Aktuální vydání

celé číslo

05

2021

Perspektivy automatizace, umělá inteligence v automatizaci; prostředky automatizace v době lockdownu
celé číslo

Aplikace systému PROMOTIC 2000

Automa 8/2000

Ing. Zdenko Šalak a Ing. Martin Jirák,
ESI s. r. o.;

Aplikace systému PROMOTIC 2000

S vizualizačním a řídicím systémem Promotic™ jsou čtenáři pravidelně seznamováni v podobě obchodně-technických příspěvků, inzerce a odborných článků. V nich byly publikovány všechny základní informace o vlastnostech systému a jeho nejdůležitějších komponentách. Systém Promotic 2000 patří k zavedeným softwarovým systémům SCADA určeným vývojovým pracovníkům, projektantům a programátorům. Pomocí systému Promotic lze vytvářet jednoduché i široce distribuované aplikace pro nejrůznější odvětví průmyslu. K dnešnímu dni spolehlivě pracují stovky aplikací v celé České republice a v zahraničí. Tento článek přináší informace o některých zajímavých aplikacích, které byly realizovány s využitím systému Promotic 2000. Jednotlivé kapitoly přinášejí zajímavé pohledy a zkušenosti různých firem z oblasti průmyslové automatizace a seznamují čtenáře s konkrétním řešením decentralizovaných aplikací v různých odvětvích průmyslu.

1. Centrální teplárenský dispečink firmy Žatecká teplárenská, a. s.
Pro potřeby Žatecké teplárenské realizovala firma ESI s. r. o. monitorovací a řídicí dispečerské pracoviště s vizualizačním prostředím Promotic firmy Microsys. Dispečerské pracoviště umožňuje monitorovat aktuální stav sledovaných předávacích stanic (dále PS), dálkově ovládat PS, ukládat naměřené hodnoty v pravidelných intervalech, kreslit trendy sledovaných veličin a hlásit havarijní stavy. PS jsou k dispečerskému PC připojeny sériovými komunikačními linkami. V soustavě jsou instalovány regulátory Landis & Gyr (typ PRV-2), Satchwell (typy IAC400 a IAC600) a větší počet měřičů tepla – kalorimetrů. PS vybavené regulátory bez možnosti komunikace poskytují dispečinku alespoň dvoustavovou informaci („Provoz“ a „Mimo provoz“).

Obr. 1.

1.1 Topologie komunikační sítě
Celá komunikační síť je ve skutečnosti tvořena čtyřmi nezávislými sítěmi, které se liší úrovněmi, protokolem i komunikační rychlostí. Regulátory Satchwell komunikují protokolem Satnet po lince RS-485 rychlostí 4 800 Bd. Propojení s aplikací Promotic zajišťuje server DDE. Celkový počet připojených regulátorů je 31. Regulátory Landis & Gyr komunikují pomocí textového řetězce. Použitý volný znakový protokol je součástí Promoticu. Připojených PS je devatenáct a komunikační rychlost je 9 600 Bd. Všechny kalorimetry jsou vybaveny sériovým rozhraním Meter-Bus. Kalorimetry SVM 820 však pracují s protokolem Siox, zatímco Clorius a Kamstrup s protokolem Meter-Bus. Jsou proto sdružovány do skupin – hnízd. Každé takové hnízdo tvoří inteligentní jednotka, M-master, která předzpracovává data a s počítačem komunikuje po lince RS-485 v protokolu Modbus ASCII rychlostí 2 400 Bd. Na stejnou linku je připojen i malý automat TSX 07 pro sběr dvoustavových informací z některých PS. Protokol Modbus ASCII je součástí systému Promotic. Počet připojených kalorimetrů je 96. S ohledem na maximální doporučované délky linek (každá z komunikačních sběrnic dosahuje délky přibližně 10 km) je realizovaná síť členěna vhodným rozmístěním hnízd a zařazením opakovačů sběrnic.

1.2 Dispečerské pracoviště teplárny
Vlastní dispečerské pracoviště je tvořeno osobním počítačem Pentium II s Windows NT 4 a aplikací napsanou v prostředí Promotic. Vizualizační program podává přehlednou a ucelenou informaci o kterékoliv PS v distribuční síti. Základní zobrazení představuje přehledovou mapu města s vyznačenými obdélníky, pod kterými lze zobrazit detaily s trasami horkovodu a umístění jednotlivých PS. Výběrem kterékoliv PS se otevře technologické schéma PS s vyznačenými aktuálními hodnotami měřených veličin a stavy ovládacích a regulačních prvků.

Údaje jsou získávány z příslušného regulátoru nebo kalorimetrů umístěných v PS. Perioda obnovy dat je závislá na typu komunikace a počtu komunikujících zařízení. V popisované aplikaci je perioda obnovy pro regulátory Satchwell přibližně 90 s, pro PRV-2 přibližně osm minut a pro kalorimetry asi dvě minuty. Pro každou PS existuje zobrazení trendů, pro které jsou s periodou pěti minut zaznamenávány vybrané teploty a výkon (průměrně devět hodnot na jednu PS). Trendy jsou uchovávány po dobu pěti dnů. Další zobrazení přinášejí souhrnnou tabulku provozních údajů ze všech PS (včetně těch, které nemají regulátor Satchwell nebo Landis) a tabulku odečtů pro fakturační účely. Obě tabulky jsou ukládány do databází Microsoft Access – tabulka provozních údajů každou hodinu, tabulka odečtů každých 24 hodin. Z tabulky provozních údajů lze kliknutím na řádek otevřít technologické schéma příslušné PS. Poruchy a havarijní stavy jsou signalizovány akustickým alarmem doplněným blikajícím kroužkem v mapě a červenou značkou v souhrnné tabulce provozních údajů. Historie alarmů je ukládána do zvláštního souboru do hloubky přibližně 200 alarmů a je možné ji zpětně prohlížet. Oprávněná obsluha (jež se registruje heslem) může ručně zasahovat do chodu PS, např. ovládat regulační ventily, čerpadla atd. Může také zadávat topné křivky, korekce ústředního topení (ÚT), žádanou teplotu teplé užitkové vody (TUV) apod. pro každou PS individuálně. V každé PS je k dispozici pět nezávislých útlumů pro každou sekci ÚT s týdenním časovým harmonogramem.

V aplikaci je využit bohatý soubor prostředků Promoticu pro ukládání a tisk trendů, provozních tabulek, alarmů atd.

Obr. 2.

2. Měnírna MHD Brno-Černá Pole
Tato kapitola popisuje aplikaci systému Promotic v měnírně pro městskou hromadnou dopravu (MHD) v Brně-Černých Polích, která byla v roce 1999 zcela zrekonstruována. Projekt elektrické části a dodávku řídicího systému měnírny zajišťovala firma Microsys Brno s. r. o.

2.1 Stručný popis řízené technologie
Z provozního hlediska lze měnírnu rozdělit na střídavou část a stejnosměrnou část s vlastní měnírenskou technologií. Střídavá část měnírny zahrnuje vysokonapěťovou rozvodnu, která je v tomto případě v kobkovém provedení (nově budované měnírny jsou téměř výhradně se skříňovými rozvodnami). Napájení je dvěma přívody z distribučního rozvodu 22 kV a obsahuje kobky (skříně) s vývody na tři trakční transformátory a transformátor vlastní spotřeby. Trakční transformátory zajišťují převod napětí z místní sítě 22 kV na potřebnou úroveň napětí pro trakční usměrňovače (525 V AC). Stejnosměrná část zahrnuje zařízení pro řízený rozvod elektrické energie o napětí 660 V DC k jednotlivým úsekům trolejového vedení. Vybavení stejnosměrné části měnírny je sestaveno z typové řady napájecích zařízení pro městskou hromadnou dopravu firmy ŽS Brno, a. s. Obsahuje usměrňovače a jejich vývodová pole, napáječová pole s rychlovypínači, pole pro připojení zpětných kabelů, pole podélné spojky přípojnic. Jednotlivá pole jsou tvořena vzájemně oddělenými oceloplechovými skříněmi s průchozími hlavními a pomocnými sběrnicemi. Měnírna obsahuje devět tramvajových a šest trolejbusových napáječů. Celý provoz je řízen z centrálního energetického dispečinku dopravního podniku. Měnírna je koncipována pro bezobslužný provoz, avšak pro řešení nestandardních provozních stavů v síti měníren dopravního podniku je její ovládání řešeno ve třech úrovních.

Místní ovládání
Místní ovládání je realizováno přímo přepínači a tlačítky zabudovanými na dveřích jednotlivých skříní – tato úroveň ovládání je určena především k servisním účelům.

Centrální ovládání z měnírny
Centrálně lze měnírnu ovládat z koordinačnímu modulu v dozorně. Programové vybavení počítače zajišťuje sběr informací z celé měnírny a umožňuje její lokální řízení.

Obr. 3.

Centrální ovládání z nadřazeného dispečinku
Ke koordinačnímu modulu v měnírně je sériovou linkou připojen modul systému dálkového ovládání SAT, který zajišťuje komunikaci s energetickým dispečinkem dopravního podniku.

2.2 Řídicí systém měnírny
Řízení měnírny je koncipováno na bázi distribuovaného řídicího a informačního systému DIX-CAN firmy Incos Žilina. Přímo v jednotlivých skříních technologického zařízení měnírny jsou osazeny procesní moduly systému s vlastním procesorem, zajišťujícím autonomní řízení jednotlivých prvků v poli, sběr dat pro vlastní činnost a komunikaci s nadřazenou úrovní. Z hlediska propojení procesních modulů měnírny je komunikace řešena třemi větvemi CAN – jeden tvoří vysokonapěťová rozvodna a vlastní spotřeba, druhý tramvajové napáječe a třetí trolejbusové napáječe se zpětnými skříněmi. Komunikační vedení je realizováno kovovým vodičem. Dosavadní provoz prokazuje plnou spolehlivost komunikace v extrémních podmínkách rozvodny 22 kV, ale i v zařízeních stejnosměrné části, kde vypínací proudy za provozu dosahující hodnot až 3 až 5 kA a jsou zdrojem značných elektromagnetických polí.

2.3 Dispečerské pracoviště měnírny
Měnírna je jako funkční celek řízena koordinačním modulem systému, který zabezpečuje vazby mezi jednotlivými podřízenými moduly, mj. kontroluje, zda lze požadované operace uskutečnit, a nebo zda jsou v dané chvíli zakázány. Jako nadřízená jednotka na lokální síti měnírny se využívá průmyslové PC (Pentium 330 MHz, 128 MB RAM, HDD 4 GB), které může také sloužit jako lokální dispečerské pracoviště. Na tomto dispečerském počítači je implementován uživatelský program se systémem Promotic.

V programu jsou kromě standardních komponent systému Promotic využity komunikační báze KKMCAN pro přístup po sběrnici CAN k modulům DIX-CAN. Z takto koncipovaného koordinačního počítače je možné úplně ovládat měnírnu, včetně diagnostiky a nastavování ochran, historických trendů a monitorování ovládacích zásahů. Celá technologie měnírny je rozdělena do několika grafických zobrazení. Na nich je zobrazena vždy příslušná část technologie, např. vysokonapěťová část, vlastní spotřeba atd. Zobrazen je vždy aktuální stav technologie i s měřenými hodnotami. Ze zobrazení je možné technologii ovládat, měnit parametry a nastavovat ochrany. Nastavování ochran je blokováno stupněm úrovně přihlášeného uživatele. Veškeré události jsou zaznamenávány do souborů událostí, které jsou zálohovány po dobu několika měsíců. Poruchy jsou zaznamenávány soubory alarmů, které jsou rozděleny na několik částí podle technologie. Při jakékoliv poruše je obsluha plně informována o postupném dění v měnírně. Počítač také slouží jako komunikační rozhraní a přes komunikační knihovnu předává data pro nadřazenou úroveň řízení. S obdobným technickým řešením byly firmami ŽS Brno, a. s., a Microsys Brno s. r. o., realizovány měnírny MHD v dalších českých a moravských městech: Olomouci, Praze, Plzni a dalších.

Obr. 4.

3. Aplikace systému Promotic v terminálech elektráren
Terminály elektráren slouží jako rozhraní výroben elektrické energie (elektrárny, výrobny s kombinovanou výrobou tepelné a elektrické energie) a centrálního regulátoru systému automatické sekundární regulace činného výkonu elektrizační soustavy ČR, který je umístěný na dispečinku ČEPS v Praze. Centrální regulátor zajišťuje dálkové řízení jednotlivých výroben v reálném čase (zadává žádanou hodnotu činného výkonu výrobny v sekundární regulaci) a schopnost spolupracovat s ním je podle energetické legislativy ČR jednou z podmínek pro provoz všech výroben s elektrickým výkonem větším než 50 MWe.

3.1 Funkce terminálu elektráren
Pro správnou funkci celého systému sekundární regulace musí terminál:

  • sbírat technologická data o okamžitém stavu výrobny (prostřednictvím analogových a digitálních signálů připojených přímo k terminálu nebo prostřednictvím datové komunikace s místním řídicím systémem výrobny) a předávat je datovou komunikací do centrálního regulátoru;
  • přenášet žádanou hodnotu výkonu z centrálního regulátoru do technologie výrobny (prostřednictvím analogových signálů nebo datové komunikace s místními řídicími systémem výrobny);
  • realizovat výpočetní funkce nutné pro provoz výrobny v systému automatické sekundární regulace činného výkonu;
  • pracovat jako informační systém pro obsluhu výrobny.

Obr. 5.

Všechny funkce musí být realizovány v reálném čase s požadavky na minimalizaci dopravního zpoždění (nejvíce dvě sekundy na celé trase od technologie výrobny k centrálnímu regulátoru) a na vysokou spolehlivost řídicích funkcí terminálu. Na základě těchto požadavků bylo zvoleno řešení na bázi distribuovaného systému složeného v základní variantě ze dvou osobních počítačů s programovým vybavením Promotic a Oscart tak, jak je znázorněno na obr. 4. Jedním PC je řídicí stanice se systémem Oscart. Oscart byl vyvinutý ve firmě Orgrez SC, a. s., jako otevřený modulární systém pro práci v reálném čase. Využívá se k plnění všech funkcí pro sběr dat, komunikaci a výpočty. V systému Oscart je také vyřešena vazba mezi více systémy prostřednictvím protokolu TCP/IP. To umožňuje komunikaci mezi dvěma nebo více stanicemi v prostředí jedné místní sítě LAN i se vzdálenými stanicemi připojenými telefonním modemem nebo dálkovou sítí WAN. Druhým PC je operátorská stanice obsluhy s instalovaným systémem Promotic ve funkci uživatelského rozhraní. Z vlastností Promoticu se využívá zejména systém grafických zobrazení pro prezentaci dat terminálu (obr. 5), události pro správu provozního deníku a archivace pro zaznamenávání vybraných veličin pro pozdější analýzu poruchových stavů v elektrizační soustavě ČR. Terminály elektráren jsou v současné době takto použity ve všech velkých elektrárnách ČEZ, a. s., (Prunéřov 1 a 2, Tušimice, Počerady, Ledvice, Mělník 2 a 3, Chvaletice, Dětmarovice, Dukovany, Temelín) a rovněž i na elektrárnách nezávislých výrobců (Mělník 1, PPC Vřesová). Orgrez SC, a. s., navrhoval ve spolupráci se zákazníkem a dispečinkem ČEPS technické řešení všech těchto aplikací, implementoval aplikace pomocí systémů Promotic a Oscart a instaloval a zprovoznil všechny (hardwarové i softwarové) technické prostředky terminálu.

4. Chlazení ledových ploch a řízení odběru elektrické energie
V rámci rekonstrukce chlazení ledových ploch na Zimním stadionu Liberec byl firmou Warmnis spol. s r. o. instalován řídicí systém s aplikací systému Promotic. Důvodem rekonstrukce chlazení byl přechod na nepřímé chlazení, u něhož není třeba přímý oběh čpavku v ledových plochách. V souvislosti s tím byl instalován systém pro řízení odběru elektrické energie v závislosti na dosahovaných čtvrthodinových maximech. Jelikož hardware obou systémů byl dodán dvěma různými výrobci, bylo nutné hledat integrující prvek, který by zajistil komplexní vizualizaci a dispečerské řízení procesu při respektování požadavku na jednoduché, ale komfortní prostředí pro uživatele. Tímto prvkem se stal vizualizační systém Promotic. Je to moderní a výkonný prostředek pro vizualizaci a zpracování dat technologických procesů, včetně možnosti vytvářet nadřazené řídicí algoritmy, který využívá všechny progresivní softwarové technologie, jež jsou k dispozici pro operační systémy Microsoft Windows 9X/NT, včetně technologie DDE, OLE a ActiveX.

Vlastní chlazení je řízeno regulátorem DX-9100 firmy Johnson Controls Int. vybaveným potřebnými přídavnými I/O moduly. V tomto regulátoru jsou k dispozici všechny potřebné algoritmy pro přímé nespojité řízení teploty ledových ploch s jistými prvky adaptivity v závislosti na teplotách v halách, v ledu a nad ledem. Regulátor zároveň řídí kondenzátor, kde je možné nastavovat jednotlivé stupně chlazení pro letní a zimní provoz v závislosti na tlaku čpavku primárního okruhu. Regulátor je propojen vlastní komunikační linkou s PC, na kterém v prostředí Microsoft Windows™ 98 běží Promotic. Prostřednictvím systému Promotic je možné plně vizualizovat technologický proces v podobě dynamizovaných schematických zobrazení, tabulek a grafů a lze zadávat vstupní parametry, jež jsou důležité pro optimalizaci technologického procesu. Pro komunikaci se systémem Promotic byla firmou Warmnis spol. s r. o. vytvořena komponenta, která zprostředkuje přenos dat mezi regulátorem a systémem. Je to aplikace ActiveX Server, která byla napsána v jazyce Microsoft Visual Basic 5.0 Enterprise (SP3). Tato komponenta je obecně použitelná ve všech programech, které zvládají technologii ActiveX. Ze systému Promotic se volá jako předem definovaný objekt pomocí jeho vlastností, metod a událostí.

Obr. 6.

Systém řízení odběru elektrické energie v závislosti na dosahovaných čtvrthodinových maximech byl realizován s využitím regulátoru Tronic 2008S firmy Tronic Control, s. r. o., Praha, který je vybavený standardním softwarem pro tento druh aplikací. Systém autonomně odpíná odběry při nebezpečí překročení čtvrthodinového maxima s nastavitelnou prioritou odběrů a všech dalších potřebných parametrů. S PC je spojen další separátní linkou RS-422. Pro komunikaci se systémem Promotic byla firmou Warmnis, spol. s r. o., vytvořena komponenta ActiveX s obdobným účelem jako předchozí komponenta. Základem této komponenty je standardní modul SlComm.OCX, dodávaný firmou Tronic Control, s. r. o., Praha.

Obojí řízení je tímto způsobem integrováno do jednoho nadřazeného uživatelského prostředí. V rámci systému je možné vytvářet provozní programy chlazení ploch v závislosti na volbě režimů, jako jsou zápasy, tréninky či klidová období. Aplikace obsahuje množství různých grafických zobrazení pro komunikaci s uživatelem (obr. 6).

Uživatel vlastně „neví“, že za jednotným uživatelským prostředím stojí hardware různých výrobců. Systém je dále snadno rozšířitelný po stránce hardwaru i po stránce softwaru.

Celý systém se chová velmi stabilně, je uživateli otevřený a již několikrát byl bez problémů aktualizován novými verzemi systému Promotic, které jsou snadno dostupné na webových stránkách výrobce systému, Microsys, s. r. o. Jde o skutečně otevřený systém, který v sobě spojuje všechny možnosti, jež má uživatel PC s OS Microsoft Windows 9X/NT k dispozici.

5. Závěr
Bližší informace k systému PROMOTIC 2000 je možné získat ze stránek internetu (www.microsys.cz) nebo přímo u firmy Microsys Ostrava.

kontakt: Ing. Zdeněk Malina – marketing
Microsys spol. s r. o.
Tavičská 21
Ostrava-Vítkovice 703 00
tel.: 069/661 43 02
fax: 069/ 661 43 01
e-mail: malina@microsys.cz