System sterowania i nadzoru Instalacji Mokrego Odsiarczania Spalin

System sterowania i nadzoru Instalacji Mokrego Odsiarczania Spalin

W sierpniu 2008 roku firma Askom wdrożyła komputerowy system sterowania i nadzoru instalacją mokrego odsiarczania spalin (IMOS) w Elektrowni Rybnik. Całość przedsięwzięcia inwestycyjnego jakim była budowa IMOS do odsiarczania spalin z bloków energetycznych: 2, 3, 4 i 7 została zrealizowana pod kierownictwem konsorcjum firm: Austrian Energy & Environment z Grazu oraz Polimex Mostostal z Warszawy. Zakres prac związanych z projektem, oprogramowaniem, kompletacją dostaw, instalacją i uruchomieniem na obiekcie systemu automatyki wykonał Askom.

Konfiguracja systemu PCS7
Kluczowe znaczenie pracy IMOS dla całego układu technologicznego elektrowni postawiło przed systemem sterowania bardzo wysokie wymagania odnośnie niezawodności. Inwestor postawił warunek, aby dyspozycyjność instalacji AKPIA była nie mniejsza niż 98,5% w ciągu roku. Praca instalacji na potrzeby czterech bloków powoduje , że zatrzymanie systemu sterowania nawet na krótki okres czasu praktycznie nie wchodzi w rachubę. Zachowanie wymaganej dyspozycyjności wymagało więc zaprojektowania systemu pozwalającego dokonywać wszelkich czynności typu: zmiany oprogramowania aplikacyjnego, rozszerzenia konfiguracji sprzętowej, skuteczna diagnostyka i wymiana uszkodzonych modułów, bez zatrzymywania jego pracy.

Z technologicznego punkty widzenia system obejmował sterowaniem 455 różnych napędów i urządzeń, w tym :
• napędy jednokierunkowe - 73,
• napędy 6kV – 12,
• napędy sterowane falownikami – 21,
• napędy dwukierunkowe (zasuwy, klapy) – 48,
• organy regulacyjne – 8,
• elektrozawory – 253.

Uwzględniając obowiązujące w Elektrowni Rybnik standardy obsługi napędów całkowita pojemność systemu wyniosła 5190 fizycznych kanałów wejścia – wyjścia:
• wejścia binarne – 3294
• wyjścia binarne – 1416,
• wejścia analogowe – 440,
• wyjścia analogowe – 40.

Aby spełnić tak wysoko postawione wymagania zastosowano system SIMATIC PCS7 firmy Siemens w konfiguracji z pełną redundancją - od warstwy operatorskiej poprzez serwery systemu, sieci terminalowe, procesory w stacjach automatyki oraz sieci obiektowe PROFIBUS DP.

Realizacja integracji systemu SIMATIC PCS7 z automatycznymi systemami zewnętrznymi
SIMATIC PCS7 firmy SIEMENS pozwolił zrealizować w prosty sposób wszystkie powyższe połączenia z autonomicznymi systemami zewnętrznymi. Zastosowanie sieci Profibus DP do komunikacji obiektowej zapewniło niezawodność systemu i odporność na zakłócenia w warunkach przemysłowych. Ponieważ systemy zewnętrzne bazowały na pojedynczej magistrali Profibus DP, do redundantnego systemu sterowania IMOS zostały podłączone poprzez dedykowane moduły sprzęgające Y-Link firmy SIEMENS.

Instalacje pomocnicze IMOS
Wszystkie instalacje pomocnicze IMOS zostały podłączone do SIMATIC PCS7 poprzez światłowodową sieć Profibus DP. Urządzenia zostały zbudowane na sterownikach serii SIMATIC S7-300 firmy SIEMENS. Cechowały się nieredundantną siecią Profibus DP, dlatego do podłączenia ich do redundantnej sieci systemu SIMATIC PCS7 użyto modułu Y-Link. Łącznie system wymienia z nimi przez sieć około 800 sygnałów. Są to zarówno sygnały statusowe jak i sterujące.

System pomiaru emisji spalin
Dane ze sterowników obsługujących pomiary emisji przekazywane są światłowodową siecią Profibus DP do stacji automatyki systemu SIMATIC PCS7 obsługującej część wspólną IMOS. W tym przypadku również do podłączenia sterowników pomiarów emisji użyto modułu Y-Link. Drugie połączenie, również wykonane w technice światłowodowej, służy do przekazywania danych poprzez sieć ethernet, protokołem S7-connection, ze sterownika emisji bezpośrednio do serwera emisji EMIOS. Na serwerze tym są liczone raporty emisji, udostępniane użytkownikom w sieci technicznej Elektrowni. Łącznie system SIMATIC PCS7 wymienia około 160 sygnałów. Są to głównie pomiary oraz sygnały statusowe.

Koncentrator komunikacyjny dla zespołów CZAZ
Dostawca urządzeń w rozdzielni 6kV zastosował koncentrator, który zbiera wszystkie informacje statusowe oraz pomiary z pól tej rozdzielni. System sterowania IMOS został podłączony do koncentratora za pomocą sterownikowego gateway’a zbudowanego na bazie procesora SIMATIC S7-315PN/DP. Stacja automatyki części wspólnej systemu IMOS podłączona została do gateway’a poprzez moduł Y-Link siecią Profibus DP. Koncentrator natomiast został podłączony do gateway’a poprzez sieć ethernet. Oprogramowanie gateway’a umożliwia odczyt danych z koncentratora za pomocą protokołu Modbus TCP (sieć ethernet) oraz ich udostępnianie w sieci Profibus DP. Łącznie system nadrzędny wymienia około 90 sygnałów. Są to głównie pomiary oraz sygnały statusowe.

Stacje operatorskie na nastawniach blokowych oparte na oprogramowaniu ASIX
Wymaganiem Inwestora było, aby ważne sygnały dotyczące przepływu spalin oraz sterowanie klap spalin możliwe było nie tylko z systemu sterowania instalacją mokrego odsiarczania, ale także z nastawni blokowych. Dlatego system IMOS oparty na SIMATIC PCS7 należało zintegrować z istniejącym systemem sterowania i nadzoru elektrofiltrów oraz suchego odsiarczania spalin, który został zbudowany na bazie systemu wizualizacji ASIX firmy ASKOM. Połączenie to zostało zrealizowane za pomocą kolejnego sterownikowego gateway’a, zbudowanego w oparciu o procesor SIMATIC S7-315-2DP. Odpowiednia stacja automatyki systemu IMOS została podłączona do gateway’a poprzez moduł Y-Link siecią Profibus DP. Z drugiej strony gateway, wykorzystując protokół S7-Connection, poprzez sieć Profibus DP istniejącego systemu elektrofiltrów został podłączony do stacji operatorskich obsługujących systemy elektrofiltrów i systemy odsiarczania metodą półsuchą. Łącznie system nadrzędny wymienia około 220 sygnałów. Są to pomiary, sygnały statusowe oraz sterowanie klapami spalin.

Systemy blokowe oparte o rozwiązania firmy EMERSON
System automatyki IMOS został połączony także czterema liniami szeregowymi RS485, po protokole MODBUS RTU, z systemami automatyki bloków 2, 3, 4 i 7 firmy EMERSON takimi jak Ovation oraz WDPF. Po stronie systemu SIMATIC PCS7 komunikację realizuje procesor CP340 zabudowany w polu oddalonym ET200M. Połączenie to zostało wykonane w celu wizualizacji klap spalin oraz ważnych sygnałów dotyczących przepływu spalin.Łącznie system nadrzędny wymienia około 300 sygnałów. Są to pomiary oraz sygnały statusowe związane z przepływem spalin.

Udostępnienie pełnej informacji technologicznej w sieci technicznej elektrowni Rybnik
Istniejąca w Elektrowni Rybnik sieć techniczna, udostępnia na platformie systemu wizualizacji ASIX wszystkie informacje dotyczące systemów blokowych oraz gospodarek pozablokowych. Inwestor oczekiwał więc, że w sieci technicznej pojawią się wszystkie informacje technologiczne o instalacji mokrego odsiarczania na takim samym poziomie szczegółowości jak u operatora instalacji. Realizacja tego zadania wymagała zaprojektowania serwera pomostowego - PC Gateway - bazującego na licencji serwera danych systemu ASIX. Serwer ten podłączony jest siecią ethernet do redundantnych serwerów SIMATIC PCS7 systemu IMOS. Do odczytu danych z serwerów SIMATIC PCS7 został wykorzystany driver OPC, przez który PC Gateway odczytuje wszystkie dane związane z technologią odsiarczania spalin i przekazuje je do sieci technicznej. W sieci technicznej dane prezentowane są poprzez aplikację DIR, jak również przez system trendów. System trendów bazuje na danych historycznych, które są archiwizowane lokalnie na serwerze PC Gateway. Użytkownicy sieci technicznej, a jest ich w Elektrowni Rybnik ponad 100, podłączają się do PC Gateway’a, a nie bezpośrednio do serwerów systemu SIMATIC PCS7. Jest to bardzo istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa systemu sterowania oraz kontroli obciążenia serwerów zadaniami. Łącznie PC Gateway odczytuje ponad 4500 zmiennych oraz archiwizuje ponad 430 zmiennych. Użytkownicy sieci technicznej maja więc wgląd do pełnej informacji o IMOS.

Udostępnianie danych do systemu SAP
System sterownia IMOS został także przygotowany do wymiany danych z systemem SAP, poprzez tekstowy plik wymiany o uzgodnionym formacie. Plik ten będzie przygotowany przez serwer pomostowy PC Gateway oraz udostępniony w sieci zakładowej Elektrowni Rybnik.