Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Řídicí a automatizační technika je nedílnou součástí technologických procesů, ať už výrobních, nebo i v infrastruktuře, energetice, biotechnologických zařízeních a též v zařízeních, která jsou určena k ochraně životního prostředí. Vývoj řídicí a automatizační techniky na bázi aplikované elektroniky probíhá kontinuálně již od 60. let minulého století. „Dítětem“ té doby je i specifický systém pro řízení technologických procesů, který doznal masového rozšíření: programovatelný automat (PLC, PAC). Proto se již mnoho let lze setkávat s programovatelným automatem jako s nejrozšířenějším a zcela univerzálním přístrojem používaným k řízení nejrůznějších technologických procesů.
Je tomu tak i v případě automatizovaného řízení čistíren odpadních vod. Jde o nanejvýš důležitý a ze své podstaty veřejností, i když nepřímo, sledovaný technologický proces, jehož kvalita i výkon mají bezprostřední dopad na životní prostředí, a tudíž i na zdraví obyvatel. V současnosti i do budoucna jsou na kvalitu těchto procesů kladeny tak velké požadavky, že jejich splnění je bez pomoci vyspělých systémů a automatizační techniky nemožné.
Tak tomu je i v Čistírně odpadních vod (ČOV) Benešov, kde byl v nedávné době rekonstruován řídicí systém. Na programu nebyla jen prostá výměna systému předchozí generace za systém nové generace. V souladu s nejmodernějšími trendy byly uplatněny též nové periferní přístroje řídicího systému a tomu byla přizpůsobena i jeho topologie. S tím současně přišlo i použití algoritmů řízení, které se opírají jak o dlouholeté zkušenosti, tak o nejnovější poznatky. Využívány jsou také další možnosti, které poskytuje vývojové prostředí nového řídicího systému.
Řídicí systém, který musí zajišťovat průběh všech technologických procesů na desítkách až stovkách metrů čtverečních, je rozdílný od systémů pro jednotlivé stroje nebo zařízení. Jedním z hlavních znaků nového řídicího systému je skutečnost, že je důsledně distribuovaný s využitím vyspělé a spolehlivé komunikace na vyšší úrovni mezi PLC a operátorskými stanicemi a na nižší úrovni mezi PLC a jejich periferními vstupy a výstupy. To je řešení, které je nejen ekonomicky výhodné, ale rovněž poskytuje i mnoho technických výhod.
Řízení procesů v distribuovaném systému řízení ČOV Benešov zajišťuje celkem pět programovatelných automatů, každý s vlastním řídicím programem. Jde o programovatelné automaty Modicon M340 (obr. 1), které jsou mj. vybaveny možností komunikace s nadřízenými a podřízenými jednotkami řídicího systému a schopností vzájemné komunikace jednotek na stejné úrovni řízení. Ta umožňuje integrovat do jednoho systému samostatné řídicí systémy několika technologických zařízení na různých místech ČOV.
Komunikačním médiem současnosti je Ethernet a Modicon M340 je již od uvedení na trh touto komunikací vybaven. Pro využití Ethernetu je tak všem uživatelům přístupný otevřený komunikační protokol Modbus TCP, který je do PAC Modicon M340 standardně implementován. Proto byla i v řídicím systému ČOV Benešov realizována komunikační síť s protokolem Modbus TCP. Ta propojuje PAC Modicon M340 a operátorské stanice do distribuovaného systému řízení. Vedle toho Modicon M340 disponuje protokoly Modbus RTU, CANopen i Profibus, které jsou většinou využívány pro komunikaci s jednotkami vzdálených vstupů a výstupů nebo s inteligentními periferiemi, jako jsou např. pohony – měniče frekvence nebo softstartéry.
Distribuovaný systém řízení ČOV pracuje v normálním stavu bez intervence. Jeho chod je však nepřetržitě monitorován operátorskými (pracovními) stanicemi. Každá z nich funguje jako server s místním klientem. Jedna stanice je umístěna v dozorně ČOV, druhá v kanceláři vedoucího. Operátorské stanice jsou určeny pro stálý dohled a jejich prostřednictvím je možné v případě potřeby zasahovat do řízení. Obě stanice jsou zapojeny do ethernetového komunikačního systému společným směrovačem, kam lze připojit i přenosnou inženýrskou stanici a také linku dálkové správy. Do této komunikační sítě jsou připojeny i další přístroje – analyzátory, které působí v tzv. kolektorech. Data, která analyzátory kontinuálně generují, jsou využívána jako vstupní data pro systém řízení a monitorování.
Operátorské stanice však nejsou jedinými prostředky k zasahování do chodu ČOV. Provozní podmínky vyžadují, aby u vybraných technologických objektů ČOV, jako jsou venkovní nádrže, byly z provozních a bezpečnostních důvodů obsluze k dispozici prostředky k ručnímu ovládání. Jde jak o venkovní skříňky s ručními ovládači a signálkami (obr. 2), které zároveň v návaznosti na systém řízení plní i deblokační funkce, tak i o malé operátorské panely Magelis s dotykovým displejem, které jsou umístěny na dveřích rozváděčů.
Podobně, jak je realizována komunikace v systému distribuovaného řízení, jsou řešeny i komunikace na úrovni vstupů a výstupů každého z pěti programovatelných automatů Modicon M340. Zde se uplatňuje jak Ethernet s protokolem Modbus TCP, tak i Modbus RTU. PAC a skupiny diskrétních vstupů a výstupů jsou spojeny prostřednictvím Ethernetu za použití modulárních jednotek Advantys. Ty lze popsat jako modulární převodníky mezi komunikací Ethernet a diskrétními signály, které obsluhují např. silové spínací přístroje – spouštěče motorů, v tomto případě Tesys U (Ultima), a přenášejí stav jejich pomocných kontaktů. Podobně je využívána komunikace Modbus RTU s měniči Altivar (obr. 3) k řízení otáček motorů, nejčastěji čerpadel, a ke spouštění motorů softstartéry Altistart.
Důležitými prvky řídicího systému jsou spouštěče motorů. Jde o již zmíněné přístroje Tesys U (obr. 4), které lze ovládat současně jak prostřednictvím komunikační sítě, tak i ručními ovládači. V řídicím systému ČOV Benešov je ruční ovládání využíváno ve venkovních ovládacích skříňkách, což přispívá k bezpečnosti provozu. Dále je možné spouštěče Tesys U využít jako zdroj informací pro energetiku i pro diagnostiku motorů.
Řídicí systém ČOV Benešov, realizovaný s technickými prostředky Modicon, Advantys, Altivar, Altistart a Tesys U, které dodal a plně podporuje Schneider Electric, plní vedle řídicích funkcí ještě funkci sběru dat důležitých pro energetiku ČOV. To je přidaná hodnota řídicího systému, kde jsou využívány vlastnosti přístrojů Altivar, Altistart a Tesys U k měření příkonů elektrických motorů. Naměřené hodnoty jsou potom k dispozici v reálném čase všem jednotkám řízení a monitorování v řídicím systému ČOV. Jejich zpracováním do libovolné podoby (tabulky, grafy) je možné získat okamžitý nebo historický přehled o spotřebě elektrické energie v rámci ČOV, o energetické náročnosti jednotlivých strojních zařízení atd.
Řídicí systém ČOV Benešov je jedním z mnoha případů, kdy řízení a ovládání technologických procesů založené na produktech Schneider Electric splňují všechny požadavky. Schneider Electric nabízí spolupracujícím firmám součinnost a technickou podporu a uživatelům poskytuje jistotu jak provozní spolehlivosti výrobků, tak i dlouhodobé péče o jejich potřeby.
Autor děkuje vedení ČOV Benešov a dále všem zúčastněným firmám za poskytnutí informací a za umožnění přístupu do objektu ČOV.
Obr. 1. PLC Modicon M340 v rozváděči v ČOV Benešov
Obr. 2. Deblokační skříňka s ručními ovládači a signálkami
Obr. 3. Rozváděč se dvěma měniči Altivar (dole) a spouštěči Tesys U (vpravo nahoře)
Obr. 4. Spouštěče motorů Tesys U