Wykorzystanie modułów telemetrycznych firmy InVentia w aplikacjach wodociągowo-kanalizacyjnych

Na przestrzeni ostatnich kilku lat Control System, wraz z firmami partnerskimi, wdrożyła szereg systemów inteligentnego sterowania i zaawansowanego funkcjonalnie monitorowania. Większość aplikacji wykonano na potrzeby odbiorców z branży wodno-kanalizacyjnej. Pod koniec września 2010 roku oprogramowanie opracowane przez informatyków Control System zainstalowane było w ponad 1900 modułach telemetrycznych firmy Inventia. Przedstawiamy opisy kilku najnowszych aplikacji, które, zdaniem przedstawicieli firmy, charakteryzują się relatywnie największym stopniem zaawansowania i złożoności.

Rys. 1. Schemat struktury inteligentnego systemu zdalnego sterowania i monitorowania pracy obiektów wodno-kanalizacyjnych

PRZEPOMPOWNIE ŚCIEKÓW - ROZWIĄZANIA NIESTANDARDOWE

Zwiększany sukcesywnie poziom funkcjonalności oprogramowania aplikacyjnego firmy Control System do sterowania pracą przepompowni ścieków spełnia obecnie praktycznie wszystkie oczekiwania użytkowników. W 2009 roku pojawiły się jednak dwie aplikacje związane z przepompowniami ścieków, które charakteryzowały się niestandardowymi wymaganiami dotyczącymi oprogramowania aplikacyjnego. Na zlecenie Zakładu Gospodarki Komunalnej w Gryficach zwiększono funkcjonalność standardowego programu do sterowania pracą 3-pompowej przepompowni ścieków.

Z uwagi na bardzo dużą moc pomp (75kW każda) istotne było wprowadzenie tzw. trybu burzowego, który ograniczałby podczas intensywnych opadów ilość ścieków przepompowywanych do oczyszczalni. Uzgodniono z użytkownikiem, że oprogramowanie aplikacyjne zapisane w pamięci modułu MT-101 powinno obsługiwać dwa tryby pracy, tj. standardowy i burzowy. W trybie burzowym oprogramowanie kontrolowałoby ilość ścieków przepompowywanych w jednym cyklu do oczyszczalni, chroniąc ją tym samym przed zalaniem.

Rys. 2. Aplikacja w Gryficach - poglądowe zrzuty ekranów z systemu wizualizacji dla aktywnego trybu burzowego (tryb burzowy został włączony o godzinie 8 rano - patrz dolny wykres)

Rys. 3. Graficzny analizator pracy przepompowni ścieków (funkcjonalność "czarnej skrzynki")

Rys. 4. Przykład sterowanie i monitorowania stacji wodociągowej KPWiK w Szubinie

Decyzję o zmianie trybu pracy podejmuje dyspozytor. Przełączanie odbywa się w sposób zdalny, po zalogowaniu się operatora do systemu, uaktywnieniu panelu sterowania i wysłaniu komendy do modułu MT-101 z poziomu systemu SCADA. Kolejnym niestandardowym przypadkiem było sterowanie przepompownią ścieków eksploatowaną przez PGK w Wolsztynie. Jej zadaniem jest przepompowywanie wód drenażowych spod wysypiska śmieci w gminie Wolsztyn.

Z uwagi na zawartość metali ciężkich i fosforanów, jak i związaną z tym faktem konieczność dawkowania ilości ścieków dopływających do oczyszczalni, na rurociągu tłocznym przepompowni zainstalowano przepływomierz elektromagnetyczny. Za sterowanie pracą pomp na przepompowni odpowiedzialny jest standardowo moduł MT-101, podczas gdy połączony magistralą RS-485 i zaprogramowany specjalnym programem moduł EX-101 odczytuje stany zasuwy oraz odpowiednie sygnały odwzorowujące informacje o natężeniu chwilowym przepływu, jak i przepływie sumarycznym.

Z uwagi na specjalne wymogi oprogramowanie sterujące w module MT-101 zostało rozszerzone o funkcję dawkowania ilości ścieków w pojedynczym cyklu pompowania. Operator specjalnym programem do zdalnej konfiguracji definiuje ilość ścieków, jaka ma zostać przepompowana w pojedynczym cyklu oraz odstęp czasowy pomiędzy kolejnymi cyklami pompowania. Standardowa analiza poziomu ścieków służy tylko do awaryjnego załączania pompy w przypadku zbyt wysokiego poziomu ścieków w komorze.

SYSTEMY STEROWANIA I MONITOROWANIA UJĘĆ WODY ORAZ STACJI UZDATNIANIA WODY

Realizowany od kilku lat na szeroką skalę program modernizacji obiektów wodociągowych, w segmencie wody czystej, doprowadził do istotnego zwiększenia ilości wdrożeń dla tego typu obiektów w kraju. W 2009 roku zespół z Control System z powodzeniem kontynuował proces automatyzacji stacji wodociągowych dla KPWiK w Szubinie. Stosowane były tutaj moduły telemetryczne MT-101 i EX-101, które użyto do sterowania pracą pomp głębinowych i sieciowych, zdalnego załączania chloratora czy rozbudowanej wymiany danych z urządzeniami peryferyjnymi w oparciu o protokół Modbus RTU.

Na zrzucie ekranu powyżej przykład wizualizacji pracy stacji wodociągowej. W tym obiekcie moduł MT-101 komunikuje się poprzez drugi port z wykorzystaniem protokołu Modbus RTU m.in. z falownikiem, co umożliwia przekazanie do systemu pełnej informacji o bieżącym statusie falownika (praca, oczekiwanie, awaria, stan uśpienia). Oczywiście system na bieżąco sprawdza status komunikacji ze wszystkimi podłączonymi urządzeniami, co pozwala na wiarygodny nadzór monitorowanych parametrów.

Rys. 5. System SCADA - zdalne sterowanie i monitorowanie SUW w Łazach oraz przepompowni ścieków w gminie Mielno nad morzem

Na kolejnym zrzucie ekranu pokazano przykład stacji uzdatniania wody zlokalizowanej w Łazach i eksploatowanej przez ZW-K Sp. z o.o. w Unieściu. W tym przypadku moduł MT-101 został połączony z wykorzystaniem protokołu Modbus RTU ze sterownikiem PLC wyposażonym w panel tekstowy. Co ciekawe, część sterowania jest realizowana przez oprogramowanie sterownika PLC, główny program sterujący zapisany jest jednak w pamięci modułu MT-101.

Takie połączenie sterowników, w którym każdy realizuje część algorytmu, zostało również wykorzystane w sterowaniu pracą przepompowni ścieków eksploatowanych w gminie Mielno przez ZW-K Sp. z o.o. w Unieściu. Dodatkowo do drugiego portu w MT-101 został podłączony przepływomierz elektromagnetyczny. Odczyt danych pomiarowych wprost z rejestrów przepływomierza powoduje brak konieczności wykonywania konwersji analogowo-cyfrowej, co umożliwia bezstratne w sensie dokładności, przekazywanie do systemu informacji o bieżącym natężeniu przepływu oraz aktualnym stanie sumatorów.

Takie rozwiązanie umożliwia rzetelne generowanie bilansów z przepływów w cyklach godzinowych, dobowych, miesięcznych lub rocznych bez obawy o utratę dokładności. Z uwagi na fakt, że w systemie monitoringu opracowanym przez firmę Control System i eksploatowanym przez ZW-K Sp. z o.o. w Unieściu znajdują się zarówno obiekty wody czystej, jak i przepompownie ścieków, na dyspozytorni zainstalowano dwa monitory LCD podłączone do jednego komputera. Dzięki takiemu logicznemu rozdzieleniu obiektów dyspozytor obserwuje, bez przełączania pomiędzy okienkami, zarówno SUW w Łazach, jak i monitorowane przepompownie.

APLIKACJA W STACJI UZDATNIANIA WODY W MIASTKU

W zeszłym roku prawdziwym wyzwaniem okazało się zadanie modernizacji układu sterowania procesem uzdatniania wody na stacji uzdatniania wody w Miastku. Całkowicie zautomatyzowanym procesem uzdatniania wody zarządza klasyczny sterownik PLC. Problem stanowiła komunikacja pomiędzy rozproszonymi w terenie studniami głębinowymi, a sterownikiem PLC zlokalizowanym w szafie sterowniczej w budynku SUW. Pierwotnie zastosowane połączenie radiowe nie spełniało oczekiwań użytkownika z powodu częstych zaników łączności.

Standardem również zastosowanym w tym zadaniu było stworzenie na dwóch stacjach trafo sterujących pracą pomp głębinowych lokalnych sieci (RS-485) w celu przekazywania do systemu pełnej informacji o statusie elektronicznych zabezpieczeń pomp głębinowych. Przekaz danych zrealizowano w oparciu o protokół Modbus RTU. W szafie sterowniczej w budynku stacji uzdatniania wody zainstalowano moduł MT-101, który realizuje funkcję bramy komunikacyjnej GPRS dla modułów MT-101 zainstalowanych w szafach na stacjach trafo, dokonuje odczytu zawartości rejestrów sterownika PLC, który steruje pracą pomp sieciowych.

Rys. 6. SUW Miastko - schemat blokowy systemu komunikacji z obiektami

Rys. 7. Aplikacja dla SUW w Miastku - ekran z systemu wizualizacji całego obiektu

Rys. 8. Aplikacja w SUW Miastko - ekran wizualizacji pracy pomp sieciowych

Zatem pełni on również funkcję koncentratora danych dla modułów MT-101 (6 studni głębinowych) oraz sterownika pomp sieciowych. Finalnie w rejestrach głównego sterownika PLC przechowywane są bieżące dane dotyczące statusu procesu uzdatniania wody, statusu pomp głębinowych oraz sieciowych. Z uwagi na dużą ilość transmitowanych danych do ich przesyłania pomiędzy stacją uzdatniania wody a dyspozytornią wykorzystano połączenie internetowe DSL.

Wdrożone rozwiązanie, wykorzystujące lokalne, dwuprzewodowe sieci w standardzie RS-485 (protokół Modbus RTU) do wymiany danych z urządzeniami zabezpieczającymi oraz klasycznymi sterownikami PLC, pozwala na przekazywanie do systemu wizualizacji znacznej ilości danych przy minimalizacji liczby kabli niezbędnych do ich akwizycji. Okazało się, że zastosowanie kilku odpowiednio oprogramowanych modułów MT-101 oraz EX-101, jak i połączenie ich w logiczną całość z klasycznymi sterownikami PLC, stworzyło zaawansowany i niezawodny system, który steruje pracą pomp głębinowych, procesem uzdatniania wody oraz pracą pomp sieciowych.

Wykorzystanie technologii GPRS pozwala na zdalną modyfikację oprogramowania modułów MT-101, a Internetu na zdalną modyfikację oprogramowania sterowników PLC, dodatkowo w tym celu podłączonych do portów komunikacyjnych dedykowanego komputera. Pomimo znacznej komplikacji układu uzyskano satysfakcjonujący efekt końcowy - obiekt funkcjonuje bezawaryjnie jako jedna logiczna całość ze szczegółową wizualizacją wszystkich monitorowanych, jak i sterowanych jego elementów.

Maciej Sawicki
Control System