA poprzez modyfikowanie (automatyczne) przepływów recyr− kulacyjnych. Stężenie ortofosforanów w ściekach wyjściowych kontrolo− wane jest dzięki dozowaniu preparatu PIX przez dwie spe− cjalizowane pompy. Ich pracę nadzorują układy regulacji bazujące na metodzie czasowo − progowej. Poza wymienionymi układami funkcjonują także inne, rów− nież kontrolowane przez system. Należą do nich układy sterowania napędami przepustnic, zaworów, przenośników, mieszadeł, zgarniaczy, itd. wą i ilościową analizę pracy poszczególnych układów oczyszczalni. Mowa tu o trendach i raportach, które są do− stępne zarówno dla stanów bieżących, jak i historycznych. W ten sposób obsługiwane są m.in. przepływy, poziomy, stężenia tlenu i ortofosforanów oraz szereg innych parame− trów, których zmiany wartości w czasie dają obraz pracy obiektu. W sposób ciągły prowadzona jest archiwizacja da− nych i zdarzeń. Dostęp do zasobów i mechanizmów systemu został zróż− nicowany dla różnych grup personelu. W ramach grupy wy− magane jest indywidualne logowanie. Funkcjonuje też me− chanizm kontroli działań operatora. Prowadzenie ruchu System udostępnia szeroki wachlarz funkcji i mechani− zmów pozwalających na bezpieczną i efektywną pracę ca− łej instalacji w każdej sytuacji, z możliwością ingerencji w nieomal wszystkie jej elementy w dowolnej chwili. W szcze− gólności są to: ● ciągły podgląd stanów, statusów, rezultatów pomiarów, itd., ● wyłączanie i załączanie układów, ● udostępnianie lub odstawianie układów, ● wybór trybów pracy RĘKA/AUTO, ● wybór źródeł sterowania LOKALNE/ZDALNE, ● wybór wszystkich możliwych sekwencji pracy dla ukła− dów kaskadowych w trybie on−line, ● modyfikacja nastaw parametrów technologicznych i re− gulatorów, ● wykrywanie i sygnalizacja sytuacji nienormalnych i alarmowych, ● realizacja zabezpieczeń, blokad i obsługa sytuacji awaryjnych, ● funkcje statystyczne takie jak zliczanie czasów pracy i przepływów. STRUKTURA SYSTEMU Warstwa zarządzania Tę część systemu tworzą dwie stacje operatorskie. Zarów− no ich przeznaczenie, jak i oprogramowanie, są różne. Obie stacje to maszyny klasy PC wyposażone w monitory, dru− karki, itd. Na obu zainstalowany jest system operacyjny Windows NT, który stanowi stabilną podstawę dla właści− wych aplikacji SCADA. Stacja operatorska 1 jest głównym stanowiskiem roboczym. Jej aplikacja to Runtime wykonany przy użyciu pakietu In− Touch 7.1 firmy Wonderware − model 1000 (około 700 bra− mek obiektowych). Zasoby instalacji pogrupowane zostały w szereg okien. Są to obiekty spójne pod względem tech− nologicznym i logicznym. Z ich poziomu wykonywane mogą być wszelkie akcje operatorskie, modyfikacje, analizy, itd. Są one źródłem informacji o stanie instalacji i jej poszcze− gólnych fragmentów, przedstawianych w formie grafik, ani− macji oraz pól tekstowych i numerycznych. Silny nacisk zo− stał położony na mechanizmy generowania alarmów i ostrzeżeń oraz formy przekazywania tych informacji obsłu− dze. Oprócz przekazów wizualnych używana jest też sy− gnalizacja akustyczna. Poza opisaną powyżej częścią zasadniczą, użytkownik dysponuje też mechanizmami pozwalającymi na jakościo− Stacja operatorska 2 jest stanowiskiem roboczym związa− nym z punktem zlewczym ścieków, służącym do ich odbio− ru od dostawców indywidualnych. Jej przeznaczenie ma charakter statystyczno−rozliczeniowy, jakkolwiek możliwe jest uruchomienie mechanizmów pozwalających na dostęp do wybranych zasobów obiektu i systemu. Aplikacja funk− cjonująca na tej stacji to Runtime stworzony przy pomocy pakietu WizCon. Warstwa obiektowa W jej skład wchodzą układy wejściowe (przetworniki po− miarowe i czujniki), układy wyjściowe (elementy wykonaw− cze) oraz sterowniki PLC i inne urządzenia tego typu. Inte− gralnym elementem tej części sytemu jest też sieć komuni− kacyjna z magistralami i operującymi na nich protokołami. Sygnały z przetworników pomiarowych i czujników trafiają do poszczególnych sterowników obiektowych, gdzie w oparciu o nie, aktualne nastawy i dyspozycje operatorskie oraz według określonych algorytmów wypracowywane są sygnały sterujące i dane przeznaczone dla stacji operator− skiej czy innych sterowników PLC. W omawianej aplikacji zastosowano sterowniki firmy GE Fanuc z rodzin 90−30 i VersaMax. Sterowniki wyposażone są w następujące jed− nostki centralne: PLC 6 − CPU364, PLC 4 − CPU350, na− tomiast PLC 1, 2, 3 i 5 w CPU001. Pracę stacji zlewczej fir− my ENKO z Gliwic, kontroluje specjalizowany sterownik te− go samego producenta. Komunikacja systemu oparta jest na czterech magistralach: ● Ethernet (10 Mb/s, skrętka − połączenie: stacja lub sta− cje operatorskie − sterownia centralna), ● Modbus (9,6 kB/s, skrętka − połączenie: stacja opera− torska − stacja zlewcza), ● Profibus DP (187,5 kB/s, skrętka − połączenie: obiekt − obiekt), ● SNP (9,6 kB/s, sztywne łącze telefoniczne − połącze− nie: sterownia centralna − przepompownia główna). Zastosowanie linii telefonicznej dzierżawionej wymuszone zostało znaczną odległością pomiędzy sterownią centralną i przepompownią główną − około 2 km. Od strony linii kanał SNP obsługują modemy Fast 56K fir− my Microcom, natomiast od strony sterowników moduł CMM311 oraz jeden z portów komunikacyjnych dostępnych w jednostce PLC 5. Z kolei łącze ethernetowe to karta ko− munikacyjna w komputerze stanowiska operatorskiego oraz port komunikacyjny Ethernet wbudowany w jednostkę cen− tralną CPU364 sterownika PLC 6. Magistralę Profibus DP w przypadku sterowników PLC 6 i PLC 4 obsługują odpo− wiednio moduły PBM101 i PBS105. Z kolei korzystające z tej magistrali sterowniki PLC 1, 2, 3 i 5 wyposażone są w moduły komunikacyjne BEM002. Ważną rolę komunikacyjną pełni sterownik PLC 6. Jest on bramą I/O dla wymiany danych pomiędzy poszczególnymi węzłami systemu. Zastosowane rozwiązania sprzętowe, wsparte oprogramowaniem, zapewniają poprawną i pewną obsługę funkcji komunikacyjnych w warunkach normalnej pracy, a w przypadku poważnych zaburzeń zabezpieczają przed ich konsekwencjami i umożliwiają szybkie przywra− canie komunikacji i "podnoszenie" systemu. Prezentowany system pracuje w sposób zgodny z oczeki− waniami od momentu oddania go do eksploatacji. Jego wdrożenie diametralnie podniosło wydajność technologicz− ną oczyszczalni,co w dłuższej perspektywie czasowej ra− dykalnie wpłynie na poprawę stanu lokalnego ekosystemu; tym bardziej, że ścieki odprowadzane są do jeziora Draw− sko − oczyszczalnia zlokalizowana jest bowiem w jego bezpośrednim sąsiedztwie. Walory eksploatacyjne systemu potwierdza jego funkcjonowanie w normalnych warunkach pracy i zachowanie w stanach awaryjnych. Godnym pod− kreślenia jest też fakt bardzo szybkiego zaakceptowania przez pracowników zakładu zarówno systemu, jak i zmian będących konsekwencja jego wdrożenia. Architektura systemu jest otwarta na ewentualną rozbudo− wę aplikacji o nowe funkcje, układy czy węzły. Opisywana aplikacja powstała przy współpracy następują− cych wykonawców: MERA−MONT Września (projekt i wy− konawstwo AKPiA), Cyfrowe Systemy Automatyki WIZAR Toruń (oprogramowanie wizualizacyjne) oraz Cyfrowe Sys− temy Automatyki BODO Toruń (oprogramowanie sterowni− ków, komunikacja, wizualizacja). Autor artykułu pragnie także złożyć podziękowania panu Dariuszowi Głowackiemu z Zakładu Gospodarki Komunalnej w Czaplinku za wszech− stronną pomoc, zaangażowanie w przedsięwzięcie i życzli− wość oraz pracownikom firmy ASTOR Kraków za pomoc w rozwiązywaniu problemów technicznych. Bogdan Domek − Cyfrowe Systemy Automatyki BODO ELEMENTY SYSTEMU 90-30, VersaMax InTouch w w w. a s t o r. c o m . p l