Azoty Tarnów – system telemetrii i monitoringu mediów produkcyjnych

Specyfika przedsiębiorstwa branży chemicznej i szeroki zakres produkcji powodują, że zakłady operują mediami produkcyjnymi o właściwościach toksycznych, palnych lub wybuchowych, jak również wysokokosztownymi mediami energetycznymi, stosując w procesach produkcji skrajne ciśnienia oraz ekstremalne temperatury.

W połączeniu z dużą rozległością zakładów, dbaniem o bezpieczeństwo pracy i przestrzeganiem norm, a tym samym właściwym kontrolowaniem procesów produkcyjnych powoduje to konieczność ciągłego monitoringu kluczowych parametrów wszelkich mediów produkcyjnych.

Pierwotnie Azoty Tarnów do gromadzenia danych stosowały lokalne monitorowanie, w tym celu wykorzystując zainstalowane wcześniej informatyczne systemy przemysłowe, jakimi były stacje wizualizacyjne Wonderware InTouch. Struktury te pozwalały na archiwizację podstawowych parametrów zużycia głównych mediów energetycznych, czyli metanu oraz pary, jak również ścieków.

Pozytywne doświadczenia użytkowników rozwiązania zaowocowały podjęciem działań przez Dyrekcję Techniczną Azotów Tarnów, mających na celu wdrożenie kompleksowego systemu monitoringu mediów dla zakładu. Inwestycja zakładała pełny monitoring mediów energetycznych i produkcyjnych oraz stworzenie centralnego archiwum danych i raportów o ich jakości i zużyciu.

Media produkcyjne i energetyczne

Monitoringiem zostały objęte następujące media:

• energia elektryczna,
• powietrze technologiczne i sterownicze,
• woda technologiczna, grzewcza oraz pitna,
• para o różnym stopniu kompresji,
• gospodarka wodno-ściekowa,
• amoniak,
• metan, z prognozowaniem zużycia tego medium, w związku z limitami zakupu i grożącymi w związku z tym wysokimi karami umownymi.

Docelowo monitoringiem objęto wszelkie instalacje związane z dostarczaniem, produkcją oraz zużyciem mediów, co pozwoliło na zwiększenie ekonomiki poboru, racjonalizację zużycia i zmniejszenie kosztów ich wytwarzania. Do systemu monitoringu włączono kilkadziesiąt obiektów, w tym duże centra produkcyjne:

• elektrociepłownię wraz ze stacją uzdatniania wody dla elektrociepłowni,
• podstacje elektryczne linii wysokiego i średniego napięcia, gdzie monitorowane są parametry energii elektrycznej, na podstawie informacji zbieranych z liczników energii,
• centralną oczyszczalnię ścieków, chemiczną oczyszczalnię ścieków oraz kolektory ściekowe zakładów,
• pompownię wody technologicznej i pitnej oraz stacje uzdatniania wody,
• generator azotu firmy AirLiquid,
• stację sprężarek powietrza technologicznego,
• stacje osuszania powietrza sterowniczego, sprężania powietrza i wytwórni ciekłego CO₂,
• instalację sprężonego kwasu azotowego oraz rozkładnię metanu,
• zasilacze awaryjne UPS,
• wszystkie wydziały produkcyjne.

Dodatkowo do systemu monitoringu włączona została stacja meteorologiczna oraz ciepłomierze. Stacja meteo dostarcza dane o ciśnieniu, temperaturze i wilgotności powietrza oraz kierunku i sile wiatru, które to parametry stanowią bardzo ważny element systemu monitoringu. Na ich podstawie bowiem, w przypadku alarmu o chemicznym skażeniu gazowym, wytyczane są kierunki ewakuacji pracowników. Z kolei monitoring ciepłomierzy zapewnia możliwość rozliczeń z zewnętrznym odbiorcą energii cieplnej, czyli Miejskim Przedsiębiorstwem Energetyki Cieplnej w Tarnowie.

Budowa sieci telemetrycznej

Stosunkowo duża powierzchnia zakładów wymagała zaprojektowania rozległej sieci przemysłowej koniecznej do akwizycji danych z systemów automatyki przemysłowej oraz urządzeń pomiarowych rozmieszczonych na różnych obiektach. W zależności od uwarunkowań terenowych, potrzeb i możliwości komunikacyjnych urządzeń, zastosowano różne standardy wymiany danych. Szkielet sieci telemetrycznej został oparty o pierścień światłowodowy, do którego zbiegają trasy światłowodowe oraz miedziana skrętka.

Fragmenty sieci komunikacyjnej z kolei oparte są o sieć szeregową RS485 połączoną z siecią Ethernet za pomocą konwerterów lub bezpośrednio z komputerami komunikującymi się dalej w sieci Ethernet. Do obiektów leżących na obrzeżach zakładów lub tych o utrudnionym dostępie zastosowano komunikację poprzez bezprzewodowe łącza Ethernet zabezpieczone sprzętowym szyfrowaniem.

Konieczne było również zastosowanie radiomodemów do bezprzewodowej transmisji danych w oparciu o sieć szeregową RS232. Ponadto komunikacja z kilkoma obiektami realizowana jest przez modemy telefoniczne w standardzie DSL. Do zbudowania sieci wykorzystano akcesoria sieciowe firmy Korenix oraz radiomodemy Satel dostarczone przez firmę ASTOR.

Akwizycja danych

Duża liczba urządzeń od różnych producentów, z których informacje gromadzone są w centralnej bazie danych, wymusiła potrzebę zastosowania wielu różnych protokołów komunikacyjnych. Ponadto w wielu przypadkach zrealizowanie komunikacji ze specyficznymi urządzeniami (np. zasilaczami awaryjnymi UPS) wymagało napisania dedykowanego programu komunikacyjnego w języku Delphi oraz zastosowania transferu plików z danymi przemysłowymi z wykorzystaniem FTP.

Głównym źródłem danych są jednak przemysłowe systemy sterowania, w dużej części oparte o rozwiązania GE Inteligent Platforms, umożliwiające łatwą komunikację i dostęp do danych przez standardowe programy komunikacyjne.

Przemysłowa baza danych - gromadzenie i archiwizacja danych

Dane zebrane z systemów automatyki oraz urządzeń pomiarowych gromadzone są za pomocą sieci telemetrycznej w Wonderware Historian. Rozwiązanie to stanowi centralny system danych historycznych, automatycznie gromadzący i archiwizujący ogromne ilości, szybko zmieniających się wartości. Zapis danych przez omawiane oprogramowanie zapewnia osiągnięcie dokładności przechowywania danych na poziomie 3,3ms.

Świadczy to o dużej uniwersalności zastosowania, zarówno do gromadzenia danych z procesów, w których dane zmieniają się stosunkowo rzadko, jak i przy procesach charakteryzujących się szybką i częstą zmianą wartości parametrów. Z kolei zoptymalizowane sposoby zapisywania gromadzonych wartości powodują, że Wonderware Historian może zostać zainstalowany na klasycznym komputerze, bez konieczności stosowania zaawansowanych technicznie rozwiązań sprzętowych.

Analiza danych i raportowanie

Do analizy danych i raportowania wykorzystywane są programy raportowe Wonderware Active Factory oraz stacje wizualizacyjne InTouch. Zastosowanie tych programów pozwala na dostęp do bieżących danych i analizę danych historycznych, ułatwiając pracę kadrze pracowniczej, zarówno bezpośrednio związanej z produkcją (operatorom, technologom, kierownikom centrów produkcyjnych), jak i osobom odpowiedzialnym za rozliczenia zużycia mediów. Analizy wykonywane są na bieżąco (ad hoc) oraz w oparciu o przygotowane szablony raportów, których uruchomienie powoduje automatyczne pozyskiwanie danych, bezpośrednio z Wonderware Historiana.

Korzyści z wdrożenia

Zastosowanie nowoczesnego sytemu telemetrii i monitoringu ma pozytywny wpływ na wiele aspektów funkcjonowania przedsiębiorstwa. Wśród najważniejszych należy wymienić obniżenie kosztów produkcji, które zostało zrealizowane poprzez:

• dostęp w dowolnej chwili do bieżących informacji o kluczowych parametrach jakości mediów i ich zużyciu,
• zabezpieczanie przed przekraczaniem limitów i wyeliminowanie kar umownych zużycia metanu,
• racjonalizację zużycia energii i redukcję kosztów energetycznych,
• zwiększenie ekonomiki poboru mediów,
• zmniejszenie kosztów wytwarzania mediów,
• dostarczanie na bieżąco pełnych informacji dla technologów.

Zastosowanie najnowszych rozwiązań technicznych i informatycznych do budowy systemu telemetrii i monitoringu świadczą o nowoczesności Zakładów Azotowych oraz trosce o wysoką jakość produktów i niskie koszty produkcji. Stan ten bezpośrednio przekłada się na konkurencyjność oferowanych wyrobów, z uwzględnieniem ciągłego nadzoru nad bezpieczeństwem pracy oraz ochroną środowiska.

Instalację telemetrii i monitoringu mediów w Azotach Tarnów w całości wdrożyła firma Automatyka Sp. z o.o. z Tarnowa, Złoty Partner firmy ASTOR. Firma zajmuje się obsługą, montażem i rozruchami przemysłowych systemów pomiarów i sterowania, wykonywaniem oprogramowania sterowników i komputerowych systemów sterowania oraz wizualizacją procesów przemysłowych w różnych branżach, w szczególności branży chemicznej.

Lucjan Knapczyk specjalista technolog
Automatyka Sp. z o.o.
www.automatyka.tarnow.pl

Wykorzystane zdjęcia udostępnione zostały przez
Zakłady Azotowe wTarnowie- Mościcach S.A. (www.azoty.tarnow.pl)