Wdrożenia telemetryczne firmy Control System
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, 2016 i 2017.
W najnowszej edycji artykułu, podobnie jak w latach poprzednich, chcielibyśmy przedstawić czytelnikom TELEMETRONu najciekawsze i zaawansowane technicznie wdrożenia, zrealizowane w roku 2017, 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 2017 aplikacje realizowane przez nasz zespół realizowane były w oparciu o moduły nowej generacji, tj. MT-151_LED/HMI, MT-251_3G oraz MT-331. Zwiększone zasoby dostępne w module MT-151_LED/HMI w połączeniu z dużą wydajnością nowoczesnego procesora, obsługą liczb zmiennoprzecinkowych oraz implementacją protokołów pozwalających na komunikowanie się z urządzeniami zewnętrznymi poprzez porty RS-485 i ETHERNET, znacząco zwiększyły możliwości funkcjonalne. Brama komunikacyjna MT-251 w wersji 3G oraz routery firmy WELOTEC serii TK/500/700/800 umożliwiły bezproblemowe przetwarzanie strumieni danych generowanych w sieciach zawierających ponad 150 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 2017, to łącznie już ponad 10.200 modułów 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.
Ochrona środowiska -> moduł MT-151_LED sterujący wraz z modułami EX-101 częścią procesu przepompowywania wody w spalarni śmieci
W opisanej poniżej aplikacji wykorzystano często stosowaną w aplikacjach naszej firmy strukturę sterowania wieloprocesorowego. Moduł MT-151_LED wraz z modułami EX-101 realizuje proces sterowania pompami oraz przepustnicami. Każdy z trzech modułów posiada aplikację, która realizuje część procesu sterowania. Moduły telemetryczne są ze sobą połączone magistralą RS-485. Do tej magistrali komunikacyjnej są również dołączone przepływomierze elektromagnetyczne. Poniżej schemat komunikacji.
Schemat obrazuje jak wielki potencjał udostępnia moduł MT-151 zarówno twórcom systemu sterowania, jak i użytkownikowi. Oprócz lokalnej wizualizacji, dostępnej na panelu graficznym zamontowanym na elewacji drzwi szafy sterowniczej, dane pomiarowe są dodatkowo przekazywane, z wykorzystaniem magistrali ETHERNET, do zintegrowanego, rozbudowanego systemu BMS nadzorującego pełen proces technologiczny na tym obiekcie.
Ponadto w opisywanym rozwiązaniu wykorzystywana została możliwość generowania przez moduł MT-151 danych z wykorzystaniem technologii GPRS/3G na dedykowany, bezpieczny serwer bazodanowy, co umożliwia naszym inżynierom zdalną kontrolę na prawidłowym przebiegiem procesu sterowania bez dostępu do zabezpieczonego przed dostępem z zewnątrz systemem BMS.
Standardowe oraz zaawansowane algorytmy sterowania pracą przepompowni i tłoczni ścieków z wykorzystaniem modułu MT-151
Moduł telemetryczny MT-151_LED oraz HMI aktualnie dominuje w układach sterowania pracą przepompowni oraz tłoczni ścieków. Przez ostanie 3 lata zespół naszych programistów istotnie rozszerzył możliwości funkcjonalne oprogramowania aplikacyjnego i zrealizował kilka spektakularnych wdrożeń
Oprócz standardowych aplikacji dla przepompowni i tłoczni ścieków zespół naszych inżynierów realizował dla naszych partnerów biznesowych bardziej zaawansowane projekty związane ze sterowaniem dodatkowymi urządzeniami, np. mikserami i zasuwami. W tego typu aplikacjach wymagana była kontrola ilości ścieków zrzucanych do oczyszczalni w cyklu godzinowym, co wymuszało zastosowanie algorytmów z funkcjami predykcji oraz buforowanie ścieków w dodatkowym zbiorniku retencyjnym i sterowanie pracą zasuw w celu jego cyklicznego opróżniania.
W przypadku zakładów przetwórstwa ryb, z uwagi na strukturę ścieków, konieczne było stosowanie dodatkowych mikserów.
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.
Moduł MT-151_HMI sterujący przepustnicami w komorach pomiarowych na magistralach wody czystej -> kolejne wdrożenia
Sprawdzone w pierwszych aplikacjach, dla tej klasy obiektów, możliwości funkcjonalne oferowane przez moduł MT-151 doprowadziły do realizacji kolejnych wdrożeń realizujących proces kontroli rozpływu wody w sieci wodociągowej, w celu optymalizacji kosztów związanych z jej zarządzaniem.
Poniżej przykład sterowania pracą dwóch zasuw na magistrali wodociągowej w Mielnie wraz z wizualizacją
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 przepływów ścieków z na magistralach tranzytowych z wykorzystaniem przepływomierzy elektromagnetycznych -> nowoczesne rozwiązanie chmurowe do wizualizacji z dostępem do danych z poziomu przeglądarki WWW
W roku 2017 nasz zespół intensywnie rozwijał nową generację aplikacji chmurowej do wizualizacji przebiegu procesów pomiarowych na obiektach rozproszonych obiektów w oparciu o dostęp do danych z poziomu przeglądarki WWW. Opracowano dedykowaną, profesjonalną aplikację internetową, która zapewnia bezpieczny dostęp danych oraz wizualizację przebiegu procesu pomiarowego. Założono, iż celem nadrzędnym będzie uzyskanie bezpiecznego i niezawodnego dostępu do danych z poziomu przeglądarki internetowej, zarówno na urządzeniach stacjonarnych, jak i mobilnych. Do stworzenia aplikacji użyto najnowszych dostępnych technologii informatycznych. Pełna skalowalność i responsywność strony została zapewniona poprzez użycie grafiki wektorowej w formacie SVG, a także biblioteki Bootstrap. Dzięki takiemu rozwiązaniu, zawartość strony dopasowuje się do rozmiaru ekranu, na którym jest wyświetlana. Wykorzystano również możliwości jakie daje JavaScript, HTML5 i CSS3. Poniżej przykład wizualizacji przepływu ścieków w rozwiązaniu przeznaczonym stricte na cele rozliczeniowe, tj. rozliczania należności za transfer ścieków na kolektorze ściekowym łączącym dwie gminy.
Poniżej wykresy przepływu oraz bilanse.
Liczba wdrożeń modułów telemetrycznych firmy InVentia w aplikacjach dedykowanych na cele rozliczeniowe przyrasta w szybkim tempie. Zespół naszych inżynierów przygotował w roku 2017 dedykowany system pomiarowy do grawitacyjnego opomiarowania przepływu ścieków, w oparciu o profesjonalny i wykorzystujący najnowsze technologie pomiarowe przepływomierz TIDALFLUX 2300F niemieckiej firmy Krohne. System pomiarowy zawiera oczywiście zestaw telemetryczny wraz z chmurową aplikacją do wizualizacji procesu pomiarowego oraz modułem bilingowym. Poniżej schemat blokowy kompletnego, profesjonalnego systemu do grawitacyjnego opomiarowania ścieków. System składa się z komory pomiarowej z przepływomierzem specjalistycznym TIDALFLUX 2300F, dedykowanej szafki pomiarowo-telemetrycznej zawierającej między innymi moduł telemetryczny MT-101 oraz nowoczesnej aplikacji chmurowej do wizualizacji procesu pomiarowego zawierającej moduły wykresów oraz do obliczania bilansów.
Poniżej zrzut ekranu z wizualizacji chmurowej dedykowanej dla przepływomierza TIDALFLUX 2300F. W prawe części okna widoczne jest dodatkowe pole informujące o poziomie wypełnienia czujnika.
Dla przepływomierzy dedykowanych dla przepływów ciśnieniowych wygląd aplikacji dostosowuje się automatycznie do typu przepływomierza.
Na wykresach poniżej widać modulację wykresu przepływu spowodowaną pracą przepompowni ścieków, która impulsowo wtłacza ścieki do kolektora.
Na zakończenie tego bloku tematycznego przykład wizualizacji dwóch komór pomiarowych z przepływomierzami elektromagnetycznymi ze średnicami czujników DN150 i DN200. Dane pomiarowe są zintegrowane na jednym ekranie w celu ich łatwiejszej analizy.
Moduły telemetryczne MT-331, MT-713, MT-723 w aplikacjach do monitorowania przepływów i ciśnień w komorach pomiarowych. Zasilanie systemu pomiarowego z baterii, akumulatorów lub źródeł energii odnawialnej
Opomiarowanie komór pomiarowych, na których, z uwagi na odległość od linii energetycznych NN, nie ma dostępnego zasilania 230V wymaga zastosowania modułów telemetrycznych i urządzeń pomiarowych zasilanych bateryjnie, z akumulatorów lub zastosowania odnawianych źródeł energii. Ciekawym przykładem może być 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 tego zadania wykonana została specjalna szafka zasilająco telemetryczna zawierająca dwa akumulatory przystosowane do współpracy z panelem fotowoltaicznym, regulator MPPT, moduł MT-331.
Komory pomiarowe wyposażone w tradycyjne wodomierze lub bateryjnie zasilane przepływomierze elektromagnetyczne, to kategoria obiektów, w której do celów telemetrii należy stosować energooszczędne moduły telemetryczne serii MT-331/713/723. Na potrzeby naszych partnerów biznesowych został opracowany w roku 2017 kolejny dedykowany system pomiarowy umożliwiający optymalne pod względem dokładności opomiarowanie wartości przepływów i ciśnień na magistralach wody czystej.
W przedstawionym powyżej profesjonalnym rozwiązaniu zastosowano nowoczesny, specjalistyczny przepływomierz elektromagnetyczny WATERFLUX 3070F niemieckiej firmy Krohne oraz moduł telemetryczny MT-713 w wykonaniu specjalnym, tj. zasilanym z zewnętrznego pakietu baterii oraz wyposażony w port do komunikacji cyfrowej RS-485 z obsługą protokołu ModBus RTU. Możliwość komunikacji cyfrowej pomiędzy przepływomierzem WATERFLUX 3070F, a modułem MT-713 pozwalana na przesyłanie do systemu wizualizacji znacznie więcej krytycznych informacji pomiarowych oraz autodiagnostycznych niż w przypadku prostych rozwiązań opartych jedynie o przekaz informacji poprzez wyjście impulsowe i alarmowe. W przypadku przepływomierzy bateryjnych istotne jest możliwość dopasowania szybkości wykonywania pomiarów do dynamiki przepływu mierzonego medium. Wdrożone rozwiązanie zapewnia uzyskanie optymalnej proporcji pomiędzy efektywną dokładnością systemu pomiarowego, a żywotnością baterii. Wbudowany w module MT-713 logger pozwalana na dokładne odwzorowanie na wykresach w systemie wizualizacji wartości chwilowych natężenia przepływu oraz ciśnienia.
Na zdjęciu poniżej przykład komory pomiarowej wyposażonej w klasyczny wodomierz oraz przetwornik ciśnienia. Dzięki wykorzystaniu funkcji oferowanych przez moduł MT-331, nawet w tak prostym przypadku, do systemu wizualizacji przesyłane są istotne dane pomiarowe oraz informacyjne, np. otwarcie komory pomiarowej, przekroczenie dopuszczanego poziomu wody w komorze.
W tej aplikacji moduł telemetryczny jest zasilany z akumulatora typu AGM, który z wymaga cyklicznego doładowywania ok. 3 razy/rok. Dzięki wbudowanemu w moduł MT-331 akumulatorowi o pojemności 2.6Ah możliwe jest bezproblemowe doładowywanie akumulatora zewnętrznego bez konieczności zastępowania go innym akumulatorem na czas ładowania.
Przygotowana dla użytkownika aplikacja na bieżąco monitoruje nie tylko wartość uśrednionego przepływu chwilowego oraz ciśnienia, ale również na bieżąco informuje o poziomie napięcia w akumulatorze zewnętrznym, jak i szacowanym czasie do kolejnego ładowania.
Poniżej wizualizacja tego samego obiektu wykonana w aplikacji chmurowej dedykowanej dla urządzeń desktopowych, jak i mobilnych.
Monitoring zestawów hydroforowych wyposażonych we własne sterowniki PLC z wykorzystaniem modułu telemetrycznego MT-151
W roku 2017 kontynuowany był proces włączania do systemów wizualizacji zestawów hydroforowych. 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 SUW zawierającej 3 zestawy hydroforowe.
W celu ułatwienia nowemu użytkownikowi „rozpoczęcia przygody” z telemetrią oferujemy rozwiązania chmurowe pozwalające na wdrożenie wizualizacji bez budowy standardowej stacji dyspozytorskiej wyposażonej w router.
Na zrzucie ekranu poniżej przykład wizualizacji zestawu hydroforowego wykonanej w systemie SCADA MoVicon.
Monitoring zaawansowanych stacji uzdatniania wody w oparciu o system SCADA MoVicon firmy PROGEA
W roku 2017 nasz zespół inżynierów wdrożył rozbudowane systemy wizualizacji zrealizowane w oparciu o system SCADA MoVicon. W architekturze sprzętowej w każdej z realizowanych aplikacji wykorzystano również moduły telemetryczne firmy InVentia. Prezentowany przykład potwierdza niezwykle elastyczność w łączeniu w jednym systemie rożnych modeli modułów telemetrycznych ze sterownikami PLC.
Poniżej aplikacja do wizualizacji opisywanej stacji uzdatniania wody wykonana w systemie SCADA MoVicon.
Poniżej okno ze prezentujące pracę pomp III stopnia w szczegółach.
Na zrzutach ekranu poniżej prezentujemy Państwu wizualizację kolejnego SUWu.
Poniżej przykład nowoczesnej aplikacji do wizualizacji wykonanej w systemie SCADA MoVicon rozbudowanej technologicznie stacji uzdatniania wody. Dane ze sterownika PLC, odpowiedzianego za realizację procesu sterowania, są przekazywane do stacji dyspozytorskiej za pośrednictwem modułu MT-151_LED, który jest połączony magistralą ETHERNET ze sterownikiem PLC.
Poniżej widok tzw. dashboard’u, który w sposób czytelny prezentuje operatorowi zestawienie najważniejszych parametrów monitorowanych obiektów wraz z informacją o alarmach bieżących i historycznych.
Podsumowując, możliwości oferowane przez system SCADA MoVicon pozwalają na tworzenie profesjonalnych i nowoczesnych aplikacji do wizualizacji i zdalnego sterowania wybranymi funkcjami procesu technologicznego.
Wizualizacja oczyszczalni ścieków wykonana w systemie SCADA Movicon firmy Progea
W roku 2017 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 11.5.
Podsumowanie
W roku 2017 rozwijaliśmy coraz bardziej wyrafinowane technicznie aplikacje na bazie modułów telemetrycznych firmy InVentia. Kolejne funkcje dodawane do oprogramowania wewnętrznego tych modułów pozwalają naszemu zespołowi na realizację coraz bardziej złożonych systemów sterowania.
Ciekawym kierunkiem firmy InVentia jest implementacja w wybranych modułach telemetrycznych protokołu MQTT pozwalającego na wymianę danych z urządzeniami IoT.
W celu ułatwienia wdrażania modułów telemetrycznych u użytkowników, którzy dopiero zaczynają „swoją przygodę” z systemami telemetrii, opracowaliśmy nowoczesną aplikację chmurową, pozwalającą na swobodny dostęp do danych procesowych z urządzeń stacjonarnych, jak i mobilnych.
Konsekwentnie wszystkie nowe wdrożenia systemów wizualizacji zostały zrealizowane w oparciu o system SCADA MoVicon firmy Progea, dystrybuowany przez firmę ABMICRO. Nasi inżynierowie, przez ostatni rok, zdobyli olbrzymie doświadczenia w tworzeniu rozbudowanych aplikacji w oparciu o system SCADA MoVicon. Wersja MoVicon.NEXT, to kolejne wyzwanie, które stoi przed naszym zespołem.