Wykorzystanie zaawansowanej funkcjonalności nowej generacji modułów telemetrycznych MT-151 i MT-251 oraz MT-331 firmy InVentia w aplikacjach opracowanych i wdrożonych przez firmę Control System – edycja 02’2017

 

Wstęp

Szanowni czytelnicy magazynu TELEMETRON. Oddajemy w Państwa ręce kolejny artykuł zawierający opis najciekawszych rozwiązań aplikacyjnych wdrożonych przez inżynierów firmy CONTROL SYSTEM. Tradycyjnie niniejszy edycja artykułu stanowi kontynuację publikacji zawartych w wydaniach magazynu TELEMETRON z lat 2008/2009/2010/2011/2012/2013, 2015 i 2016.

W dziesiątej edycji artykułu, podobnie jak w latach poprzednich, chcielibyśmy przedstawić czytelnikom TELEMETRONu najciekawsze i zaawansowane technicznie wdrożenia, zrealizowane w roku 2016, wraz firmami partnerskimi oraz samodzielnie, przez doświadczony zespół inżynierów firmy CONTROL SYSTEM. Konsekwentnie od lat skupiamy się na realizacji tematów wymagających specjalistycznej wiedzy i wieloletniego doświadczenia, pamiętając jednocześnie, iż naszym nadrzędnym celem jest tworzenie finalnych aplikacji wysokiej jakości, gwarantujących użytkownikom, iż otrzymali produkt, którego oczekiwali.

W roku 2016 aplikacje realizowane przez nasz zespół realizowane były całkowicie w oparciu o moduły nowej generacji, tj. MT-151 LED i HMI, MT-251 oraz MT-331. Zwiększone zasoby dostępne w module MT-151 w połączeniu z dużą wydajnością nowoczesnego procesora, zastosowanego w tym module, znacząco zwiększyły możliwości funkcjonalne. Brama komunikacyjna MT-251 w wersji 3G oraz routery firmy WELOTEC umożliwiły bezproblemowe przetwarzanie strumieni danych generowanych w sieciach zawierających ponad 120 modułów telemetrycznych. W wielu aplikacjach zastosowanie znalazł moduł MT-331, który z uwagi na możliwość pracy w dwóch trybach zasilania okazał się niezwykle interesującym urządzeniem.

Bilans zamknięcia roku 2016, to łącznie już ponad 9500 modułów MT-101, MT-151, MT-202, MT-251, MT-331 oraz MT-723 pracujących bezawaryjnie, z oprogramowaniem aplikacyjnym opracowanym przez inżynierów firmy CONTROL SYSTEM w Polsce i krajach Europy.

W kolejnych blokach tematycznych streścimy najciekawsze przykłady zastosowań modułów telemetrycznych.

Moduł MT-251_3G jako nowoczesna brama komunikacyjna oraz konwerter protokołów dla systemów DCS

W roku 2016 w lokalizacjach zawierających ponad 50 modułów w ramach jednej infrastruktury telemetrycznej dokonaliśmy na stacjach dyspozytorskich wymiany modułów MT-202 na moduły MT-251_3G, uzyskując znacznie większą przepustowość przesyłu danych do systemów SCADA. Możliwość podłączenia modułu MT-251 do lokalnej sieci Ethernet pozwoliła ponadto na optymalny wybór lokalizacji modułu, tj. miejsca, w którym poziom sygnału sieci GSM jest największy. Zniwelowane zostały tym samym ograniczenia związane z wykorzystaniem standardu RS-232. Dostępne w module MT-251 wyjście cyfrowe wykorzystano do sterowanie zewnętrzną sygnalizacją optyczno-akustyczną i skutecznego informowania obsługi o konieczności sprawdzenia stanu monitorowanego obiektu w systemie SCADA.

Kolejnym ciekawym zastosowaniem modułu MT-251 było wykorzystanie go w charakterze konwertera standardu RS-232 na RS-485 i ETHERNET. We wdrożonych aplikacjach moduł MT-251 odczytywał, za pośrednictwem portu RS-232, dane z modułu MT-101, pełniącego rolę konwertera niestandardowych protokołów z urządzenia pomiarowego, i po odpowiednim przetworzeniu udostępniał je w rejestrach modułu MT-251. W efekcie użytkownik uzyskiwał dostęp do danych na porcie n1 (RS-485) w postaci protokołu ModBus RTU lub na porcie ETHERNET w postaci protokołu ModBus TCP.

Powyższe rozwiązanie zostało zastosowane w elektrociepłowniach w celu udostępnienia danych w postaci cyfrowej z przepływomierza specjalistycznego do globalnego systemu DCS.

Moduł MT-151 w wersji HMI montowany w szafach sterowniczych dla przepompowni i tłoczni ścieków

W roku 2016 zespół naszych programistów kontynuował rozwój oprogramowania funkcjonalne oprogramowania aplikacyjnego do sterowania pracą przepompowni ścieków oraz tłoczni w oparciu o moduły MT-151 w wersji LED, jak i HMI. Oprogramowanie aplikacyjne przystosowano do współpracy z urządzeniami peryferyjnymi, tj. falownikami, soft-startami, przepływomierzami elektromagnetycznymi, analizatorami parametrów sieci, itp.

Dostępny w wersji HMI zintegrowany wyświetlacz graficzny udostępnił obsłudze lokalną wizualizację najważniejszych parametrów procesowych bez konieczności stosowania dodatkowego, kosztującego minimum kilkaset złotych zewnętrznego panela graficznego.

Dzięki rozszerzonym zasobom modułu MT-151, np. w przypadku tłoczni ścieków, możliwe stało się zrealizowanie w jednym module sterowania pracą pompy odwodnieniowej, jak i dodatkowego wentylatora przeznaczonego do wentylacji komory suchej. Możliwość podłączenia zewnętrzach przetworników temperatury do modułu MT-151 pozwalana na bardziej precyzyjne utrzymywanie zadanej temperatury w szafie sterowniczej. Powyższe rozszerzenie funkcji realizowanych przez moduł MT-151 minimalizuje ilość dodatkowych elementów stanowiących wyposażenie szafy. W efekcie zastosowanie modułu MT-151 nie tylko nie zwiększa kosztów wykonania szafy sterowniczej, ale gwarantuje, iż sterowanie dodatkowymi urządzeniami będzie realizowane przez oprogramowanie aplikacyjne zapisane w pamięci modułu MT-151, a wszystkie wymagane dodatkowe informacje będą przekazywane do nadrzędnego systemu SCADA. Na zrzucie ekranu poniżej przedstawiono przykład sterowania dużą tłocznią ścieków wyposażoną dodatkowo w przetwornik ciśnienia oraz przepływomierz elektromagnetyczny.

W roku 2016 dokonaliśmy kolejnego zwiększenia ilości funkcji dostępnych w unikalnym rejestratorze graficznym stanowiącym istotny komponent oferowanego przez firmę CONTROL SYSTEM systemu SCADA do wizualizacji przepompowni i tłoczni ścieków.

Moduł MT-151_HMI sterujący przepustnicami w komorach pomiarowych na magistralach wody czystej

Możliwości funkcjonalne oferowane przez moduł MT-151 wystarczają do realizacji złożonego od strony matematycznej procesu sterowania zasuwami w komorach regulacyjno-pomiarowych na magistralach wody czystej. W opisywanym przypadku oprogramowanie modułu MT-151 otrzymuje dane z kilku punktów pomiarowych, wyposażonych w przepływomierze oraz przetworniki ciśnienia, i na postawie złożonego algorytmu steruje kątem uchylenia przepustnicy, w taki sposób by utrzymać zadany rozpływ wody w poszczególnych segmentach sieci wodociągowej.

Poniżej przykład wizualizacji dwóch komór.

Zaprezentowane przykłady aplikacji uzmysławiają możliwości funkcjonalne oferowane przez moduł telemetryczny MT-151, który w takich przypadkach z powodzeniem zastępuje tradycyjny sterownik PLC połączony z modem GSM. Zintegrowanie funkcji sterowania procesem i transmisji danych (3G) w jednym module + możliwość zdalnej modyfikacji programu w MT-151 istotnie zmniejszają koszty związane z uruchomieniem obiektu.

Opomiarowanie przepływu ścieków z wykorzystaniem przepływomierzy ABB oraz modułów MT-101, MT-202, MT-151

W roku 2016 wspólnie z firmą ABB kontynuowany był proces monitorowania przepływomierzy instalowanych na cele rozliczeniowe. Zaoferowanie użytkownikowi przepływomierza firmy ABB w pakiecie z systemem monitoringu wyposażonym dodatkowo w dedykowane moduły do weryfikacji poprawności wskazań oraz generowania bilansów minimalizuje możliwość wystąpienia konfliktu w relacji dawca – odbiorca ścieków.

Na zdjęciu poniżej przykład monitorowania przepływu ścieków na kolektorze ściekowym łączącym dwie gminy. Dane z przepływomierza odczytywane są protokołem cyfrowym przez moduł telemetryczny MT-101, następnie przesyłane na serwer bazodanowy i udostępniane obydwu stronom.

Na zrzucie ekranu powyżej przykład monitorowania przepływu ścieków w komorze pomiarowej wyposażonej w przepływomierz firmy ABB, model PROCESS MASTER, konwerter protokołów HART2ModBus RTU i moduł MT-101. Z uwagi na zastosowanie do celów rozliczeniowych szafka zasilająco-telemetryczna jest wyposażona w zasilacz UPS.

Opomiarowanie przepływu ścieków na magistralach tranzytowych z wykorzystaniem przepływomierzy ABB, modułów MT-202 i MT-151

Opomiarowanie przepływu ścieków, szczególnie w rozliczeniach wzajemnych pomiędzy stronami, wymusza zastosowanie precyzyjnych systemów pomiarowych, składających się z dokładnych i profesjonalnych urządzeń pomiarowych oraz systemu zdalnego nadzoru do kontroli przebiegu procesu pomiarowego. W roku 2016 inżynierowie firmy CONTROL SYSTEM wdrożyli zaawansowany system opomiarowania przepływu ścieków na magistrali tranzytowej. Z uwagi na zastosowane przepływomierze specjalistyczne firmy ABB oraz zaprojektowany układ hydrauliczny zaistniała konieczność zaimplementowania w systemie rozbudowanej analizy przepływów oraz sterowania zasuwami w celu zapewnienia możliwie najwyższej, osiągalnej dokładności układu pomiarowego. Wynikająca ze złożoności układu sterowania liczba sygnałów wymusiła zastosowanie dwóch modułów MT-151. W celu zwiększenia niezawodności wymiany danych moduły MT-151 zostały ze sobą połączone dodatkowo magistralą ETHERNET.

Do celów sterownia procesem pomiarowym stworzone zostały dedykowane aplikacje dla modułów MT-151. Każdy z modułów realizuje część procesu, a dane pomiędzy modułami wymieniane są za pośrednictwem magistrali Ethernet i dodatkowo redundantnie, bezprzewodowo z wykorzystaniem technologii GPRS.

Przedstawiony powyżej schemat obrazuje możliwości komunikacyjne oferowane prezez moduły telemtryczne serii MT-151.
Proces pomiarowy został zwizualizowany w dedykowanej aplikacji stworzonej w środowisku SCADA MoVicon firmy PROGEA. Poniżej zrzut ekranu z systemu wizualizacji.

Szczegółowe wykresy przepływów.

Istotne dla użytkownika bilanse godzinowe, dobowe, tygodniowe, miesięczne, roczne lub z przedziału czasowego zdefiniowanego przez operatora.

W opisywanej aplikacji do wizualizacji stworzonej w systemie SCADA zastosowano technologię tzw. dashboard’ów, czyli tablicy, na której prezentowane są istotne dla użytkownika dane.

Moduł telemetryczny MT-331 w aplikacjach do monitorowania zbiorników, zasilanie systemu ze źródeł energii odnawialnej

Opomiarowanie obiektów, np. zbiorników wody czystej, na których, z uwagi na odległość od linii energetycznych NN, nie ma dostępnego zasilania 230V wymaga zastosowania modułów zasilanych bateryjnie lub zastosowania odnawianych źródeł energii do zasilania urządzeń pomiarowych i telemetrycznych. Ciekawym przykładem może położony malowniczo wśród pól zbiornik w Zubrzycach.

Poziom wody w tym zbiorniku musi być utrzymywany w górnej strefie w celu zapewnienia ciągłości dostaw wody da mieszkańców. Informację o aktualnym poziomie wody należy przekazywać do modułu MT-151 zainstalowanego na oddalonej przepompowni, w której znajdują się dwie pompy tłoczące wodę na zbiornik w Zubrzycach. Do sierpnia 2016 roku przekaz danych realizowany był przez moduł MT-713. Cykl pomiaru wysokości lustra wody odbywał się co 10 minut. Wyniki pomiarów były kolekcjonowane w wewnętrznym loggerze modułu, który o każdej pełnej godzinie „budził się” i przesyłał zawartość bufora do systemu SCADA. Mankamentem tego rozwiązania była konieczność okresowej wymiany baterii w module, co stwarzało wiele problemów z uwagi na uciążliwość dostępu do obiektu szczególnie w okresie zimowym. Zarząd spółki podjął decyzję o zainstalowaniu panela fotowoltaicznego oraz wymianie modułu MT-713 na MT-331. Wykonana została specjalna szafka zasilająco telemetryczna zawierająca dwa akumulatory przystosowane do współpracy z panelem fotowoltaicznym, regulator MPPT, moduł MT-331.

Uzyskany efekt był absolutnie satysfakcjonujący. Moduł NT-331 standardowo pracuje w trybie bez oszczędzania energii. Pomiary poziomu są wykonywane co 5 minut i przysłane do systemu SCADA oraz modułu MT-151 w przepompowni wody. Przez dwa miesiące krytyczne z punktu widzenia nasłonecznienia, tj. grudzień i styczeń ani razu nie zanotowano rozładowania akumulatorów do poziomu krytycznego, powodującego odcięcie przez regulator odbiorników.

Poniżej wykresy obrazujące przebieg zmian monitorowanych parametrów.

Monitoring zestawów hydroforowych wyposażonych we własne sterowniki PLC z wykorzystaniem modułu telemetrycznego MT-151

W roku 2016 stosunkowo liczną grupę obiektów włączanych do systemu wizualizacji stanowiły zestawy hydroforowe. W licznych aplikacjach firma CONTROL SYSTEM włączała do struktur systemów wizualizacji obiekty o rożnych poziomach wyposażenia. W tym obszarze zastosowań znakomicie sprawdziły się moduły MT-151. Dzięki dostępności portów komunikacyjnych RS-485, jak i ETHERNET w większości przypadków bezproblemowo udawało się nawiązać połączenie cyfrowe ze sterowniami PLC i przesyłać dane z wykorzystaniem protokołów ModBus RTU lub ModBus TCP. Poniżej przykład wizualizacji wykonanej w systemie SCADA MoVicon.

Port ETHERNET wykorzystywany jest również w niektórych aplikacjach do połączenia modułu MT-151 z panelami graficznymi.

Monitoring stacji uzdatniania wody

Sterowanie małymi stacjami uzdatniania wody w oparciu o moduł MT-151, to bardzo ekonomiczne i efektywne rozwiązanie. Możliwość zdalnej korekty programu sterującego bez konieczności wyjazdu na obiekt, to istotna redukcja kosztów związanych z uruchomieniem sterowania procesem. Dostępność portu ETHERNET umożliwia włączenie modułu MT-151 w lokalną sieć i przesyłanie danych do systemu SCADA bez wykorzystywania technologii GPRS.

W przypadku większych stacji sterowanie procesem uzdatniania wody jest realizowane przez sterowniki PLC, które są połączone magistrala cyfrową z modułem MT-151.

Poniżej przykład wizualizacji pracy stacji uzdatniania wody w gminie Milicz.

Na kolejnych zrzutach ekranu przykłady wizualizacji kolejnych SUWów.

Poniżej widok tzw. dashboard’u stworzonego w systemie SCADA MoVicon, który w sposób czytelny prezentuje operatorowi zestawienie najważniejszych parametrów monitorowanych obiektów wraz z informacją o alarmach.

Wizualizacja oczyszczalni ścieków wykonana w systemie SCADA Movicon firmy Progea

W roku 2016 rozwijane były systemy wizualizacji oczyszczalni ścieków stworzone w systemie wizualizacji Movicon, dystrybuowanym przez firmę ABMICRO.

Na zrzucie ekranu poniżej przykład wizualizacji kilku oczyszczalni ścieków zrealizowany w systemie SCADA Movicon 11.4.

Podsumowanie

Rok 2016 to zdecydowana dominacja modułów MT-151 i MT-251 w aplikacjach realizowanych przez zespół naszych inżynierów. Konsekwentnie rozwijana przez ostanie lata funkcjonalność tych modułów pozwala na realizację złożonych systemów sterowania. Wykonując kolejne aplikacje, nie doświadczaliśmy ograniczeń, a w szczególnie wymagających przypadkach łączyliśmy ze sobą 2 moduły MT-151, uzyskując strukturę dwuprocesorową.

Praktycznie wszystkie nowe wdrożenia systemów wizualizacji zostały zrealizowane w oparciu o system SCADA MoVicon firmy Progea, dystrybuowany przez firmę ABMICRO. Nasi inżynierowie bardzo pozytywnie ocenili możliwości oferowane przez MoVicon’a oraz jego otwartość na modyfikacje, które pozwalają spersonalizować aplikacje do oczekiwań użytkownika. Reasumując, poziom technologiczny produktów oferowanych przez firmę InVentia w połączeniu z możliwościami systemu SCADA MoVicon pozwalają naszemu zespołowi na bezpieczne podejmowanie kolejnych wyzwań w roku 2017.