Sledování a řízení činnosti vodohospodářských zařízení

Sledování a řízení činnosti vodohospodářských zařízení

Sto tisíc litrů (100 m³) vody duní každou sekundu dvěma dvaadvacetitunovými šoupátky vodního rezervoáru Eifel Rurtalsperre Schwammenauel (obr. 1), který je s kapacitou 200 milionů kubických metrů druhým největším vodojemem v Německu.

Rurtalsperre Schwammenauel patří společnosti Wasserverband Eifel-Rur (WVER), která v oblasti Severního Eifelu spravuje celkem šest přehrad o celkové kapacitě 300 milionů kubických metrů. Jejich úkolem je především ochrana před povodněmi, ale jsou využívány i jako zdroj pitné vody a k rekreaci. Rurtalsperre je největší z uvedených šesti nádrží a spolu s Urfttalsperre tvoří oblast propojených jezer, která z větší části leží v národním parku Eifel.

Obr. 1. Dolní výpusť přehrady Rurtalsperre prochází budovou armaturní komory; malý ThinkIO o rozměrech 224 × 100 × 70 mm řídí obrovské šoupátko o průměru 3,2 m a hmotnosti 22 t; každou sekundu proteče tímto masivním šoupátkem 50 m³ vody
Obr. 2. Rozváděč v armaturní komoře: jen plochá obrazovka prozrazuje, že za dveřmi je ThinkIO

Při modernizaci řídicího systému tohoto impozantního vodního díla byla jako partner vybrána firma Kontron a její systém ThinkIO. Ten byl zvolen proto, že jde o bezúdržbový systém s širokými možnostmi připojení různých signálů. Tyto vlastnosti systému v kombinaci s odpovědným přístupem firmy Kontron k poskytovaným službám rozhodly o jeho výběru pro projekt WVER.

Jak systém pracuje?

Vše, co se děje, když dravý proud vody protéká potrubím a šoupátky, je zobrazeno na ploché obrazovce na dveřích rozváděčové skříně v armaturní komoře (obr. 2). Po otevření dveří rozváděče lze vidět „vládce vodních mas“ (obr. 3). Řídicí systém, založený na průmyslovém počítači, se ukrývá uvnitř kompaktního krytu o rozměrech 224 × 100 × 70 mm. Systém řídí, monitoruje a zobrazuje veškeré děje v jednotlivých regulačních prvcích. Kromě dvou rour dolní výpusti je zde ještě třetí, která odbočuje k malé hydroelektrárně. Stav veškerých zařízení je zobrazován v reálném čase na již zmíněném monitoru v armaturní komoře (obr. 4). Kromě toho jsou data vyhrazeným vedením přenášena do monitorovacího centra přehrady v sousední budově. V budoucnosti budou data přenášena po internetu.

Hlavní dolní výpusť

Potrubí a šoupátka hlavní dolní výpusti pocházely z první fáze výstavby vodního díla Rurtalsperre v roce 1936. Po šedesáti letech provozu byly tak opotřebovány, že další oprava by již nebyla rentabilní, a WVER je proto vyměnila. Na uvedených přehradách odpovídá za elektrické vybavení firma Hell. Tak je tomu i u armaturní komory vodního díla Rurtalsperre. Firma Hell vyvinula svůj vlastní modulární systém přenosu dat Hell-MDÜS, který je použit i v komunikační síti na přehradách v oblasti Eifel. Zabezpečený počítač systému hlásí všechny chyby činnosti, sbírá výsledky měření a plní funkce programovatelného automatu. Ve spolupráci s dalšími partnery vyvinula firma Hell vizualizační program Webaqua, jenž je určen pro použití na vodních dílech.

Obr. 3. Umístění modulu ThinkIO v rozváděči (vlevo na druhé liště shora)

V budoucnosti chce firma Hell systém Hell-MDÜS stavět především na technice PC, na níž oceňuje širokou propojitelnost a schopnost komunikace. Technika PC s jejími komunikačními a přístrojovými rozhraními může být bezproblémově využita v mnoha úlohách a řízena prostřednictvím internetu. To je rozhodující hledisko zvláště u rozlehlých distribuovaných systémů, jako je právě řídicí a monitorovací systém pro šest přehrad WVER, nacházejících se v oblasti o ploše větší než jeden tisíc čtverečních kilometrů. Všech třicet distribuovaných pracovišť, která byla dosud propojena vyhrazeným vedením, bude postupně modernizováno a vybaveno systémem Kontron ThinkIO. Díky tomu si WVER bude moci vybrat systém komunikace: jakoukoliv ze služeb DSL (Digital Subscriber Line, digitální zákaznická přípojka) provozovanou např. na telefonní lince, digitální síť integrovaných služeb ISDN (Integrated Services Digital Network), vhodnou službu poskytovanou v sítích GSM nebo UMTS (GPRS, EDGE), počítačovou síť LAN nebo analogové spojení prostřednictvím modemu.

Vlastnosti Kontron ThinkIO

Jednou z výhod prvků ThinkIO je malá konstrukční hloubka, pouhých 70 mm, což je méně než má většina konkurenčních systémů. ThinkIO je tudíž systém vhodný k zabudování do řídicích skříní rozměru 90 mm. Má robustní hliníkový kryt, který dobře odvádí teplo. Uvnitř nejsou žádné pohyblivé prvky jako větráky nebo rotační pevné disky; to bývají potenciální zdroje poruch nebo chyb. Proto je systém ThinkIO téměř bezporuchový a bezúdržbový, což jsou nezbytné vlastnosti pro geograficky distribuované systémy. Velmi praktické jsou jeho čtyři pružinové rychlozámky, takže řídicí PC může být na lištu rozváděče zabudováno bez jakéhokoliv nářadí.

Obr. 4. Vizualizace zpracovaných dat v reálném čase na ploché obrazovce

I/O moduly jsou pevně spojeny s počítačovým modulem propojovacím systémem Wago-I/O-System (obr. 5). Lze tak přímo připojit až 64 modulů nebo až 252 modulů s využitím rozšiřujícího modulu. Na trhu je více než 100 typů modulů připojitelných systémem Wago-I/O-System, jako jsou např. rozhraní pro AS-Interface, rozhraní pro absolutní snímače polohy (SSI), pro inkrementální snímače polohy, pro RS-232 nebo RS-485.

Na systému ThinkIO firmy Hell odborníky zaujalo i jeho programové vybavení: realtimový operační systém Linux, webový server a prostředí Codesys runtime pro vykonávání aplikací naprogramovaných podle IEC-61131-3 (soft-PLC).

Úspěšná spolupráce

To, že je ThinkIO ideálně vhodný pro úlohy, které řeší firma Hell, není náhoda. Firmy Hell a Kontron totiž spolu úspěšně spolupracují již deset let. Podle Richarda van den Vena, který je u firmy Hell zodpovědný za projekt WVER, se produkty firmy Kontron i její doprovodné služby vyznačují špičkovou kvalitou – takovou, kterou u žádného jiného dodavatele firma Hell zatím nenašla.

Obr. 5. Kompletní PC, jehož velikost je určena počtem přídavných modulů

Firma Hell nepoužila ThinkIO jen u projektu přehrad Eifel. V současnosti vybavuje počítačovou technikou od Kontronu čtyřicet distribuovaných pracovišť kanalizačního systému ve městě Kempen. Řídicí počítače ThinkIO již ovládají průtok vody v kanalizaci města Düsseldorfu a pracují pro společnost Linksniederrheinischen Entwässerungs-Genossenschaft.

Sortiment ThinkIO

Pro WVER používá společnost Hell „malé“ ThinkIO-C. Jeho procesor Geode 266 MHz má dostatečný výkon pro řízení pomalých fyzikálních procesů probíhajících při řízení regulačních ventilů a šoupátek. Pro složitější a časově náročnější výpočty nabízí Kontron typ ThinkIO-P, který pracuje s procesorem Intel^® Pentium^® M s taktovací frekvencí až 1,4 GHz. Jde o nejrychlejší rozváděčové PC, jež je v současné době na trhu. Nový ThinkIO-Duo s dvoujádrovým procesorem Intel Core Duo, který byl na trh uveden v březnu 2007, bude představen v následujícím čísle časopisu Automa. U „mobilních“ procesorů Pentium odpovídá frekvence 1,4 GHz přibližně frekvenci 2,2 GHz u běžných procesorů stolních PC. Pro extrémní provozní teploty nabízí Kontron modifikace ThinkIO s rozšířenou tepelnou odolností. Procesor Intel Celeron^® M pracuje v tomto rozváděčovém PC bezchybně při teplotách –40 až +70 °C.

ThinkIO má dvě 100Mb ethernetová rozhraní s konektory RJ45, jedno rozhraní RS-232, rozhraní pro Profibus (jednotka může plnit funkci řídicí jednotky – master), a volitelně se dvěma porty USB. Další prvky I/O mohou být připojeny pomocí propojovacího systému Wago-I/O-System.

ThinkIO-C může mít paměť RAM až 128 MB. Pro vnitřní ukládání dat je určena paměťová karta Compact Flash se stejnou kapacitou. Počítač může být doplněn ještě dalšími externími kartami Compact Flash.

Jako operační systém lze pro Kontron ThinkIO volit Linux nebo Windows CE 5.0. Dodávka zahrnuje runtime system soft-PLC, který vyhovuje IEC-61131-3. Díky tomu mohou být všechny aplikace naprogramované v tomto vývojovém prostředí provozovány na ThinkIO.

Ingrid Einsiedler, Mario Anich,
Kontron, Kaufbeuren
Překlad: rk

Nowatron Elektronik, spol. s r. o.
Ohradské náměstí 5
155 00 Praha 5
tel.: 251 614 073, 251 614 051
fax: 251 615 957
e-mail: praha@nowatron.cz
http://www.nowatron.cz