Moduły Telemetryczne w aplikacjach Control System

Szanowni czytelnicy magazynu TELEMETRON. Oddajemy w Państwa ręce kolejny artykuł zawierający opis najciekawszych rozwiązań aplikacyjnych wdrożonych przez inżynierów firmy CONTROL SYSTEM. Tradycyjnie niniejszy artykuł stanowi kontynuację publikacji zawartych w wydaniach magazynu TELEMETRON z lat 2008–2018.

W najnowszej edycji artykułu, podobnie jak w latach poprzednich, chcielibyśmy przedstawić czytelnikom TELEMETRONu najciekawsze i zaawansowane technicznie wdrożenia, zrealizowane w roku 2018 wraz z 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 otrzymają produkt, którego oczekują.

Aplikacje realizowane przez nasz zespół w roku 2018 zostały w ponad 90% zdominowane przez moduły telemetryczne MT-151 LED i HMI. Tak duży udział serii MT-151 v2 wynikał z faktu, iż zakończony został proces konwersji aplikacji, przygotowanych przez nas przed laty dla modułów MT-101, na platformę MT-151 v2. W efekcie wszystkie nowe instalacje realizowane są aktualnie na bazie MT-151 v2. Dodatkowo kolejne wersje firmware opracowane przez inżynierów firmy InVentia w roku 2018 przyczyniły się do zwiększenie możliwości funkcjonalnych oferowanych przez tę serię. Odpowiadając na potrzeby naszych użytkowników, firma InVentia przygotowała specjalną wersję modułu bateryjnego MT-713, która znalazła zastosowanie w profesjonalnych aplikacjach do monitorowania punktów pomiarowych na magistralach wody czystej. Routery przemysłowe firmy WELOTEC serii TK525 stały się natomiast standardem pełniąc rolę bram komunikacyjnych i oferując transfer danych z wykorzystaniem technologii 3G. Bilans zamknięcia roku 2018 to łącznie prawie 11 000 modułów telemetrycznych pracujących na obiektach w Polsce i krajach Europy, z oprogramowaniem aplikacyjnym opracowanym przez inżynierów firmy CONTROL SYSTEM.

W kolejnych blokach tematycznych streścimy najciekawsze przykłady zastosowań modułów telemetrycznych.

Rok 2018 był dla naszego zespołu przełomowy między innymi w aspekcie wdrożenia na rynku polskim najnowszej wersji systemu wizualizacji przepompowni ścieków. Nowa architektura systemu wizualizacji, bazująca na najnowszych dostępnych rozwiązaniach informatycznych oraz wprowadzenie licznych przydatnych funkcji, niedostępnych w poprzedniej wersji, w połączeniu z bardzo wysokim poziomem wdrożonych zabezpieczeń, jak i stabilnością działania gwarantuje użytkownikom możliwość korzystania z systemu przez kolejne lata bez obawy utraty kompatybilności z najnowszą wersją systemu operacyjnego WINDOWS 10.

Zgodnie z obowiązującymi trendami nowy system zapewnia bezpieczny dostęp do danych zarówno z poziomu urządzeń pracujących pod kontrolą systemu WINDOWS 10, jak i systemów operacyjnych dla urządzeń mobilnych, tj. Android czy iOS. Projektując architekturę nowego systemu wizualizacji duży nacisk położono również na kwestię tworzenia backup’ów baz danych.

Do celów wizualizacji przepompowni ścieków zostały opracowane 2 wersje systemów SCADA. Pierwsza wersja dedykowana jest dla użytkowników posiadających ponad 40 przepompowni w poprzedniej wersji systemu i została zrealizowana w oparciu o system SCADA MoVicon w wersji 11.5. Standardem dla tej wersji jest zastosowanie 2 monitorów o przekątnych ekranu od 28 do 32” pracujących w trybie UHD.

Podział na 2 monitory zapewnia zwiększoną efektywność analizy statusu monitorowanych przepompowni. Standardowo na lewym monitorze wyświetlane są informacje szczegółowe wybranego obiektu, podczas gdy na prawym wyświetlana jest mapa z zaznaczonymi wszystkimi obiektami i ich statusem. Prawy ekran jest również dedykowany do niezależnej analizy wybranych parametrów, np. wykresy rejestrowanych wielkości fizycznych, analiza czasu pracy, czy liczby załączeń pomp, statystyki GPRS.

Znane z poprzedniej wersji systemu zbiorcze zestawienie najbardziej istotnych parametrów monitorowanych obiektów na jednym ekranie ułatwia szybką analizę aktualnego statusu obiektów.

W prawym rogu aktywne jest okno niepotwierdzonych alarmów. Moduł alarmów został istotnie rozbudowany i umożliwia zaawanasowane analizy alarmów historycznych.

W najnowszej wersji systemu pojawiło się również znane z poprzedniej wersji okno ze szczegółami obiektów.

W celu zapewnienia najwyższej możliwej niezawodności działania systemu wizualizacji na bieżąco kontrolowane są krytyczne parametry routera TK525. W górnym pasku wyświetlana jest kontrolka prawidłowego działania routera oraz poziom sygnału. Dostępne są również szczegółowe informacje z wykresem odbieranego poziomu sygnału sieci 3G.

Druga wersja systemu została stworzona dla użytkowników posiadających mniejszą liczbę obiektów. Bazuje na stworzonym przez nasz zespół od podstaw systemie wizualizacji.

W pełni skalowalny interfejs graficzny oraz responsywność strony umożliwia uruchamianie aplikacji na monitorach o mniejszej rozdzielczości niż WQHD, czy UHD. Możliwe jest bezproblemowe skonfigurowanie routera użytkownika i tym samym uzyskanie dostępu do danych z dowolnego miejsca z poziomu komputera z zainstalowanym systemem WINDOWS 10 lub z poziomu urządzeń mobilnych.

Wykorzystanie techniki tzw. dashboard’u umożliwia szybki i efektywny nadzór nad pompowniami.

Intuicyjny interfejs prezentujący aktualny status monitorowanej przepompowni został stworzony zgodnie z najnowszymi trendami. Ekran z wykresami łączy w sobie nowoczesny design z funkcjonalnością znaną z poprzedniej wersji systemu.

Dążąc konsekwentnie do zapewnienia jak najwyższego poziomu oferowanych rozwiązań dla przepompowni ścieków zarówno w warstwie systemów SCADA, jak na poziomie obiektowym, nasi programiści dokonali również istotnych modyfikacji w oprogramowaniu aplikacyjnym dla modułu MT-151 LED v2 do sterowania pracą przepompowni i tłoczni ścieków.

Oprogramowanie zostało rozbudowane o kolejne funkcje diagnostyczne, które przyspieszają zdalną, z poziomu systemu SCADA, analizę pracy przepompowni oraz pozwalają na precyzyjne określenie, jaki element sterujący pracą przepompowni pracuje nieprawidłowo lub uległ trwałemu uszkodzeniu. Obok przykładowa szafka sterownicza wyposażona w moduł MT-151 LED v2 oraz moduł MT-UPS-01.

W roku 2018 nasz zespół konsekwentnie rozwijał nową generację aplikacji chmurowej do wizualizacji przebiegu procesów pomiarowych na obiektach rozproszonych, w oparciu o dostęp do danych z poziomu przeglądarki WWW. 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.

Na rzutach wykresy przepływu oraz bilanse.

Odpowiadając na potrzeby rynku, w roku 2018 kontynuowany był proces opomiarowania grawitacyjnego zrzutu ścieków z zakładów przemysłowych w oparciu o profesjonalny i wykorzystujący najnowsze technologie pomiarowe przepływomierz TIDALFLUX 2300PF 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 2300PF, 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. Komunikacja pomiędzy przetwornikiem przepływomierza a modułem MT-101 realizowana jest w oparciu o protokół ModBus RTU.

Powyżej zrzut ekranu z wizualizacji chmurowej dedykowanej dla przepływomierza TIDALFLUX 2300F. W prawej części okna widoczne jest dodatkowe pole informujące o poziomie wypełnienia czujnika.

W roku 2018 zrealizowane zostały kolejne zadania związane z opomiarowaniem przepływów i ciśnień na magistralach wody czystej. Ponieważ komory pomiarowe zasilane stacjonarnie nie stanowią wyzwania w aspekcie technicznym, w niniejszym artykule opisujemy punkty, na których, z uwagi na odległość od linii energetycznych NN, nie ma dostępnego zasilania 230 V i wymagane było zastosowania modułów telemetrycznych i urządzeń pomiarowych zasilanych bateryjnie, z akumulatorów lub zastosowanie odnawianych źródeł energii.

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 pozwala 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 istotna 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. W celu ułatwienia montażu w komorze elementy systemu telemetrii zostały zamontowane na specjalnej płycie. Zastosowane rozwiązanie znaczne przyśpiesza uruchomienie całego systemu pomiarowego oraz ewentualną diagnostykę.

Do wizualizacji procesu pomiarowego wykorzystywana jest ta sama aplikacja chmurowa, do której włączane są komory z przepływomierzami do pomiaru przepływów ścieków. Struktura elementów wyświetlanych na stronie dopasowana jest do standardu wyposażenia komory pomiarowej. W przypadku przepływomierzy zasilanych bateryjne istotna dla użytkownika jest możliwość kontroli zużycia energii przez poszczególne urządzenia oraz oszacowanie przez system czasu pozostałego do wymiany baterii w module telemetrycznym lub przepływomierzu.

Intuicyjne wykresy ułatwiają szybką analizę zarejestrowanych wielkości.

W roku 2018 do systemu włączono również kolejne komory pomiarowe wyposażone w klasyczne wodomierze. W zależności od typu obiektu szafki telemetryczne były montowane na zewnątrz lub w budynkach. Kontrola nad przepływami oraz ciśnieniami w różnych punktach sieci jest szczególnie istotna na terenach górskich oraz wyżynach. Wzrastające oczekiwania mieszkańców w aspekcie gwarantowanego ciśnienia, szczególnie na końcach sieci, wymuszają monitoring tych parametrów 24h/dobę, nawet w punkach bez zasilania stacjonarnego.

Na zdjęciu 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 dopuszczalnego poziomu wody w komorze.

Migracja mieszkańców na obrzeża miast wymusza rozbudowę istniejącej sieci wodociągowej. Nie zawsze przy tym możliwe i zasadne jest zwiększanie przekroju rur przesyłowych, by zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na wodę. Segmentacja sieci wody uzdatnionej, budowa zbiorników buforowych oraz komór wyposażonych w zestawy hydroforowe to w wielu przypadkach jedyne rozwiązanie. Nieodzownym elementem w takich instalacjach jest system zdalnego nadzoru kontrolujący poziom wody w zbiornikach, pracę zestawu hydroforowego, przepływy i ciśnienia, pracę agregatu, załączenie lamp oświetlenia terenu, czy naruszenie strefy.

Sygnały ze sterownika ZH, sterownika agregatu, przepływomierza, czy przetworników ciśnienia i poziomu zostały doprowadzone do szafy telemetrycznej, w której zainstalowano moduł MT-151 HMI.

Możliwość definiowania ekranów na wyświetlaczu graficznym pozwala na lokalną weryfikację wartości ponad 30 parametrów.

Pełna wizualizacja całego obiektu została wykonana w systemie SCADA MoVicon.

Poniżej zrzut ekranu z wizualizacji szczegółowej tego obiektu.

Kolejny obiekt to zestaw hydroforowy sterowany przez sterownik SIEMENSA. Moduł MT-151 odczytuje dane z rejestrów sterownika i przesyła w trybie 3G do stacji dyspozytorskiej, na której zainstalowany jest system SCADA MoVicon.

Poniżej zrzut ekranu z kolejnego obiektu typu ZH. Wizualizacja wykonana w systemie SCADA MoVicon.

W roku 2018 kontynuowany był proces wdrażania systemów wizualizacji zrealizowanych w oparciu o system SCADA MoVicon. Dało to możliwość jednoczesnego odczytu danych zarówno z obiektów podłączonych do lokalnej sieci przemysłowego Ethernetu oraz odczytu danych z routera firmy WELOTEC przesyłającego dane z obiektów rozproszonych. Z uwagi na odległości pomiędzy obiektami sterowniki są połączone ze sobą magistralą światłowodową.

Poniżej wizualizacja tego ujęcia. Z uwagi na liczbę obiektów i sterowników wizualizacja wykona w systemie SCADA MoVicon wyświetlana jest na 2 monitorach UHD.

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. Podsumowując, możliwości oferowane przez system SCADA MoVicon pozwalają na tworzenie profesjonalnych i nowoczesnych aplikacji do wizualizacji i zdalnego sterowania wybranymi funkcjami procesu technologicznego.

W roku 2018 rozwijane były systemy wizualizacji oczyszczalni ścieków stworzone w systemie wizualizacji Movicon, dystrybuowanym przez firmę AB-MICRO.

Moduł MT-151 LED/HMI v2 pozwala na kompletną realizację procesu sterowania małymi stacami uzdatniania wody czy oczyszczalniami. Port ETHERNET umożliwia tworzenie lokalnych podsieci i komunikację z falownikami, przepływomierzami czy zasuwami. Przesyłanie danych do routera zlokalizowanego na stacji dyspozytorni realizowane jest w technologii 3G. Możliwości techniczne oferowane przez zasilane bateryjnie moduły telemetryczne w połączeniu z dokładnością montowanych w punktach kontrolnych urządzeń pomiarowych pozwalają na coraz dokładniejszą kontrolę parametrów sieci wody uzdatnionej, detekcję wycieków, czy obliczanie strat. W połączeniu z profesjonalną wizualizacją, wykonaną w systemie SCADA MoVicon, nasz zespół dąży do oferowania rozwiązań zgodnych z koncepcją „SMART WATER and WASTE WATER NETWORKS”, która jest elementem filozofii WATER 4.0.

Wdrożenie koncepcji „SMART WATER and WASTE WATER NETWORKS” jest kolejnym wyzwaniem, z którym musi zmierzyć się branża wod-kan w ciągu najbliższej dekady. Zmiany klimatyczne, deszcze nawalne, konieczność sterowania przepływem wód opadowych do zbiorników retencyjnych, w celu uniknięcia zalań i podtopień, minimalizacja strat wody, zwiększenie bezpieczeństwa funkcjonowania sieci przesyłowych wody uzdatnionej, optymalizacja utrzymania sieci wodociągowych według zasady „predictive maintenance”, to czynniki, które wymuszają stosowanie coraz większej liczby urządzeń kontrolno-pomiarowych na sieci. Warunkiem prawidłowego funkcjonowania takiej złożonej diagnostyczno-pomiarowej struktury jest szybka i niezawodna transmisja danych pomiędzy punktami kontrolnymi, a centrum obliczeniowym, w którym gromadzone i przetwarzane są zebrane dane pomiarowe oraz podejmowane decyzje dotyczące wymaganych procesów sterowania.

Profesjonalne moduły telemetryczne oferowane przez firmę InVentia, w połączeniu z profesjonalnymi urządzeniami kontrolno-pomiarowymi innych producentów, umożliwiają w praktyce realizację systemów zgodnych z ideą SMART WATER and WASTE WATER NETWORKS. Propagowanie i praktyczne wdrażanie tej idei, to wyzwanie na kolejne lata, które stoi przed naszym zespołem.