„MPEC w Tarnowie kładzie bardzo duży nacisk na rozwój automatyki. Wdrożony system telemetrii oparty na rozwiązaniach Wonderware wspiera pracę dyspozytorów, operatorów oraz serwisu technicznego infrastruktury ciepłowniczej. Dzięki temu zapewniamy niezawodność dostaw ciepła dla mieszkańców”

– Tomasz Ostręga, kierownik Działu Przesyłu i Dystrybucji Energii, MPEC Tarnów

O firmie

Miejskie Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej S.A. w Tarnowie (MPEC Tarnów) zaopatruje w ciepło systemowe 80.000 mieszkańców Tarnowa, Niedomic i Żabna oraz kilkadziesiąt dużych przedsiębiorstw i instytucji publicznych działających na terenie miasta Tarnowa.

„MPEC S.A. w Tarnowie realizuje różnorodne projekty w obszarach: kompleksowej modernizacji systemu ciepłowniczego, zmniejszenia emisji szkodliwych substancji pochodzących ze spalania paliw oraz likwidacji źródeł niskiej i średniej emisji. Spółka realizuje politykę ciągłego, zrównoważonego rozwoju, kładąc duży nacisk na świadomość ekologiczną mieszkańców i ochronę środowiska. Uczymy ludzi, jak racjonalnie gospodarować ciepłem systemowym”

– opowiada Tadeusz Sieńczak, Wiceprezes ds. technicznych MPEC Tarnów.

Oparty na sieci światłowodowej, jeden z najbardziej rozwiniętych w Polsce, telemetryczny system nadzoru sieci ciepłowniczej, pozwala na płynne dopasowanie indywidualnego zapotrzebowania na ciepło poszczególnych odbiorców, a w przypadku pojawienia się stanów awaryjnych - na natychmiastową reakcję. Jest to bezobsługowe dla mieszkańców, ekonomiczne ogrzewanie dostępne przez cały rok, w pełni zautomatyzowane.

Jak efektywnie rozwijać sieć ciepłowniczą, by dobrze służyła mieszkańcom?

Wyzwania

Poza liczną grupą odbiorców, dodatkowym czynnikiem, który charakteryzuje system, jest rozproszenie odbiorców na dużym obszarze. Specyfika tak dużej i rozległej sieci dystrybucji ciepła wymagała skrupulatnego przygotowania planu wdrożenia i wykonania systemu telemetrii, który poprzez określone wymagania techniczne spełniłby oczekiwania związane z jego działaniem.

System telemetrycznego nadzoru funkcjonuje w MPEC Tarnów od kilkunastu lat. Na początku dane telemetryczne dostępne były on-line tylko z 3 ostatnich miesięcy, starsze były archiwizowane na cyfrowych nośnikach danych, wskutek czego dostęp do nich był ograniczony.

W związku z tym, zdecydowano się na zastosowanie zaawansowanych rozwiązań technicznych, dzięki którym przez cały rok i o każdej godzinie monitorowane są na bieżące parametry technologiczne oraz stan pracy wszystkich urządzeń podłączonych do sieci.

Projekt i realizacja

Początki projektowania systemu sięgają roku 2003 i już wtedy przyjęto koncepcję opracowania i wykonania takiego rozwiązania, który umożliwi zrealizowanie bieżących zadań, ale zapewni również w przyszłości łatwą modyfikację istniejącego systemu oraz swobodny rozwój o kolejne podłączane do sieci obiekty. Przyjęto również, że system zostanie wykonany przez pracowników MPEC Tarnów, opierając się na ich doświadczeniu i fachowej wiedzy technicznej. Wdrożeniem zajął się zespół inżynierów MPEC Tarnów: Mariusz Niedźwiedzki, Dominik Srebro, Piotr Bulaga, Damian Hamowski, Robert Zaczkiewicz, Andrzej Gągola, Mateusz Podos, pod kierownictwem Tomasza Ostręgi.

System telemetrii został tak zaprojektowany, aby realizować automatyczną wymianę danych na różnych poziomach. Najniższy poziom komunikacji obejmuje podłączonych obecnie 1094 obiektów rozproszonych na rozległym obszarze miasta Tarnowa i okolic. W tej grupie występuje 990 węzłów cieplnych pośrednich z lokalną regulacją, 104 węzły cieplne z bezpośrednim rozdziałem czynnika grzewczego, 5 przepompowni oraz węzeł cieplny połączony z elektrociepłownią Zakładów Azotowych.

W większości obiektów, w zależności od technicznych wymagań, zastosowano różnego typu regulatory oraz koncentratory danych. Zastosowanie tych urządzeń spowodowane było nie tylko spełnieniem założonych wymagań technologicznych, ale również zapewnieniem wymiany danych po otwartym protokole komunikacji Modbus - zarówno w sieci szeregowej, jak i Ethernet. Połączenie do tych urządzeń jest możliwe trzema drogami. W większości przypadków stosowana jest sieć światłowodowa MPEC Tarnów o prędkości 100 Mb/s, która stanowi podstawowy sposób transmisji danych, ponieważ jest to sieć szybka oraz najbardziej niezawodna, a także gwarantująca wysoką jakość przesyłanych danych. Zgodnie z przyjętym założeniami sieć światłowodowa została określona jako standardowy sposób podłączenia do sieci każdego nowo uruchamianego obiektu.

Jednak nie wszystkie istniejące obiekty mogły zostać podłączone do sieci światłowodowej MPEC Tarnów - ze względu na ich rozległe rozproszenie lub odizolowanie. Wtedy do komunikacji z takimi obiektami dzierżawione są sieci światłowodowe od lokalnych dostawców usług internetowych, ale również stosowane są alternatywne rozwiązania komunikacyjne - wykorzystujące bezprzewodową transmisję danych w oparciu o istniejącą sieć GSM i pakietowe przesyłanie danych, czyli GPRS. We wszystkich tych sposobach wymiany danych wspólną cechą jest stosowanie tego samego przemysłowego protokołu komunikacji Modbus, co bardzo ułatwia m.in. rozbudowę systemu, jego nadzór, administrację oraz modyfikację, bez konieczności ponoszenia dodatkowych kosztów związanych z przystosowaniem istniejącej sieci wymiany danych do innego protokołu komunikacyjnego.

Podłączone do sieci urządzenia zostały podzielone na 72 grupy węzłowe identyfikowane przez unikatowy adres IP. Podział ten odpowiada technicznemu rozmieszczeniu urządzeń w terenie oraz ich fizycznemu podłączeniu do wspólnego konwertera danych z szeregowego protokołu Modbus na Modbus Ethernet. Z kolei w każdej grupie węzłowej znajdują się podłączone do wspólnej sieci szeregowej Modbus urządzenia z unikatowymi adresami w ramach każdej z grup.

Tak uporządkowane przygotowanie sieci urządzeń stanowi źródło danych dla nadrzędnej informatycznej warstwy aplikacyjnej systemu. Wykonano ją w oparciu o oprogramowanie przemysłowe Wonderware oraz programy komunikacyjne, zapewniające swobodną wymianę bieżących danych z urządzeniami w sieci po protokole Modbus. W pierwszym etapie uruchamiania systemu, aplikację wizualizacyjną SCADA nadzorującą wszystkie wymagane urządzenia w sieci ciepłowniczej, zaprojektowano i wykonano w oprogramowaniu wizualizacyjnym Wonderware InTouch.

Okna synoptyczne zostały tak przygotowane, aby udostępniać intuicyjny i łatwy dostęp do wszystkich wymaganych danych - zaczynając od informacji ogólnych i przechodząc do informacji bardzo szczegółowych. Graficzna prezentacja okien synoptycznych została dostosowana do wymagań personelu technicznego, którego głównym zadaniem jest nadzorowanie stanu pracy sieci ciepłowniczej oraz szybkie reagowanie na ewentualne nieprawidłowości w pracy urządzeń. W aplikacji przygotowano główne okno, które zawiera listę grup węzłowych.

Po wyborze wybranej grupy pojawia się lista węzłów cieplnych, a następnie po wskazaniu węzła cieplnego dostępne są informacje na temat jego parametrów technologicznych, a więc temperatury i ciśnienia oraz stan pracy poszczególnych urządzeń.

Dodatkowo w obrębie węzła można zrealizować zdalne sterowanie np. otwierać lub zamykać zawór oraz włączać lub wyłączać pompę. Istnieje również możliwość ustawienia progów alarmowych dla poszczególnych parametrów technologicznych, po przekroczeniu których rejestrowane są alarmy informujące o występujących nieprawidłowościach na węźle cieplnym. Z poziomu aplikacji wizualizacyjnej istnieje również możliwość zdalnej parametryzacji i konfiguracji węzła cieplnego. Informacjami dodatkowymi są alarmy bieżące, parametry szczegółowe liczników ciepła oraz ich wykresy, trendy ciśnień, sekcji c.o. oraz temperatur.

Rozbudowa systemu – etap I

Podejmując decyzję o rozbudowie systemu, zastosowano do rejestrowania i archiwizacji danych historycznych dedykowany serwer bazodanowy Wonderware Historian umożliwiający ciągłą rejestrację danych z dużą dokładnością, które związane są wartościami parametrów technologicznych oraz stanów pracy poszczególnych urządzeń. Zastosowanie specjalistycznego przemysłowego serwera bazodanowego Wonderware Historian odciążyło aplikację wizualizacyjną InTouch od konieczności rejestrowania danych historycznych, a także umożliwiło łatwe udostępnienie danych przemysłowych do innych systemów wykorzystywanych w MPEC Tarnów, poprzez integrację z wykorzystaniem standardowych mechanizmów bazodanowych dostępnych w Microsoft SQL Server, który jest integralną częścią serwera Wonderware Historian.

Zastosowanie serwera Wonderware Historian umożliwiło również elektroniczne gromadzenie rzeczywistych danych przez wiele lat, do których można się odwołać w dowolnym momencie bez konieczności odtwarzania danych z archiwum w celu ich wykorzystania w analizach i raportach. Obecnie zainstalowana licencja dla Wonderware Historian przewiduje gromadzenie wartości dla 50 000 parametrów, co zapewnia komfort gromadzenia wszystkich potrzebnych danych.

Aby nie powodować ewentualnych zakłóceń w dostawie ciepła, transformacja systemu z InTouch na Historiana była realizowana po zakończeniu sezonu grzewczego, tak aby zdalne sterowanie i monitoring pracy węzłów został przywrócony przed rozpoczęciem kolejnego sezonu grzewczego.

Rozbudowa systemu – etap II

W roku 2015 rozpoczął się kolejny etap rozbudowy systemu nadrzędnego polegający na zastosowaniu Platformy Systemowej Wonderware, której obiektowy sposób projektowania aplikacji w Application Server umożliwił optymalne zamodelowanie występujących w rzeczywistości obiektów z wiernym odwzorowaniem podziału na grupy węzłów.

Zostało to zrealizowane dzięki możliwości projektowania aplikacji w oparciu o widok Plant Model, który m.in. pozwala na projektowanie aplikacji z podziałem na obszary.

Dzięki możliwości tworzenia szablonów obiektów aplikacyjnych, przygotowano bibliotekę obiektów odpowiadających rodzajom występujących węzłów cieplnych z uwzględnieniem ich charakterystycznych parametrów. Takie szablony zawierają dedykowane atrybuty oraz skrypty, których rolą jest tak przygotować obiekt aplikacyjny, aby wraz z jego uruchomieniem zostało zrealizowane automatyczne przypisanie adresów z konkretnych urządzeń pracujących na węźle ciepłowniczym i nastąpiło automatyczne odczytanie wartości bieżących z tych urządzeń.

Szablony obiektów umożliwiają również skonfigurowanie logowania historycznego atrybutów, włączenie mechanizmu alarmowania oraz określenie wartości progów (limitów) alarmowych. Szablony obiektów zawierają również symbole graficzne ArchestrA, które zostały przygotowane do prezentowania w sposób graficzny wartości atrybutów obiektów na oknach w aplikacji wizualizacyjnej InTouch.

W aplikacji Platformy Systemowej Wonderware przygotowano również mechanizm cyklicznego automatycznego odczytywania danych pochodzących z plików .csv systematycznie przysyłanych przez zewnętrzny program zintegrowany z licznikiem ciepła na węźle ciepłowniczym Mościce przy Zakładach Azotowych. Był to jedyny sposób, aby dane rzeczywiste mogły być dostarczone do aplikacji, ponieważ licznik ciepła nie należy do infrastruktury MPEC Tarnów i nie mógł być ujęty jako urządzenie, z którym można było się skomunikować, tak jak z innymi urządzeniami w sieci ciepłowniczej MPEC Tarnów.
Zaprojektowane obiekty aplikacyjne rozmieszczone są na dwóch fizycznych serwerach skonfigurowanych do pracy w redundancji, która standardowo dostępna jest w Application Server. W ten sposób została zwiększona niezawodność pracy logiki aplikacyjnej systemu, na wypadek awaryjnego wyłączenie jednego z serwerów. Na trzecim komputerze znajduje się Galaxy Repository, czyli konfiguracja aplikacji wraz ze środowiskiem projektowym ArchestrA IDE.

Aplikacje wizualizacyjne InTouch, współpracując z obiektami Application Server, umożliwiają graficzny dostęp do wszystkich wymaganych danych również z wykorzystaniem technologii Remote Desktop Services, dzięki której aplikacji InTouch może zostać uruchomiona z dowolnego komputera posiadającego uprawnienia do nawiązania takiego połączenia.

„Dlaczego od 3 lat działamy z Platformą Systemową Wonderware? Ponieważ codziennie, przez całą dobę, 365 dni w roku, odczytujemy i regulujemy 50.000 różnych parametrów potrzebnych do produkcji ciepła i ciepłej wody, z ponad 1100 węzłów cieplnych. Takie ilości danych jest w stanie przetworzyć tylko zaawansowany system SCADA”

– komentuje Dominik Srebro – automatyk, serwisant węzłów cieplnych MPEC Tarnów.

Korzyści

Wraz z uruchomieniem nowego systemu telemetrii pojawiły się możliwości techniczne, które do tej pory nie były stosowane ze względu na ograniczenia informatyczne.

„Za pomocą Platformy Systemowej Wonderware mogliśmy wdrożyć integrację danych telemetrycznych z systemami zewnętrznymi takimi jak: portal dla klientów i aplikacja dla zarządu. Platforma Systemowa Wonderware spełniła nasze oczekiwania. Uprościła nam życie, ponieważ rozbudowane systemy sygnalizacji, alarmowania i raportowania umożliwiają nam kompleksową, prowadzoną w trybie rzeczywistym analizę stanów technologicznych monitorowanych obiektów” - podsumowuje Piotr Bulaga, automatyk i serwisant węzłów cieplnych w MPEC Tarnów.

Z nowym systemem telemetrii zostało zintegrowane oprogramowanie do symulacji pracy sieci, uruchomiono portal zużycia ciepła systemowego dla odbiorców oraz przygotowano aplikację ze wskaźnikami efektywności produkcji i dystrybucji ciepła dla zarządu.

System telemetrii w MPEC Tarnów jest ciągle rozbudowywany i sukcesywnie podłączane są nowe obiekty, a przyjęta koncepcja w roku 2000 cały czas się sprawdza i spełnia przyjęte wymagania techniczne.

„Jesteśmy szczególnie zadowoleni z tego, że udało się to zrealizować własnym zespołem, a budowa systemu nastąpiła z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury. ASTOR wsparł nas na etapie budowy koncepcji systemu i realizacji niektórych funkcjonalności związanych z integracją systemów. Posiadamy kontrakt pomocy technicznej, który zapewnia nam priorytetowe i nielimitowane wsparcie techniczne w zakresie produktów Wonderware. Szczególnie pomógł nam nasz dedykowany opiekun, Marcin Legutek.”

– opowiada Mariusz Niedźwiedzki, mistrz serwisu technicznego w MPEC Tarnów.

Opracowanie spójnych standardów wymiany danych i konsekwentne ich wdrażanie oraz otwartość i elastyczność nadrzędnej aplikacji Platformy Systemowej Wonderware stanowi gwarancję, że system telemetrii w MPEC Tarnów może być swobodnie rozbudowywany, zmieniany i dostosowywany do bieżących potrzeb użytkowników ciepła systemowego.

„MPEC w Tarnowie kładzie bardzo duży nacisk na rozwój automatyki. Wdrożony system telemetrii wspiera pracę dyspozytorów, operatorów oraz serwisu technicznego infrastruktury ciepłowniczej. Osiągamy czasy reakcji i interwencji na tyle krótkie, że nie wpływają one na zaniżenie komfortu naszych odbiorców. Dzięki temu tarnowski system ciepłowniczy odnotowuje wysokie wskaźniki niezawodności dostaw ciepła”

– podsumowuje Tomasz Ostręga, kierownik Działu Przesyłu i Dystrybucji Energii w MPEC Tarnów.

MPEC Tarnów realizuje politykę ciągłego, zrównoważonego rozwoju, dbając o świadomość ekologiczną mieszkańców i ochronę środowiska. Spółka rozpoczyna kolejne innowacyjne inwestycje, które zapewnią tarnowianom efektywny system ciepłowniczy i bezpieczeństwo energetyczne.

Redakcja:

Tomasz Ostręga, kierownik Działu Przesyłu i Dystrybucji, MPEC Tarnów
Mariusz Niedźwiedzki, mistrz serwisu technicznego, MPEC Tarnów
Marcin Legutek, ekspert wsparcia technicznego Wonderware, ASTOR


W opracowaniu wykorzystano opis dokumentacji projektowej autorstwa Mariusza Niedźwiedzkiego, mistrza serwisu technicznego w MPEC Tarnów.