Praktyczne wykorzystanie monitorów prądu z interfejsem IO-Link

W zakładzie przetwórstwa spożywczego w Niemczech surowce płynne są transportowane między budynkami oddalonymi o kilkadziesiąt metrów. Z tego powodu rurociągi zostały zabezpieczone przed zamarzaniem za pomocą rezystancyjnych przewodów grzejnych owiniętych wokół rur, które następnie zostały zaizolowane.

System grzania rurociągu przez kilka lat działał autonomicznie i bezawaryjnie. Jednak uszkodzenie obwodu grzejnego spowodowało, że rurociąg zamarzł. Wiązało się to z przestojem w produkcji oraz znacznymi kosztami usunięcia usterki.

ZAŁOŻENIA DO SYSTEMU AUTOMATYKI

Stało się oczywiste, że prosty system ogrzewania rurociągu przewodami grzejnymi jest skuteczny, ale trzeba go wyposażyć w system kontroli, diagnostyki i powiadomień alarmowych. Uznano za niezbędne zintegrowanie nowego rozwiązania z istniejącą w zakładzie wizualizacją procesów SCADA.

Innym wymaganiem było ograniczenie okablowania do niezbędnego minimum oraz przygotowanie nowego systemu sterowania do integracji z planowaną w zakładzie centralną automatyką (ukierunkowaną pod kątem zwiększenia efektywności energetycznej pracujących tam urządzeń).

ROZWIĄZANIE ATER LOGIC

Fot. 1. Szafa sterownicza ATER Logic do kontroli pracy przewodów grzejnych ogrzewających rurociąg; panel Siemens Comfort TP700 służy do wprowadzania progów ostrzegawczych i alarmowych oraz odczytywania bieżących parametrów procesowych; w przypadku przekroczenia zapisanych w pamięci sterownika wartości na panelu wyświetlana jest stosowna informacja dla obsługi

Zaproponowane przez ATER Logic rozwiązanie bazujące na zintegrowanych rozwiązaniach firmy Siemens nieco różniło się od rozwiązań zaproponowanych przez zakład. Oferowało jednak wiele dodatkowych możliwości, od rozbudowanej diagnostyki poczynając, przez możliwość wykrycia nieszczelności rurociągu, do kompleksowej kontroli nie tylko sprawności przewodów grzejnych, ale także zużycia energii elektrycznej.

Ponadto, zgodnie z założeniami inwestora, nowy projekt miał możliwość komunikacji, alarmowania i raportowania poprzez system SCADA pracujący w zakładzie. Redukcję okablowania, a także kompleksową diagnostykę gwarantowały monitory prądu z możliwością komunikacji w standardzie IO-Link (jeden na każdy obwód grzejny) oraz styczniki z modułami IO-Link. Wszystkie urządzenia elektryczne znalazły miejsce w nowej szafie sterowniczej zaprojektowanej i wykonanej w firmie ATER Logic.

REALIZACJA PROJEKTU

Nowa szafa sterownicza do kontroli pracy przewodów grzejnych została wyposażona między innymi w:

• sterownik Siemens S7-1200,
• moduły komunikacyjne IO-Link 5x 6ES7 278-4BD32-0XB0 (4-channel serial interface module for connection of IO link devices),
• monitory prądu z możliwością komunikacji w standardzie IO-Link (SIRIUS 3UG4822 Current Monitoring Relay for IO-Link),
• moduły IO-Link zabudowane na stycznikach (SIRIUS Function Module IO-Link 3RA27),
• panel operatorski TP700 Comfort.

Każdy obwód grzejny otrzymał monitor prądu z możliwością komunikacji IO-Link, stycznik z modułem sterowania w technologii IO-Link, a także kompaktowy aparat nadprądowy (realizujący również zabezpieczenie różnicowo-prądowe). Dzięki takiemu rozwiązaniu w sterowniku jest możliwość:

• odczytu napięcia na zasilaniu każdego stycznika - pozwala to stwierdzić, czy aparat różnicowo-prądowy jest załączony,
• odczytu informacji o zadziałaniu stycznika,
• włączania i wyłączania stycznika algorytmem zapisanym w sterowniku,
• odczytu wartości prądu płynącego przez obwód grzejny.

Dodatkowo w nowej szafie sterowniczej znalazł miejsce kompaktowy analizator sieci i licznik energii elektrycznej (zamontowany przy gnieździe elektrycznym). Pozwala on na sezonowe wyliczenie kosztów poniesionych na ogrzewanie rurociągu.

Nowy system sterowania został połączony z istniejącym w zakładzie systemem SCADA. Zostało to zrealizowane w oparciu o otwarty standard komunikacyjny OPC. Dzięki temu możliwe było wykorzystanie zewnętrznego czujnika temperatury do sterowania stycznikami zasilającymi przewody grzejne.

Aby zmodernizowany system działał sprawnie i bezawaryjnie, inwestor wymienił przewody grzejne na nowe.

OPROGRAMOWANIE

Program do kontroli pracy i monitorowania przewodów grzejnych zapisany w sterowniku Siemens S7-1200 został przygotowany w siedzibie firmy ATER Logic. Działa on w trybie automatycznym, załączając obwody grzania w momencie obniżenia temperatury zewnętrznej poniżej zadanej z panelu operatorskiego wartości.

Dodatkowo operator ma możliwość przeprowadzenia diagnostyki systemu polegającej na samodzielnym włączaniu i wyłączaniu z panelu poszczególnych obwodów elektrycznych, odczytywania wartości prądów płynących przez przewody grzejne oraz między innymi ustalania wartości prądów dla stanów alarmowych.

ROZBUDOWA SYSTEMU

Przygotowany przez ATER Logic system jest gotowy do dalszej rozbudowy i integracji z zakładowym centralnym systemem sterowania. W sezonie zimowym planowany jest dokładny monitoring prądów płynących przez przewody grzejne, który ma na celu ustalenie nominalnych wartości dla poszczególnych obwodów. To pomoże ustalić progi alarmowe, a w przyszłości wykrywać uszkodzenia izolacji rur czy przecieki.

Tomasz Prusinowski
ATER Logic
Prusinowski Tomporowski Sp. J.
Siemens Sp. z o.o.
www.siemens.pl