scada aplikacija za vođenje procesa pneumo-transporta ... - Infoteh

INFOTEH-JAHORINA Vol. 10, Ref. A-10, p. 45-49, March 2011.SCADA APLIKACIJA ZA VOĐENJE PROCESA PNEUMO-TRANSPORTA ZEOLITA UFABRICI GLINICE „BIRAČ“ A.D. ZVORNIKSCADA APLICATION FOR GUIDANCE PROCESS PNEUMATIC TRANSPORT OF ZEOLITEIN ALUMINA FACTORY „BIRAC“ A.D. ZVORNIKMitar Simić, fabrika glinice “Birač” A.D. Mehanika D.O.O.mitarsimic@yahoo.comSadržaj - U radu je dato idejno rešenje SCADA aplikacije za vođenje procesa pneumo-transportazeolita u fabrici glinice „Birač“ A.D Zvornik. U tu svrhu korišćen je softverski paket WonderwareInTouch. Izvršena je diskusija o mogićim pravcima nadgradnje postojećeg relejnog sistemaupravljanja kroz dve SCADA konfiguracije. Odabrano je rešenje koje podrazumeva uvođenje PLC-apri čemu je predložena komunikaciona veza zasnovana na TCP/IP protokolu. Na taj način razvijenaje aplikacija koja kroz jednostavan sistem signalizacije i alarma pojednostavljuje vođenje procesa itako povećava funkcionalnost i produktivnost rada.Abstract - This paper presents conceptual design of SCADA application for guidance processpneumatic transport of zeolite in alumina plant “Birac” A.D. Zvornik. For this purpose, thesoftware package Wonderware InTouch is used. Also there is a discussion of opportunities forupgrading existing relay control system in two SCADA configuration. It was selected a solution thatinvolves introducing PLC in with the proposed communication link based on TCP/IP protocol. Inthis way, an application that was developed through a simple signaling and alarming systemsimplifies process control and increases the functionality and productivity.1. UVODU fabrici glinice „Birač“ A.D. Zvornik pneumo-transportzeolita vrši se iz prihvatnog silosa u betonski silos. Zeolit seizuzima iz prihvatnog silosa u pneumo-komore, kojih imadve i koje rade naizmenično (jedna se puni a druga prazni iobrnuto). Potrebno je omogoćiti da komore mogu raditiautonomno jedna od druge. Iz komora se zeolit transportujekompriminovanim vazduhom p=2.5 bar kroz cevovoddefinisanog poprečnog preseka u betonski silos [1].Zeolit je po svom hemijskom sastavu natrijum-alumosilikat,(po obliku beli prah), koji se upotrebljava udeterdžentskoj industriji, a može se prerađivati i umolekularna sita (filtere) te za dobijanje čitave lepeze drugihproizvoda bitnih u hemijskoj industriji.Obzirom na fizičku rasprostranjenost pogona zaproizvodnju zeolita i važnost pouzdanog transporta velikekoličine proizvedenog zeolita u silos, jasna je potreba zaautomatizacijom ovog procesa i njegovo vođenje izkomandne sale kroz aplikaciju koja je instalirana na računaru.Na ovoj aplikaciji neophodno je izvesti jasnu signalizacijustanja opreme kao i indikaciju alarmnog stanja kada procesne zadovoljava nominalne uslove rada. Za rešenje ovogproblema, moguća su dva rešenja:1. SCADA (eng. Supervisory Control And DataAcquisition),2. DCS (eng. Distributed Control System).ISA S5.1 standard definiše DCS kao sistem koji se iakofunkcionalno integrisan, sastoji od podsistema koji mogu bitifizički razdvojeni i udaljeni jedan od drugog. DCS jeprvobitno razvijen prema potrebama velikih preduzeća iprocesnih postrojenja koji su zahtevali znatnu količinuanalognog upravljanja [4].Osnovne razlike između SCADA sistema i DCS-a su:-SCADA koristi programabilni logički kontroler – PLC(eng. Programmable Logic Controller), a DCS koristiudaljene terminalne jedinice – RTU (eng. Remote TerminalUnits).-PLC poseduje veći nivo inteligencije od RTU-a.-Za razliku od RTU-a, PLC je u mogućnosti da kontrolišestanice bez direkcija od strane ,,mastera”.U ovom radu biće predstavljeno rešenje kojepodrazumeva realizaciju SCADA sistema a diskusija oopravdanosti ovog izbora data je u odeljku 2.3.2. SCADA SISTEMISCADA sistemi imaju široku primenu u upravljanju ipraćenju rada industrijskih postrojenja i opreme ali i utelekomunikacijama, energetici i sistemima upravljanja.SCADA je sistem koji služi za automatizaciju industrijskihprocesa, odnosno sistem koji se koristi za prikupljanjepodataka sa senzora i instrumenata lociranih na udaljenimstanicama kao i za prenos i prikazivanje tih podataka ucentralnoj stanici u svrhu nadzora ili upravljanja. Prikupljenipodaci se obično posmatraju na jednom ili više SCADAračunara u centralnoj (eng. master) stanici. SCADA sistemmože da prati i upravlja i do stotinama hiljada ulazno-izlaznihvrednosti. Uobičajeni analogni signali koje SCADA sistemnadzire (ili upravlja) su nivoi, temperature, pritisci, protocifluida ili gasa i brzine motora. Tipični digitalni signali zanadzor (upravljanje) su prekidači nivoa, prekidači pritiska,status generatora, status kontakta releji itd.45

Prikupljanje podataka počinje na nivou PLC-a i uključujeočitavanje veličina i statusa. Zatim se podaci koji su potrebnišalju na SCADA sistem, gde se prevode i formatiraju natakav način da operater u komandnoj sali uz pomoć interfejsamože, na osnovu njih, doneti odgovarajuće odluke koje mogubiti potrebne da bi se podesile normalne funkcije rada PLC-aa samim tim i procesa. Podaci se takođe mogu čuvati uistorijatu, koji je često podržan bazom podataka, radi prikazatrendova i drugih analitičkih radnji. SCADA sistem tipičnoimplementira distribuiranu bazu podataka, koja se često zovei baza tagova, koja se sastoji od elemenata zvanih tačke ilitagovi. Tag predstavlja jednu ulaznu ili izlaznu vrednost kojase prati ili kojom se upravlja od strane sistema. Tagovi mogubiti tvrdi (eng. hard) ili meki (eng. soft). Tvrdi tag predstavljastvarnu vrednost ulaznog ili izlaznog signala, dok je meki tagrezultat logičkih i matematičkih operacija primenjenih natvrdom tagu. Većina interpretacija konceptualno uklanja ovegranice nazivajući tvrde tagove najprostijim slučajem mekogtaga. Vrednosti tagova se obično čuvaju kao kombinacijavrednost-vreme; vrednost i vremenski trenutak kada je tavrednost snimljena ili izračunata. Serija vrednost-vremekombinacija je istorijat tog taga.SCADA računar je obično industrijski PC na kome seizvršava sofisticirani SCADA HMI softver. HMI (eng.Human-Machine Interface – sprega između čoveka iračunara) je aparat koji procesne podatke predstavljaoperateru i kroz koji operater kontroliše proces. Osnovniinterfejs operatera je skup grafičkih ekrana koji prikazujureprezentaciju opreme koja se posmatra.Tri komponente SCADA sistema su:-višestruke udaljene terminalne jedinice–RTU (PLC-ovi),-glavna stanica (eng. master station) i HMI kompjuter(i),-komunikaciona infrastruktura.Termin ,,glavna stanica” se odnosi na servere i na softverza komunikaciju sa opremom, a onda i na HMI softver koji seizvršava na jednom ili više računara u kontrolnoj sobi, ilinegde drugde. U manjim SCADA sistemima, glavna stanicamože biti samo jedan PC, dok u većim SCADA sistemima,glavna stanica se može sastojati od više servera idistribuiranih softverskih aplikacija. Konfiguracija SCADAsistema je veoma različita i zavisi od prostornog rasporedatehnološkog procesa, upravljačkog zadatka itd., i kreće se odjednoračunarskog sistema do tzv. WASCAD sistema. Trebaimati u vidu da što je mreža složenija to ona sve više dobijakarakter informacione a ne upravljačke mreže [3]. Uzavisnosti od izabrane konfiguracije bira se i komunikacionainfrastruktura. To podrazumeva izbor signalnih nivoa zaprenos podataka sa davača do PLC-a kao i povezivanje PLCasa računarom na kom je instalirana SCADA aplikacija. Prvegeneracije SCADA sistema podrazumevale su totalnucentralizaciju procesa i korišćenje WAN-a (eng. Wide AreaNetwork). Integracijom LAN-a (eng. Local Area Network) iWAN-a omogućen je početak decentralizacije kroz delenjevođenja procesa na više operatorskih (lokalnih) jedinica. Udanašnje vreme, a taj trend će se verovatno zadržati i ubliskoj budućnosti, dominira komunikaciona veza zasnovanana TCP/IP protokolu. Iz tog razloga, u ovom radu se predlažekorišćenje ove komunikacije jer ona omogućava kreiranjedispečerskog centra za nadgledanje procesa proizvodnje nanivou kompletne fabrike. Većina savremenih PLC-ova imainstaliran Ethernet modul koji dozovoljava nadgledanje iupravljanje sa velikih udaljenosti uz potpunu bezbednost.Obzirom na trenutno izvedeno stanje na procesu pneumotransporta zeolita (relejna šema upravljanja), najprikladnijerešenje uvođenja računarskog vođenja procesa je proširivanjepostojećeg YOKOGAWA DCS sistema ili uvođenje SCADAsistema (Wonderware InTouch) kao što je to slučaj naobjektu Vertikalna peć. Korišćenje YOKOGAWA sistemadozvoljava eliminisanje postojeće relejne realizacije alineophodna su dodatna ulaganja za nabavljanje ulaznoizlaznihkartica kao i proširivanje (kupovina novih) tagova.Drugo rešenje, koje podrazumeva uvođenje novogračunarskog sistema, na prvi pogled povećava troškove alinudi i niz prednosti:-postojeća instalisana oprema (akviziciono upravljačkekartice YOKOGAWA sistema) može se iskoristiti zaproširenje kapaciteta proizvodnje zeolita,-zadržava se realizovana relejna šema upravljanja,-veća sigurnost jer je smanjena centralizacija (jedanračunar vodi celokupan proces i u slučaju kvara istog dolazido potpunog zaustavljanja svih delova procesa),-postoji grupa radnika koja je već obučena za rad sasofterskim paketom Wonderware InTouch.Moguće konfiguracije SCADA sistema za ovu primenudate su u nastavku teksta.2.1 PC RAČUNAR SA AKVIZICIONOM KARTICOM IDAVAČINajjednostavnija konfiguracija SCADA sistema svodi sena sistem koji čine sa jedne strane prekidači, davači, releji itd.a sa druge strane PC računar koji preko svoje akvizicionoupravljačkekartice prima podatke, obrađuje ih, formirainformacije o kontrolisanom procesu i određuje potrebneupravljačke akcije, ako je to na ovom nivou primenepredviđeno. Programska podrška u ovom modelu SCADAsistema svodi se na podršku prihvata signala sa PCmagistrala. Akviziciona kartica mora biti osposobljena zaprihvat i izdavanje analogih i digitalnih veličina. Ulaznedigitalne veličine se uglavnom svode na prihvat signala sabeznaponskih kontakata, a izlazne na relej ili tranzistorrelativno male snage. Analogne ulazne veličine se primajudirektno sa mernog davača (eng. transducer), ili iz sklopakoji zajednički čine merni davač i element za prilagođenje(kondicioniranje) signala (eng. transmitter - predajnik) ili izsklopa koji signal sa mernog davača priprema za direktanprihvat od strane PC računara preko neke od standardnihserijskih komunikacionih veza (eng. tranceiver -primopredajnik). Pod kondicioniranjem signala u ovomslučaju podrazumeva se filtriranje, pojačanje, linearizacija,prigušenje šuma, itd. signala sa mernog davača. Na slici 1.prikazana je šema konfiguracije SCADA sistema kojazadržava relejnu šemu upravljanja.Za primenu ove konfiguracije nije neophodnouvođenje PLC-a već bi se iskoristila postojeća relejna šemaupravljanja a računar bi bio korišćen u svrhu nadzora i izboranačina rada pojedinih komora ili celokupnog sistema. Prekoulazne kartice PC bi dobijao podatke o položaju svih ventila,pritisku i nivou u obe komore. Na osnovu ovih podataka46

postojećih alarma bez potrebe da se oni rekonfigurišu da bi semogli prikazati u Alarm Viewer ActiveX Control-u.Distribuirani prikaz alarma - Distributed Alarm System(slika 3) na jednom ekranu prikazuje i lokalne i daljinski(eng. remote) kreirane alarme. InTouch dozvoljava da sepromeni izgled ovog prikaza (uključujući koje će informacijebiti prikazane), boje koje se koriste za različita alarmna stanjai alarmne grupe.-OPC server zahteva podatke (čita ih) sa PLC-a i šaljetagove za ažuriranim vrednostima ka klijentu,-OPC server kontinualno nastavlja da šalje ažuriranepodatke (samo onih tagova koji su promenili vrednost) svedok OPC klijent ne pošalje zahtev za drugim podacima,-OPC klijent može da pošalje komandu (zahtev) zapromenu vrednosti određenog taga. Ovaj zahtev odobravaOPC server i prosleđuje ga ka PLC-u,-ako se klijent isključi, server će o tome dobiti poruku izaustaviće i svoj rad.Organizacija za standardizaciju OPC-a je OPCFoundation.5. SCADA APLIKACIJASlika 3. Distribuirani prikaz alarma3.2 TRENDOVI U REALNOM VREMENUWonderware InTouch dozvoljava dva trenda (praćenjesignala) za prikazivanje vrednosti definisanih promenjivih:real-time i historical. Trendovi u realnom vremenupodrazumevaju kreiranje tabela ili grafikona sa 4 podatka(eng. pen), dok istorijski trend dozvoljava 8. oba trenda sekreiraju pomoću specijalnog alata u WindowMaker-u.4. OPCU prošlosti većina kompanija koje su kreirale softver zaSCADA aplikacije razvijale su i softver za komunikacijuSCADA aplikacije na računaru sa PLC-om. U današnjevreme je taj problem pojednostavljen jer je razvijen OPC(eng. OLE for Process Control) server [5].OPC server je Microsoft Windows aplikacija koja sekoristi za razmenu podataka sa PLC-om ili nekim drugimeksternim uređajem i vrši prenos ovih podataka na OPCinterfejs. OPC server se obično razvija od strane kompanijekoja proizvodi PLC.OPC klijent je Microsoft Windows aplikacija koja vrširazmenu podataka između bilo koje Windows aplikacije iOPC servera. OPC klijent se obično razvija od stranekompanije koja prodaje SCADA softver.Standardni interfejs za razmenu podataka prikazan je naslici 4.Prema projektnom zadatku i tehnološkom opisu procesa[1] i tehnološkoj šemi (slika 5) pneumo-transportarealizovana je SCADA aplikacija prikazana na slici 6. Kaošto je već pomenuto, u tu svrhu korišćen je softverski paketWonderware InTouch.U gornjem levom uglu aplikacije pozicioniran je digitalničasovnik. U gornjem desnom uglu nalazi se trend kojiprikazuje vremensku promenu pritiska i nivoa u obe komore.Dodatnim podešavanjem pruža se mogućnost generisanjatabelarnog zapisa ovih promena koja se u obliku tekstualnogdokumenta može čuvati na računaru. U donjem delu prozoranalaze se preklopke za izbor režima rada.PR1 predstavlja preklopku za izbor režima rada komore 1.Položaj ,,Off” obezbeđuje isključenje napajanja za sveuređaje u sistemu upravljanja tj. ima dvostruku uloguisključenjekomore 1 iz sistema i hitno isključenje TOTALSTOP prekidač. Položaj ,,Mn” je za ručni režim rada, u komse svaki ventil može direktno otvoriti pomoću odgovarajućegprekidača. Ne postoji obaveza slednog uključivanja pojedinihelemenata sistema! Položaj ,,Auto” je za automatski režimrada. PR2 predstavlja preklopku za izbor režima rada komore2 sa istim karakteristikama kao i PR1. Dodatni uslov započetak automatskog režima rada komore 1 je da je PK1 upoložaju ,,1”. Isto tako, PK2 u položaju ,,1” za automatskirad komore 2. Za automatski režim rada obe komore,potrebno je preklopke PK1 i PK2 prebaciti u položaj ,,1”.Logika je realizovana tako da se istovremenim uključivanjemkomora 1 i 2 u automatski režim rada, prvo puni komora 1.Ako se pusti komora 2 u automatski režim rada a zatim se,pre završetka procesa punjenja, uključi i komora 1 doći će dozaustavljanja procesa punjenja komore 2 i puniće se komora1. Po završetku punjenja komore 1, nastaviće se punjenjekomore 2 pod uslovom da nije promenjen položaj preklopkePK2. Ova blokada postoji samo u slučaju da se obe komore uautomatskom režimu rada.Izbor režima rada za pojedine komore dat je u tabeli 1.Slika 4. Standardni interfejs za razmenu podatakaProces razmene podataka je sledeći:-OPC server inicijalizuje komunikaciju sa PLC-om,-OPC klijent šalje listu OPC objekata (tagovi) na OPCserver,Simbol ,,X” označava bilo koji (neodređeni) položaj PK1i/ili PK2. Naime, za određenu kombinaciju preklopki PR1 iPR2, položaj preklopki PK1 i PK2 ne utiče na rad sistema.Predviđen je i prikaz alarma preko koga je moguće dobitiinformacije o odstupanju sistema od nominalnih radnihuslova (pritisak u komori iznad max. ili min. dozvoljene48

vrednosti, određena klapna nije dostigla krajnji položaj usledpostojanja prepreke) ali i uspešnom završetku procesapunjenja/pražnjenja, itd.Signalizacija rada pojedinih elemenata sistemarealizovana je jasno i jednostavno, bez nepotrebnogkomplikovanja i opterećivanja aplikacije usled čega bi bilootežano snalaženje operatera.Tabela 1.PR1 PR2 PK1 PK2 KOMORA 1 KOMORA 2Off Off X X NE RADI NE RADIOff Mn. X X NE RADI RUČNOMn. Off X X RUČNO NE RADIMn. Mn. X X RUČNO RUČNOAuto. Auto. 1 1 AUTO. AUTO.Auto. 0ff 1 X AUTO. NE RADIOff Auto. X 1 NE RADI AUTO.Auto. Mn. 1 X AUTO. RUČNOMn. Auto. X 1 RUČNO AUTO.prednost upotrebe komunikacionih servera jer klijent možebiti bilo kog proizvođača, nezavisno od PLC-a.Korišćenje TCP/IP protokola će verovatno postatistandard u budućnosti jer se dobija sistem visokihperformansi koji se može jednostavno nadgledati i upravljatiali i eliminiše se kabliranje koje kod RS-232 veze možepredstavljati ograničenje (u pogledu dužine kabla). Na tajnačin kompletiran je SCADA sistem jednostavan zakorišćenje uz punu funkcionalnost svakog njegovog dela.Naravno da je reč o jednostavnom sistemu koji bi mogaobiti baza za razvoj nekog mnogo složenijeg i korisnijegsistema za daljinski nadzor i upravljanje na nivou jednogobjekta pa čak i kompletne fabrike. Osim što bi se mogliispraviti uočeni nedostaci, takođe bi se moglo razmisliti ouvođenju novih funkcija.Pravci daljeg razvoja ovog rada idu ka težnji za kreiranjejedinstvenog dispečerskog centra odakle će biti dostupnipodaci o stanju svih procesa u fabrici. Buduci da savremenipisači imaju mrežni priključak, mogu se dobiti informacije osvakom procesnom parametru u bilo kom trenutku.LITERATURA[1] Miladin Jović, Mitar Simić: Pneumo-transport zeolita(izvođački projekat automatike), fabrika glinice “Birač” A.D.,Zvornik 2010.[2] SCADA System–InTouch (Rev. 1.3), INSTYTUTINFORMATYKI, ZESPÓŁ PRZEMYSŁOWYCHZASTOSOWAŃ INFORMATYKI, GLIWICE 2006.Slika 5. Tehnološka šema pneumo-transporta zeolita[3] Dr Zoltan Jegeš, Milan Adtić, Robert Marton,Upravljanje primenom PLC uređaja, Viša tehnička škola-Subotica, Subotica 2007.[4] Mitar Simić, Primena softverskog paketa InTouch urealizaciji sistema za daljinski nadzor i upravljanje,diplomski rad, Elektrotehnički fakultet Istočno Sarajevo, jul2010.[5] OPC EasyServer, User Manual, FESTO.Slika 6. SCADA aplikacija za vođenje procesa pneumotransportazeolita5. ZAKLJUČAKSistemi za daljinski nadzor i upravljanje imaju širokuprimenu u svim granama industrije. U ovom radu predloženje sistem za vođenje pneumo-transporta zeolita u fabriciglinice “Birač” A.D. u Zvorniku. Predlog je da sekomunikaciona veza između PLC-a i PC-ja ostvari koristećiTCP/IP protokol i na taj način pruža se mogućnost daljinskognadzora i upravljanja sa bilo koje lokacije na svetu. Potrebnoje samo poznavati IP adresu dodeljenu kontroleru i pravilnopodesiti komunikacioni server. Ovde se uočava jedna49