Диспетчеризація станцій підготовки води об’єктів КП “Водоканал”

Опис проєкту

Один із наших замовників, компанія, що встановлює та обслуговує станції підготовки води, звернувся до нас із завданням диспетчеризації чергового об’єкта – станцій підготовки води, розташованих на насосно-фільтрувальній станції м. Дніпро (ЛНФС).

Локальні станції дозування кожного з необхідних реагентів уже були встановлені й успішно працювали. Однак вони були встановлені на досить великій відстані від диспетчерської і працювали в локальному режимі керування, коли дозування і продуктивність дозувальних насосів задавав оператор вручну. Локальний режим управління не давав змоги персоналу оперативно реагувати на помилки, що виникали в роботі системи, і коригувати дозування залежно від витрати води.

На другому етапі розвитку системи потрібно було забезпечити:

• візуалізацію стану всіх станцій у диспетчерській
• реалізувати світлозвукову сигналізацію про аварійні ситуації для персоналу з реєстрацією часу виникнення аварії та моментом її підтвердження
• організувати автоматичну передачу параметра витрати в головній лінії на всі станції з метою більш точного дозування (в програмі ПЛК вже була заздалегідь реалізована можливість роботи в автоматичному режимі).
• передбачити технічну можливість у перспективі додавання в систему моніторингу автоматичної станції хімічного аналізу води за протоколом Modbus RTU

Склад устаткування

Станції підготовки (на базі ПЛК Siemens S7-1200):

• станція дозування коагулянту
• станцію дозування сульфату амонію
• станція дозування флокулянту

Датчики:

• витратомір води Ергомера-125 (RS-485, Modbus RTU)
• датчик концентрації хлору 4..20мА

Устаткування на встановлення у перспективі:

• Станція автоматичного хімічного аналізу води (протокол Modbus RTU)

Опис рішення

Первинною ідеєю реалізації проєкту було встановлення ще одного щита керування на базі S7-1200 з модулем аналогового вводу-виводу і комунікаційним модулем з послідовним портом, а також панелі оператора, яка вже була придбана на першому етапі інсталяції станцій підготовки води. Диспетчерську і станції в проєкті передбачалося з’єднати оптоволокном з конвертерами “мідь-оптика” для Profubus виробництва Siemens.

Під час проведення замовником тендеру на роботи з автоматизації другого етапу та знайомства з можливостями модуля WebHMI ним було зроблено вибір на користь останнього, завдяки зменшенню витрат на проєкт і отриманню більшої функціональності, ніж очікувалося.:

• Модуль WebHMI має вбудовані можливості з візуалізації, управління, віддаленого доступу клієнтів до системи, функцію “шлюзу”, відповідно вартість конфігурації модуля під проєкт вийшла значно меншою, ніж витрати на програмування та налагодження всієї промислової автоматики, для чого потрібен кваліфікований програміст АСУ ТП (у разі застосування ПЛК знадобилося б реалізовувати доволі громіздкий обмін нового ПЛК з наявними (проєкти яких було закрито, втручатися в них було б украй небажано), а також обмін через Modbus RTU через додаткові модулі (наприклад, через додаткову оптику).
• Замість дорогих промислових конвертерів “мідь – оптика” Siemens були застосовані промислові комутатори Ethernet з вбудованим оптичним портом Advantech.
• Як модуль введення – виведення сигналів було застосовано бюджетні модулі виробництва YottaControl A-1012, які працюють за протоколом Modbus RTU, що також дало змогу зменшити вартість рішення.

Таким чином, проєкт диспетчеризації насосно-фільтрувальної станції ефективно реалізується на базі одного інтеграційного контролера WebHMI. Дані від витратоміра зчитуються через RS-485 порт за протоколом Modbus RTU і автоматично передаються на всі станції дозування реагентів автоматично. Також через скрипти керується світлозвукова сигналізація. Доступ до системи можна здійснювати з різних місць – диспетчер може працювати, використовуючи ПК через Ethernet, може використовуватися смартфон у досить великій зоні покриття мережі Wi-Fi від WebHMI, а наявна панель оператора була задіяна як дублювальний пристрій (панель мала змогу працювати по Modbus RTU і була під’єднана до WebHMI з використанням функції Modbus TCP сервер). Завдяки тому, що система під’єднана до хмарного сервісу Level 2, і експлуатаційна служба насосної станції, і постачальник рішення може мати віддалений доступ до системи через інтернет (для інтернет-підключення використовують 3G-модем).

Візуалізація поточного стану станцій

Дані від усіх станцій, витратоміри, датчики читаються WebHMI і відображаються на екранах, з відображенням поточного статусу станцій і видачею аварійних попереджень. Ці ж екрани доступні через інтернет.

Автоматичне керування

Передача параметрів витрати в ПЛК станцій дозування

Засобами вбудованих скриптів lua значення витрати в головній лінії передаються одночасно на 3 станції дозування реагентів.

Керування світло-звуковою сигналізацією

Для оповіщення персоналу в диспетчерській було встановлено промислову світло-звукову сигналізацію про аварії по кожній зі станцій. Невелика програма на вбудованій у WebHMI мові скриптів перевіряє стан кожної станції і видає відповідну сигналізацію. Після спрацьовування сигналізації диспетчер має підтвердити реагування на аварію кнопкою за місцем, після чого сигнал аварії знімається на деякий час. У журналі дій оператора реєструється як час виникнення аварії, так і момент підтвердження.
Як модуль введення-виведення для сигналізації було застосовано модулі YottaControl, які характеризуються одночасною наявністю на борту каналів різного типу – дискретних і аналогових (і введення, і виведення), що дає змогу обходитися тільки одним модулем для невеликих об’єктів. Крім керування сигналізацією, модуль одночасно використовується і для введення аналогових датчиків (хлор).

Можливості розвитку

Наявність такого інтеграційного контролера як WebHMI на об’єкті робить завдання подальшого розвитку системи нескладним. Завдяки застосуванню відкритих технологій (промисловий Ethernet, протокол Modbus RTU) в систему дуже легко додати додаткові датчики або системи, такі як датчики рівня, аналізатори тощо.