Trigeneracja w połączeniu z ?rekuperacją węzłów cieplnych? stanowi bardzo ciekawe zagadnienie i podnosi poprzeczkę dla nowoczesnych układów ciepłowniczych oraz OZE (odnawialnych źródeł energii). Ważnym jej elementem jest system automatyki, który zarządza rozproszonym na terenie zakładu układem grzewczym. Głównym źródłem ciepła staje się w nim agregat kogeneracyjny, wspomagany przez konwencjonalne źródła energii oraz system rekuperacji wykorzystujący ciepło, które do tej pory było stratą w bilansie energetycznym zakładu (np. chłodnice). Dzięki przejrzystym interfejsom i dobrym algorytmom, jakie w trakcie opisywanej poniżej realizacji powstały w ciągłej komunikacji z klientem, ciepło w zakładzie dociera zawsze tam, gdzie jest najbardziej potrzebne.
Trigeneracja, będąca rozwinięciem kogeneracji, polegającej na wytwarzaniu w skojarzeniu energii elektrycznej i cieplnej, umożliwia produkcję dodatkowego medium, jakim jest para technologiczna lub chłód.
W 2013 r. u znanego producenta soków owocowych został wdrożony system trigeneracji, którego motorem napędowym jest dwupaliwowy (gaz, biogaz) kogenerator niemieckiej firmy MWM o mocy 800 kW. Stanowi on źródło energii elektrycznej i ciepłej wody technologicznej, która zasila dziewięć węzłów cieplnych, rozproszonych po całym zakładzie produkcyjnym. Uzupełnieniem systemu trigeneracji jest wytwornica pary, która wykorzystuje energię ze spalin kogeneratora.
Aby zapanować nad tak złożonym i rozległym systemem, konieczne było zastosowanie nowoczesnych rozwiązań w zakresie sterowania, komunikacji i wizualizacji procesu technologicznego.
Sterowniki PLC
System automatyki został wyposażony w pięć dostępnych na polskim rynku sterowników PLC, odpornych na trudne warunki środowiskowe, wyposażonych w bardzo rozbudowany i wydajny moduł komunikacyjny. Sterowniki współpracują ze zintegrowanymi, kolorowymi, dotykowymi panelami sterującymi.
Sterownik nadrzędny pełni nadzór nad całym systemem trigeneracji. Zaimplementowany algorytm sterowania w pierwszej kolejności wybiera medium, na którym kogenerator ma pracować. Następnie, w zależności od pory roku i wytycznych użytkownika, decyduje o mocy systemu i stopniowo dołącza odbiory ciepła, utrzymując sprawność na maksymalnym poziomie. Sterownik monitoruje pracę wytwornicy pary i linii biogazu, zapewnia odczyt liczników energii elektrycznej, gazu, ciepła i pary wodnej, integrując wiele przemysłowych standardów komunikacji, m.in.: Profibus DP, Modbus TCP, Modbus RTU, RSGAZ2, HART, IEC62056-21, CsCAN, M-BUS. Pełni nadzór nad wszystkimi urządzeniami w obrębie układu trigeneracji. Monitorowane są statusy pracy oraz komunikacji wszystkich elementów systemu. Daje to możliwość szybkiej i precyzyjnej lokalizacji usterki, zwłaszcza gdy operator o stanie urządzeń jest informowany poprzez wiadomość SMS. Szafy sterownicze oraz system SCADA zostały zabezpieczone zasilaczami UPS serii CES GX. Podtrzymują one całą automatykę w czasie ewentualnej awarii zasilania, zapewniając ciągłość funkcjonowania systemu monitoringu.
Pozostałe cztery sterowniki zapewniają autonomiczną pracę węzłów cieplnych, których zadaniem jest podgrzewanie wody technologicznej oraz budynków. Sterowniki zostały zamontowane w osobnych szafach sterowniczych, do których podłączono szereg czujników, zaworów orazpomp. Sterowniki komunikują się z systemem nadrzędnym poprzez przemysłową sieć Ethernet, zbudowaną w oparciu o rozległą linię światłowodową. Całość prezentowanego układu automatyki stanowi nowoczesny system grzewczy, z możliwością zdalnego monitorowania parametrów i zmian nastaw regulatorów.
SCADA/HMI
W skład systemu wizualizacji wchodzą dotykowe ekrany sterowników PLC oraz komputer z systemem SCADA. Lokalne panele HMI zawierają kompletny zestaw parametrów potrzebnych do pracy systemu. Sterowanie zostało zaprojektowane tak, aby zapewnić operatorom pełny nadzór nad pracą trigeneracji, bez użycia systemu SCADA.
Głównym punktem kontroli trigeneracji jest nowoczesny komputer z systemem SCADA i bazą danych SQL. Komputer wyposażono w szybkie i pojemne dyski twarde. Dla zapewnienia bezpieczeństwa danych pracują one w sposób równoległy. System SCADA komunikuje się z poszczególnymi sterownikami poprzez przemysłową sieć Ethernet. Dzięki nowoczesnym technologiom graficznym możliwe było wykonanie przejrzystego i ergonomicznego interfejsu, zapewniającego użytkownikom łatwość poruszania się po systemie oraz podejmowania szybkich i pewnych decyzji w przypadku awarii. Umożliwia to archiwizację wszystkich alarmów i zdarzeń, jakie miały miejsce, oraz dostęp do pełnej historii zmian wprowadzonych przez użytkownika. Monitorowana jest również praca wszystkich urządzeń zainstalowanych w obrębie systemu (pomp, zaworów, falowników, zbiorników). Ogromną ilość danych przechowuje się w bazie SQL, do której dostęp zapewnia wygodny interfejs. System SCADA umożliwia zapis historyczny pomiarów analogowych (tzw. trendy). Pomiary te są dostępne w postaci wykresów, o rozdzielczości 1 sekundy, co pozwala użytkownikowi obserwować i analizować pracę systemu trigeneracji oraz wykonywać okresowe raporty.
Zdalny monitoring
W ramach instalacji wykonany został zdalny monitoring systemu, który umożliwia inżynierom pełnienie nadzoru nad systemem i udzielanie wsparcia technicznego. W wyjątkowych sytuacjach pozwala też zmieniać zdalnie kod źródłowy oprogramowania w sterownikach, bez konieczności przyjazdu do obiektu.
Rekuperacja węzłów cieplnych
Po około trzech latach pracy układu klient zamówił jego rozbudowę o sterowanie systemem ?rekuperacji węzłów cieplnych?. Wiązało się to z wprowadzeniem do systemu rozproszonych węzłów cieplnych, których źródłem ciepła są np. para, kondensat czy ciepło z chłodnic. Węzły te pracują częściowo w sposób autonomiczny, jako jedyne źródło ciepła dla danego odbiorcy. Mogą też współpracować z węzłami kogeneracyjnymi i stanowią ich alternatywęw procesie grzewczym, zapewniając pewność i ciągłość w dostarczaniu ciepła. Rozbudowa wymagała dołożenia dodatkowych szaf sterowniczych, z rozproszonymi we/wy, które zostały połączone z istniejącymi sterownikami PLC. Całość oprogramowano i zwizualizowano w ramach istniejącej infrastruktury i systemu SCADA.
Autor: Łukasz Zięcina pracuje w Centrum Elektroniki Stosowanej CES.
Tekst pochodzi ze specjalnego wydania "Integratorzy systemów automatyki 2016". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
