Sterownik easyE4 firmy Eaton w praktyce: aplikacja przepompowni ścieków

W dotychczasowych układach sterowania stosunkowo prosty algorytm sterowania był często wykonywany przez wyższe i co za tym idzie droższe serie sterowników PLC. Powodem był na ogół wymóg szerszych możliwości komunikacyjnych, funkcji webserwera czy też opcji zapisu danych na kartę pamięci. Kolejnym kosztownym elementem, w przypadku układów pozbawionych stałego łącza, jest modem GSM. Najczęściej wymaga on zastosowania karty SIM ze statycznym adresem IP, co znacząco zmniejsza bezpieczeństwo łącza oraz wiąże się z wyższym abonamentem. Zarządzanie pracą aplikacji ze zdalnym dostępem odbywa się za pośrednictwem wizualizacji. Rozpowszechnionym rozwiązaniem jest oprogramowanie typu SCADA. Jego wadą jest dodatkowy koszt licencji oprogramowania oraz przypisanie wizualizacji do konkretnego sprzętu, na którym oprogramowanie jest zainstalowane i uruchomione.

Przykład aplikacji przepompowni ścieków opartej na nowej serii sterowników easyE4 pokazuje, iż pomimo zastosowania zdalnego dostępu, część opisanych powyżej kosztów możemy ograniczyć, a część zupełnie wyeliminować.

Nowe sterowniki easyE4 zachowując kompatybilność z rodziną przekaźników programowalnych easy500/700/800. Jednakże dzięki wprowadzeniu szeregu nowych funkcjonalności, mogą być traktowane jako pełnoprawny sterownik PLC. Zapewniają one m.in.:

• cztery języki programowania: tekst strukturalny (ST), drabinkowy (LD), bloków funkcyjnych (FBD), oraz kompatybilny z wcześniejszymi wersjami: Easy Device Programming (EDP),
• modułowe programowanie z tworzeniem bloków funkcyjnych użytkownika,
• obsługę przerwań,
• funkcję webserwer,
• komunikację Modbus TCP,
• slot na kartę SD z możliwością archiwizacji danych oraz funkcją backupu programu,
• możliwość rozbudowy do 11 rozszerzeń: 96 DI + 92 DO lub 48 AI + 22 AO (12 bitów) lub 44 wejścia PT100/PT1000,
• wbudowaną funkcję zegarów sterujących, w tym zegara astronomicznego z synchronizacją przez Internet lub DCF77.

Zastosowany w aplikacji sterownik easyE4 został zaprogramowany w języku drabinkowym (LD), co pozwoliło na łatwe przepisanie programu z dotychczas wykorzystywanej platformy PLC. Umieszczenie często powtarzanych procedur w blokach użytkownika dodatkowo uprościło program. Jako backup użyto karty microSD z zapisanym na niej programem. Dzięki temu w przypadku ewentualnej wymiany sterownika, wystarczy przełożyć kartę aby zaprogramować i skonfigurować nową jednostkę do pracy zdalnej. Jest to spore ułatwienie od strony serwisowej. Powyższe czynności mogą wykonać lokalni pracownicy obsługi technicznej co oszczędza czas i koszty przy usuwaniu ewentualnej awarii.

Sterownik wyposażony jest w wyświetlacz z kolorowym podświetleniem. W wariancie ekonomicznym aplikacji nie trzeba dzięki temu instalować dodatkowego panelu HMI, co znacząco ogranicza koszty przy zachowaniu funkcjonalności. Na ekranie wyświetlane są stany pracy, komunikaty alarmów. Ich znaczenie podkreśla kolor podświetlenia wyświetlacza - biały, zielony lub czerwony. Z poziomu klawiatury sterownika easyE4 możliwe jest również wprowadzanie parametrów. Dostęp zdalny oparty jest na protokole Modbus TCP, który jest standardem we wszystkich wersjach easyE4. Nie generuje to zatem dodatkowych kosztów.

Jako funkcja uzupełniająca został użyty Web Server - obsługa techniczna znajdująca się na obiekcie może bez bezpośredniego dostępu do szafy sterującej oraz bez połączenia z Internetem, mieć połączenie ze sterownikiem za pośrednictwem lokalnej sieci Wi-Fi. Może w ten sposób sprawdzić status jego pracy oraz mieć podgląd parametrów procesowych. Możliwość rozszerzenia systemu o 11 modułów we/wy sprawia, że ewentualna rozbudowa aplikacji jest prosta i stosunkowo mało kosztowna.

Modułem, który pozwala na komunikację zdalną jest router z możliwością konfiguracji połączeń tunelowych VPN. Wymagany dostęp do Internetu można zrealizować zarówno poprzez połączenie z istniejącą infrastrukturą poprzez port RJ-45 lub w przypadku jej braku poprzez transmisję danych w sieciach GSM. Wartym podkreślenia jest fakt, że druga opcja jest dostępna za pomocą dowolnej karty SIM, w tym prepaid. Usługa nie wymaga stałego adresu IP co obniża jej koszt oraz zwiększa bezpieczeństwo. Router łączy się tunelowo z szyfrowaniem 256-bitowym, z serwerem chmury. Usługa serwera jest autorskim rozwiązaniem firmy Automatyka Krzysztof Białowąs stosowanym w przepompowniach oferowanych przez firmę Poltraf.
Zapewnia on następującą funkcjonalność:

• wizualizację webową w HTML5;
• połączenie z easyE4 z pełną funkcjonalnością jak przy połączeniu bezpośrednim;
• wysyłanie SMS-ów z konfiguracją zdarzeń oraz odbiorców.

Działanie aplikacji przepompowni ścieków opiera się na sterowaniu pracą pomp w oparciu o wskazania poziomu cieczy z sondy hydrostatycznej. Z poziomu wizualizacji lub ekranu i klawiatury easyE4 mamy możliwość ustawienia dwóch poziomów załączenia oraz jednego poziomu wyłączenia pomp.

Dodatkowo w celu optymalizacji zużycia pomp, w trakcie normalnej pracy, układ załącza je naprzemiennie. W przypadku wysokiego poziomu ścieków (drugi próg) - druga pompa wspiera pracę pierwszej. Oczywiście algorytm pracy zabezpiecza urządzenia przed zdarzeniami niestandardowymi tak, aby zachować ciągłość pracy najdłużej jak to możliwe. Poprzez kontrolę czasu pracy układ jest w stanie wykryć nieefektywną pracę jednej z pomp np. uszkodzone łopatki lub wirnika, automatycznie przełączając się na drugą. Dodatkowo sterownik posiada wejścia do obsługi sygnałów z pływaków, które zabezpieczają pompy przed sucho-biegiem i przelaniem. W przypadku awarii sondy funkcję sterowania przejmują pływaki.

Praca przepompowni ścieków jest zdalnie nadzorowana poprzez wizualizację dostępną z poziomu przeglądarki internetowej. Uniezależnia to od konkretnego sprzętu oraz systemu, a dzięki stworzeniu jej w języku HTML5 jest ona dostępna także z poziomu urządzeń mobilnych. Brak potrzeby instalowania dedykowanego oprogramowania jest kolejnym czynnikiem ograniczającym koszt systemu.

Panel główny wizualizacji obrazuje pracę przepompowni z jej podstawowymi parametrami, takimi jak praca pomp, poziom ścieków, stan pływaków, poziomy załączenia i wyłączenia. Daje także możliwość przejścia do ręcznego wysterowania pracy pomp. Pod kątem serwisowym ważnymi informacjami są łączne czasy pracy pomp oraz czasy ich ostatnich załączeń. Odświeżanie danych na serwerze dokonywane jest co 1min. Poniżej panelu głównego prezentowane są przebiegi czasowe podstawowych parametrów. Ich analiza daje możliwość oszacowania np. wydajności pompy, co może być podstawą do podjęcia decyzji o jej wymianie przed jej definitywną awarią (strategia predictive maintenance). Opcjonalnie układ może być wyposażony w odczyt prądów pobieranych przez pompy.

Wszystkie dane są archiwizowane przez okres jednego roku z możliwością dokonania ich eksportu do pliku csv lub pdf.

W ustawieniach systemu, poza wspomnianym wcześniej ustawieniem progów zadziałania pomp, mamy możliwość dodania 3 numerów do operatorów, do których będą trafiały powiadomienia SMS. Dotyczą one takich zdarzeń jak: otwarcie/zamknięcie drzwi szafki, brak/powrót zasilania, zadziałanie termika czy wykrycie sucho-biegu.
Przedstawiony przykład aplikacji przepompowni wody pokazuje, że dodanie funkcjonalności zdalnego dostępu nie musi generować znaczącego wzrostu kosztów całej aplikacji, a biorąc pod uwagę znaczący wzrost funkcjonalności oraz wyjście naprzeciw wymaganiom rynku, jest rozwiązaniem opłacalnym.

Z wersją demonstracyjną wizualizacji można zapoznać się pod adresem: www.automatykamonitoring.pl (login: przepompownia, hasło: demo)

Dowiedz się więcej o easyE4:

• Zapoznaj się z innym przykładowym opisem aplikacji, dotyczącym systemów obsługi materiałów sypkich, z zastosowaniem bloków funkcyjnych użytkownika.
• Sprawdź jak prosto tworzy się aplikacje na easyE4 korzystając z filmów, które firma Eaton stworzyła myśląc o potrzebach wszystkich użytkowników. W 18 filmikach dowiesz się m.in. jak działa easySoft 7, jak programować easyE4 we wszystkich 4 dostępnych językach czy też jak połączyć sterownik z Galileo za pomocą Modbus TCP.