Print

Modernizace automatizačního systému vodárny

-- 14.12.12

Uživatel komentuje rozhodnutí managementu svého závodu přejít na řízení pomocí PLC před 17 lety. Opuštění starého systému SCADA dalo vodárně flexibilitu, kterou stále plně využívá.

Téměř všechny vodárny a čističky, které jsou staré více než jen pár let, prošly migrací řídicího systému – a některé i více než jednou. Naše vodárna začala modernizaci instalací mikropočítačového systému SCADA v roce 1986. V roce 1995 jsme se rozhodli nahradit tento řídicí systém programovatelnými automaty (PLC) a nikdy jsme toho nelitovali. Během 17 let, tj. od roku 1995 do současnosti, jsme zažili několik generací hardwaru, softwaru, sítí a I/O pro PLC. Procházeli jsme pokusy a strastmi a řešili jsme stejné problémy, s jakými se vodárny po celém světě potýkají každý den. Tady je příběh našeho putování
za řídicím systémem.

Sbohem, systéme SCADA!

V roce 1986 pořídila naše vodárna kompletní systém průmyslového řízení a sběru dat SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) na klíč:

  • centrální minipočítač VAX a software od společnosti Digital Equipment Corporation,
  • komunikační linky využívající síť LAN s rozhraním RS422 a přenosovou rychlostí 9 600 baudů,
  • telefonní modem WAN s přenosovou rychlostí 1 200 baudů,
  • dva typy speciálních vzdálených terminálových jednotek (Remote Terminal Units – RTU).


Tento systém řídil a monitoroval procesy ve vodárně a v distribučním systému vody. Aplikační software systému SCADA běžel na operačním systému VMS a využíval dvojici redundantních počítačů Micro VAX II a dvojici redundantních komunikačních terminálů RTU pro sběr provozních dat.  Tento systém stál v roce 1986 1,2 milionu dolarů. Systém fungoval dobře, ale v průběhu času už výrobce nebyl schopen zajistit kompatibilitu s novějším hardwarem a softwarem. V roce 1993 byl zakoupen poslední dostupný terminál RTU pro tento systém za cenu přes 20 000 dolarů.

V roce 1995 byla zahájena migrace řídicího systému na zařízení PLC společně s modernizací řídicího systému filtrů vodárny. U klasické vodárny se pro čištění vody používají filtry se dvěma médii. Tyto filtry mají vrstvu aktivního uhlí a písku, která zachycuje případné částice, jež se neusadily v předchozích fázích úpravy. Když je filtr zařazený a čistí vodu, průtok vody se mění podle stavu filtru.

Stav filtru se liší podle toho, jak dlouho byl zařazen a jaké množství vody vodárna upravuje. Po zhruba 40 až 120 hodinách provozu, v závislosti na kvalitě vody, se filtr musí zpětně propláchnout. Během zpětného proplachování filtru se v sérii řízených kroků využívají stovky kubických metrů vody. V naší vodárně se pro zpětný proplach filtru použije zhruba 1 300 m3 vody. Asi 140 m3 oplachuje povrch filtru a zbývajících 1 160 m3 se používá v obráceném směru toku pro nadzdvižení a vyčištění filtračního média. Stejně jako většina aplikací pro řízení filtrů má i naše aplikace dva režimy řízení. První je, když je filtr zařazený a produkuje pitnou vodu, a druhý je režim zpětného proplachu.

Proces zpětného proplachu řídila 30 let stará, napevno zapojená reléová logika, která začala být nespolehlivá. Reléové řízení z roku 1965 mělo výpadky častěji v režimu zpětného proplachu než v režimu vřazeného filtrování. Odstraňování problémů u reléové logiky bylo časově náročné a obtížné, takže nastal čas na modernizaci automatizačního systému. Z důvodu problémů s cenou a kompatibilitou terminálů RTU systému SCADA se naše vodárna začala poohlížet po jiných možnostech, takže jsme posoudili několik možných variant řízení filtrů pomocí PLC nebo technologie RTU. Vyhodnotili jsme všechny špičkové produkty PLC a RTU a volba padla na PLC DL340 společnosti AutomationDirect společně s programovacím softwarem této firmy DirectSOFT pro PLC. To byl začátek konce starého systému SCADA.

Výhody PLC

Podle našeho hlavního programátora řídicího systému byl nejvítanější vlastností PLC intuitivní způsob fungování programovacího softwaru. V roce 1995 většina programovacího softwaru pro PLC a RTU využívala specializovanou programovací jednotku nebo v nejlepším případě aplikaci na bázi systému DOS pro počítače PC. Naproti tomu společnost AutomationDirect a její partner Host Engineering z města Johnson City ve státě Tennessee vyvinuly pro PLC programovací software pro počítače PC. Tento software na bázi operačního systému Windows byl lepší variantou, a to z hlediska snadného použití i kompatibility s moderními aplikacemi na bázi PC.

Časovací a řídicí relé v automatizačním systému filtrace jsme nahradili PLC, který řídil úroveň filtru i automatický systém zpětného proplachu. PLC byly napojeny ke starému systému SCADA přes stávající terminály RTU pomocí sběrnice Modbus. Postupem času byl řídicí program filtru upraven za účelem zvýšení výkonnosti filtru a kvality vody. Vlastní programování PLC a všechny změny byly provedeny přímo v závodě, protože bylo snadné upravit systém podle našich měnících se potřeb. V posledních několika letech byl řídicí systém filtru modernizován na PLC DL250 a programován v jazyce stavové logiky na rozdíl od jazyka liniových schémat použitého ve starších PLC. Od té doby jsme již věděli, že se stavovou logikou je odstraňování problémů automatizačního systému ještě snadnější.

Náhrada minipočítače VAX

V roce 1996 byl hardware a software systému SCADA modernizován na systém SCADA na bázi PC s operačním systémem Windows a závod začal nahrazovat všechny staré terminály RTU zařízeními PLC. Zařízení PLC řídila několik procesů závodu, od sběru dat a alarmů závodu až po velmi vyspělý systém dávkování chemikálií. Zařízení PLC byla připojena k síti Modbus s přenosovou rychlostí 38 400 baudů. I když se to dnes zdá pomalé, byla tato rychlost vyšší, než s jakou dokázalo komunikovat v té době typické zařízení Modicon PLC.

Jedním z problémů, s nímž jsme se setkali, bylo použití tagového serveru Modbus. Když PC systému SCADA komunikuje se zařízením PLC, data jsou obvykle v neupraveném stavu nebo ve formátu BCD a registry PLC zcela neodpovídají registru sběrnice Modbus, protože PLC využívá osmičkovou číselnou soustavu. Pro vyřešení tohoto problému jsme opustili software tagového serveru poskytovatele PC SCADA a začali jsme používat software DSData společnosti Host Engineering. Software DSData dokázal číst data pomocí nativního adresovacího schématu a náš systém SCADA mohl používat položkový modifikátor, takže data mohla být shromažďována ve formátu reálných čísel.

To znamenalo, že už jsme nemuseli převádět „ukazatel“ ve formátu BCD do PLC a konvertovat jej na reálné číslo v liniovém schématu, ale mohli jsme pracovat s paměťovým umístěním přímo ve formátu reálných čísel. Další příjemnou vlastností softwaru DSData bylo to, že dokázal zobrazovat hodnotu, která byla shromažďována hlavním softwarem SCADA. Zařízení PLC a software DSData fungovaly v úpravně vody tak dobře, že jsme se rozhodli použít PLC také v distribučním systému i při nadcházejícím rozšíření vodárny v roce 1997. V té době měl systém distribuce vody více než 250 000 zákazníků a pokrýval oblast o rozloze 130 km2. Nainstalovali jsme 50 PLC pro řízení nádrží a čerpacích stanic a k použití jako hlavní PLC neboli koncentrátor dat v úpravně.

Fotografie ukazuje typickou řídicí skříň distribuční stanice. Terminál RTU byl nahrazen PLC, skříně modemu a rozhraní byly nahrazeny bezlicenčním rádiovým modemem s rozprostřeným spektrem a bateriová sada a nabíječka baterie byly nahrazeny záložním zdrojem energie (UPS). Použití PLC v našich čerpacích stanicích bylo dobrým rozhodnutím z několika důvodů. Zaprvé to byla snadná údržba PLC. PLC využívají montáž na lištu DIN, vyjímatelné terminálové bloky na kartách a modulární provedení, což
usnadňuje změny a modernizace.

Navíc byl hardware spolehlivý a cenově výhodný a měl vynikající technickou podporu. Naproti tomu terminály RTU byly drahé a jejich údržba byla v mnoha směrech obtížná. Jedním z příkladů, jak obtížné bylo pracovat s terminály RTU, byla nepřítomnost vyjímatelných terminálových bloků, což způsobovalo komplikace v případě selhání desky. Technici museli odšroubovat desítky vodičů, připevnit je páskou bokem a označit je dříve, než mohli desku vyjmout. Fotografie ukazuje automat PLC podobného typu, jaký byl použit v čerpacích stanicích se čtyřmi čerpadly.

Karty s diskrétním vstupem využívaly jmenovité střídavé napětí 120 V. Je zde jedna čtyřkanálová vstupní karta pro přívod údajů o sacím tlaku, výstupním tlaku a průtoku a výstupní karta 4–20 mA řídící lokální kontrolky. Zařízení PLC řídí reléové výstupy napojené na motorová řídicí centra. Spodní komunikační port je konfigurován jako master sběrnice Modbus a slouží pro odečítání výšky hladiny v nádrži. Horní port slouží pro komunikaci s textovým panelem. V letech 1998 až 2002 byla hlavní úpravna opět rozšířena, tentokrát na kapacitu 400 000 m3/ den a v rámci rozšiřování bylo nainstalováno dalších 11 PLC. Od roku 1995 vodárna standardizovala použití PLC a souvisejícího hardwaru řídicího systému společnosti AutomationDirect.

V současnosti máme 31 PLC v úpravně a 129 PLC v distribučním systému. Jednotky v distribučním systému se používají zejména v čerpacích stanicích. Konečným výsledkem je to, že vodárna s kapacitou 400 000 m3/den provozuje svou úpravnu a distribuční systém výhradně pomocí PLC. Ke konci rozšiřovacího projektu mohli pracovníci závodu konvertovat starou sériovou síť na síť na bázi Ethernetu. U ethernetové sítě bylo snadné rozvést kabely, využívá standardní hardware a běží na vysoké rychlosti. Moderní ethernetové přepínače běží na rychlostech 1 GB/s, jsou levné a řeší kolize CDMA a další otázky. Letos jsme konvertovali síť PLC na technologii gigabitového Ethernetu a s výsledky jsme naprosto spokojeni.

PLC navždy

V roce 2011 jsme nahradili software DSData komunikačními servery Kepware. Nyní využíváme software DirectSOFT 5 a síť úpravny využívá technologii gigabitového Ethernetu. Většina našich PLC je již asi deset let stará a funguje výborně, což svědčí o tom, že tento hardware byl velmi robustní i v našem náročném prostředí. Doposud naše vodárna zakoupila od společnosti AutomationDirect řídicí techniku v hodnotě přes 250 000 dolarů, takže za 17 let téměř neustálé modernizace, rozšiřování a zdokonalování závodu jsme utratili méně, než byla cena původního řídicího systému zakoupeného v roce 1986.

Autor: Henry Palechek


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

XXII. ročník mezinárodní výstavy Infotherma 2015
2015-01-19 - 2015-01-22
Místo: Výstaviště Černá louka, Ostrava
Smart Life 2015
2015-01-27 - 2015-01-27
Místo: Palác Charitas, Praha
Roboty v průmyslu
2015-01-28 - 2015-01-28
Místo: Brno
DIAGO 2015
2015-02-03 - 2015-02-04
Místo: Hotel HARMONIE I, Luhačovice
Možnosti úspor ve výrobě
2015-02-10 - 2015-02-10
Místo: Ostrava, místo bude upřesněno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

Omron Electronics spol. s r.o.
Omron Electronics spol. s r.o.
Jankovcova 53
170 00 Praha 7
tel. +420 234 602 602

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
Thámova 13
180 00 Praha 8
tel. 00420737266673

COMPAS automatizace, spol. s r.o.
COMPAS automatizace, spol. s r.o.
Nádražní 610/26
59101 Žďár nad Sázavou
tel. +420 567 567 111

Invensys
Invensys
Žirovnická 3124
106 00 Praha 10
tel. +420 (0)267 182 220

všechny firmy
Reklama






Anketa


Ano, proto se je snažíme minimalizovat
Ne, jsou na odpovídající úrovni
Nejsou vysoké, ale rychle rostou

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright Trade Media International Holdings Sp. z o.o. ul. Wita Stwosza 59a, 02-661 Warszawa
KRS 0000281036, NIP 521-34-36-770, Regon 140966270
Všechny materiály pocházející ze stránek Control Engineering USA jsou vlastnictvím CFE Media. Všechna práva vyhrazena.
Navštivte naše další stránky