Wyzwanie: Łatwe sterowanie pompami
Proces obsługi pomp w wodociągach stawia znaczne wymagania w zakresie techniki sterowania i pomiarów. Producenci systemów często wdrażają złożone koncepcje automatyki w oparciu o sterowniki programowalne PLC. Wymaga to szerokiej wiedzy specjalistycznej i biegłej znajomości złożonych, specyficznych dla danego sterownika programowalnego PLC języków programowania. Najważniejsze cele to opłacalne stworzenie odpowiedniego obiektu, jego sprawne i bezawaryjne działanie, długoterminowa obsługa oraz możliwość stopniowej rozbudowy i modernizacji. Obecnie obserwuje się jednak tendencję, że zarówno producenci systemów, jak i operatorzy coraz częściej zlecają konserwację wdrożonych urządzeń lokalnym firmom elektrycznym. Skraca to czas reakcji, a integratorom pozwala unikać zbędnych wyjazdów. Jednak złożone koncepcje automatyki oparte na sterownikach programowalnych PLC stanowią w tym momencie potencjalną przeszkodę: Wymagana fachowa wiedza w zakresie automatyki znacznie ogranicza wybór odpowiednich lokalnych firm elektrycznych.
Elastyczna, zdecentralizowana koncepcja automatyki
Alternatywą dla automatyki sterowania pompami za pomocą sterowników programowalnych PLC jest zastosowanie nowoczesnych przekaźników programowalnych, takich jak sterownik easyE4 firmy Eaton. Pozwala to na wdrożenie koncepcji automatyki spełniającej podstawowe wymagania w zakresie sterowania pompami: Ciągła dostępność obiektu i jego instalacji przez długi okres czasu. Wymaga to elastycznej, zdecentralizowanej koncepcji, która może być również wdrożona lub serwisowana przez lokalną firmę elektryczną.
Modelowa aplikacja z trzema pompami zasilania
Do zilustrowania wykonalności takiej koncepcji sterowania, opracowano automatyzację modelowej aplikacji opartej na sterowniku easyE4.
Dodatkowo obiekt powinien być zoptymalizowany pod względem zarządzania energią. W tym celu pompy powinny być włączane przede wszystkim tylko w okresach niskich taryf energetycznych; jednocześnie nie należy przekraczać limitu mocy dla zużycia energii elektrycznej w trybie pompowania. Zbiorniki wieżowe muszą być także przez cały czas dostatecznie wypełnione.
Na podstawie tych nierzadko sprzecznych wymagań opracowano specjalne bloki funkcyjne użytkownika dla tego modelu aplikacji. Ponieważ reprezentują one wiedzę ekspertów firmy w zakresie rzeczywistych scenariuszy, są one chronione hasłem, aby uniemożliwić osobom trzecim dostęp do przechowywanych parametrów. Możliwość rozwijania bloków funkcyjnych użytkownika za pomocą kompleksowego języka programowania, jakim jest tekst strukturalny, w sterowniku easyE4 oznacza, że wdrażanie złożonych funkcji jest proste.
W modelowej aplikacji maksymalnie wykorzystano możliwości nowoczesnych komponentów automatyki: Liczne parametry z przemiennika częstotliwości DG1 firmy Eaton i sterownika easyE4 mogą być przenoszone, analizowane i „rejestrowane” poprzez sieć Modbus TCP. Problemy z uruchomieniem, elektryczny wzrost mocy przy tej samej wydajności pomp lub asymetria parametrów takich jak jak napięcie, prąd, cosinus φ itp. są wykrywane w bardzo wczesnym stadium. Dostarcza to z kolei wskazówek co do przyszłych wymagań w zakresie konserwacji lub serwisu. Dzięki temu możliwa jest konserwacja zapobiegawcza.
Szybkie tworzenie niestandardowych bloków funkcyjnych
Schemat drabinkowy LD, schemat bloków funkcyjnych FBD i tekst strukturalny ST są dostępne jednocześnie w obrębie jednego projektu. Możliwość tworzenia własnych podprogramów w tych językach wspiera ogólną koncepcję modułowości. Tekst strukturalny zapewnia tym tworzonym przez użytkownika blokom funkcyjnym możliwości podobne do tych, jakie oferują „bloki producenta” w oprogramowaniu easySoft 7. Raz przygotowane bloki mogą być wielokrotnie wykorzystywane w zakresie różnych zastosowań branży wodno-kanalizacyjnej, takich jak sekwencyjne sterowanie pompami, monitorowanie czasu pracy, czy linearyzacja mierzonych wartości. W modelowej aplikacji cała koncepcja została realizowana za pomocą tego typu modułów. Zrealizowano tak sterowanie pompami i zasuwami wraz z odpowiednimi funkcjami monitorującymi.
Wykrywanie położenia zasuwy
Zasuwy umożliwiające dopływ wody i zapobiegające niepożądanemu przepływowi wstecznemu to kolejna ważna cecha w zbiornikach wieżowych. Muszą one działać niezawodnie, a stan „otwarte” lub „zamknięte” musi być jednoznacznie odczytany i przekazany do układu sterowania pompą. Odbywa się to poprzez rejestrację czasu pracy, który jest wymagany na otwieranie lub zamykanie zasuw oraz monitorowanie prawidłowej sekwencji sygnałów potwierdzających. Ponadto zmiana stanów jest wykrywana nawet wtedy, gdy napęd elektryczny nie pracuje. Oznacza to, że blok funkcyjny zasuwy wykrywa również, kiedy jej stan został zmieniony ręcznie. Sygnalizacja jest podłączona w taki sposób, że możliwe jest wykrycie przerwania przewodu, czy zwarcia w połączeniu czujnika. Pomiar poboru prądu i czasu pracy napędu zasuwy dostarcza również informacji o problemach mechanicznych w obiekcie lub usterkach, które pojawiają się podczas kalibracji układu czujników.
Zarządzanie pompami o wielu parametrach
Aby zapewnić wysoki poziom niezawodności, zakłady gospodarki wodnej są zazwyczaj wyposażone w kilka pomp zasilających, które łącznie przekraczają wymagany poziom wydajności. Pozwala to na utrzymanie jednej lub kilku pomp w rezerwie przez cały czas w przypadku, gdy któraś z pomp wymaga konserwacji lub musi zostać wymieniona. W przeszłości zarządzanie pompami służyło jedynie do rejestrowania czasu pracy każdej pojedynczej pompy i do uruchamiania pompy z najniższym czasem pracy, gdy konieczne było napełnienie zbiornika wieżowego. Pompa była serwisowana po osiągnięciu określonego, ustawionego czasu jej pracy.
Rozproszony układ automatyki dzięki możliwościom komunikacyjnym. Do jednej sieci easyNet może być podłączonych do 8 urządzeń.
Kompleksowa sieć z wieloma możliwościami
Nowa koncepcja sterowania opracowana dla modelowej aplikacji jest oparta na sterowniku easyE4 firmy Eaton. Dzięki wydajnym sieciom komunikacyjnym Modbus TCP i easyNet oraz szerokim możliwościom rozbudowy wejść/wyjść, sterownik easyE4 może być stosowany również w projektach, do których zwykle potrzebny byłby sterownik programowalny PLC. Zaletą jest to, że pomimo szerokich możliwości aplikacyjnych, rozruch systemu może być przeprowadzony bez konieczności zatrudniania specjalistów od oprogramowania. Dzięki skalowalnym koncepcjom wizualizacji możliwe jest również dostosowanie poziomu operacyjnego obiektu do aktualnych wymagań. Dostępne są różne opcje, od małego, ekonomicznego panelu dotykowego po wyświetlacz dotykowy o dużej przekątnej (matryca dotykowa z obsługą gestów).
Łatwa rozbudowa o moduły Wejść/Wyjść
Program sterowania pompą oraz wymagana konfiguracja wejść/wyjść analogowych może zostać skonfigurowana za pomocą schematu drabinkowego lub schematu bloków funkcyjnych. Nawet w przypadku większych aplikacji, sterownik easyE4 rzadko osiąga swoje granice, ponieważ można podłączyć do niego aż 11 lokalnych rozszerzeń, z których każde może mieć cyfrowe lub analogowe Wejścia/Wyjścia. Dodatkowo nawet do ośmiu rozbudowanych w ten sposób systemów sterowania opartych o easyE4 może w przejrzysty sposób wymieniać dane poprzez sieć easyNet. Dzięki tak szerokim możliwościom rozbudowy wszystkie czujniki i elementy wykonawcze mogły zostać podłączone w obrębie swoich lokalizacji.
Informacje na temat zbliżających się prac konserwacyjnych dzięki rejestracji danych
Rejestracja danych pomiarowych, eksploatacyjnych i bieżących kontrolowanego urządzenia może dostarczyć wczesnych wskazań co do zbliżających się wymagań serwisowych lub konserwacyjnych. Jednym z elementów systemu gospodarki wodnej i ściekowej o krytycznym znaczeniu są pompy zasilające w połączeniu z odpowiednimi zasuwami i zaworami. Oprócz godzin pracy, aktualne dane pomiarowe pomp, czas otwierania i zamykania zasuw oraz ich zmiany mogą być źródłem informacji o zbliżających się pracach konserwacyjnych. Rejestrowane mogą też być interwencje operatorów i zmiany w nastawach parametrów. Rejestracja danych może być wykonywana w każdym sterowniku easyE4. W tym celu dostępny jest blok funkcyjny producenta (DL01), który należy jedynie sparametryzować. Zarejestrowane dane mogą być odczytywane za pomocą oprogramowania easySoft 7 i analizowane w programie Excel lub przekazywane do systemu sterowania.
Wizualizacja jest również zdecentralizowana
Wizualizacja w sieci wodociągowej jest realizowana nie tylko w centrum sterowania, ale również lokalnie, bezpośrednio przy pompach, przemiennikach częstotliwości, urządzeniach monitorujących, odbiornikach i czujnikach. Możliwości są zróżnicowane i skalowalne, począwszy od prostego wyświetlacza LED i wbudowanego wyświetlacza w sterowniku programowalnym easyE4, aż po ekonomiczny panel dotykowy z serii urządzeń easyE4. Dla większych aplikacji można również zastosować ekrany z dużą przekątną i obsługą gestów. Dzięki temu, już po naciśnięciu przycisku obrazującego pompę mogą być wyświetlone parametry pracy odpowiedniego przemiennika częstotliwości wraz z zarejestrowanymi danymi z liczników i poziomem napełnienia podłączonych zbiorników wieżowych. Można to zrobić w formie cyfrowej, ale także w kolorze i przy użyciu elementów graficznych, takich jak wykresy słupkowe, czy liniowe - w zależności od urządzenia.
Rezultat:
Korzyści dla wszystkich zaangażowanych w projekt
Koncepcja opracowana dla modelowej aplikacji, bazująca na sterowniku easyE4, oferuje korzyści dla wszystkich stron zaangażowanych w planowanie i eksploatację sieci wodociągowej: Modułowość systemu daje firmom inżynieryjnym dobrą podstawę do ogłaszania przetargów, firmy instalacyjne mogą zredukować koszty okablowania dzięki zdecentralizowanej koncepcji, a czas realizacji projektu jest skrócony dzięki jednoczesnemu modułowemu montażowi i uruchomieniu. Dzięki prostej konfiguracji oraz łatwemu programowaniu i parametryzacji sterowników easyE4, lokalne firmy elektryczne mogą bez problemu przeprowadzić konserwację i późniejszą rozbudowę systemu. Inwestor i operator mają zapewnioną długoterminową elastyczność i dostępność obiektu.
Kontekst:
Modelowa aplikacja została opracowana dla firmy Eaton przez Ulricha Kanngießera. Ulrich Kanngießer jest niezależnym autorem opracowań technicznych i organizatorem seminariów. Od ponad 30-stu lat pracuje z rozwiązaniami automatyki. Ma duże doświadczenie w pracy doradczej, programowaniu i uruchamianiu systemów, opublikował wiele artykułów specjalistycznych (w tym na temat zaopatrzenia w wodę i aplikacji kanalizacyjnych) oraz prowadził warsztaty z różnych systemów sterowania u różnych producentów.
Wyślij wiadomości e-mail
/easye4-programmable-relays/eaton-starterset-control-relay-easyE4-hmi-plc-XV100-patch-cable-easySoft-software-1000x750.jpg.transform/default-desktop/image.jpg)
