Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Dodávky zemního plynu pod kontrolou

Firemní řídicí systémy, pro něž jsou operátoři závislí na jediném výrobci, se čím dál více stávají věcí minulosti. Pro východoněmeckého dodavatele zemního plynu VNG byla rozhodujícím faktorem při volbě nového systému flexibilita umožňující pozdější migraci. Systém pro řízení procesů založený na operačním systému Linux vede k výraznému snížení nákladů, především při projektování. Ve firmě VNG je nyní v provozu již čtrnáct systémů APROL.
 

Zemní plyn je velmi populárním zdrojem energie

Zemní plyn, tvořený především methanem, je z hlediska emisí daleko výhodnější než ostatní fosilní paliva, jako je uhlí nebo ropa. Není divu, že podíl plynu využívaného jako primární zdroj energie stále roste a již překročil hranici 20 %. Společnost Verbundnet Gas AG (VNG) importuje plyn dálkově z Ruska, Norska a jiných zemí a distribuuje ho regionálním a místním dodavatelům zemního plynu, elektrárnám a velkým průmyslovým podnikům. Kromě přečerpávacích stanic a úpraven VNG také provozuje podzemní zásobníky, vyrovnávající proměnlivou poptávku. Při kapacitě přibližně 2,1 miliardy m3 mohou pokrýt až 50 % zimní spotřeby společnosti VNG.
 
Podzemní zásobníky jsou uměle vytvořené prostory vzniklé vytěžením solných ložisek několik set metrů pod zemí. Plyn je stlačen kompresory a načerpán do podzemních prostor. Tento typ variabilních zásobníků je výhodnější než nadzemní zásobníky, např. proto, že dovoluje rychlejší manipulaci a má minimální požadavky na prostor na povrchu země.
 

Řídicí systémy provozů a procesů byly postupně modernizovány

Při rozsáhlém projektu modernizace byly všechny nadzemní provozy společnosti VNG v průběhu více než deseti let zcela zrekonstruovány a zmodernizovány. Vysoký stupeň automatizace zajišťuje bezpečný a efektivní provoz úložišť. Řízení procesů hraje rozhodující roli pro zachování konkurenceschopných služeb při dodávkách plynu i nízkých nákladů. Efektivita, spolehlivost a připravenost pro budoucnost – to jsou vlastnosti očekávané od systému řízení procesů. Lipští odborníci na automatizaci se nechtějí vázat na řídicí techniku jediné firmy – požadovali flexibilní systém kompatibilní s programovatelnými automaty různých výrobců. Navíc požadovali škálovatelný systém schopný automatizovat jak menší systémy, tak i gigantické skladovací systémy s 20 000 body I/O.
 
Proto se tehdy rozhodli pro řídicí systém Aprol E založený na operačním systému Unix. „Rozhodující byla nezávislost na konkrétním řídicím hardwaru,“ řekl Dr. Jörg Hartan, hlavní automatik a elektroinženýr. Dalším důležitým hlediskem byla cena. Pro Aprol hovořila i skutečnost, že integrované funkce SCADA standardně obsahují vlastní databázi pro zápis procesních dat. Do roku 1997 byla všechna střediska VNG vybavena novým řídicím systémem. Důležitým hlediskem volby systému bylo využívání standardních součástí. Speciálnímu firemnímu hardwaru je třeba se vyhýbat, kdekoliv je to možné.
 
Nejnovější modernizační projekt je zaměřen na podzemní zásobník v Buchholzi u Postupimi. Zde je řídicí systém Aprol v aktuální verzi implementován prostřednictvím serveru pro provoz, projektování i technickou obsluhu. Tento systém zahrnuje také technickou stanici a pět stanic operátorů. Na procesní úrovni pracují čtyři řídicí jednotky a deset snímacích jednotek (B&R System 2005). Ačkoliv jiné závody využívají Ethernet nebo redundantní sběrnici H1, zde je použita sběrnice Profibus.
 

Strategie pro migraci na aktuální verzi systému Aprol

Ukončení prodeje generace Aprol E, která byla uvedena na trh před více než deseti lety, vyvolalo potřebu stanovit strategii migrace na nový systém Aprol. „Ukončení prodeje znamená, že tato verze již nebude v prodeji, přestože její provoz je zaručen na mnoho dalších let. Zaručujeme také na nejméně deset let rozšířenou dodávku dílů pro dříve dodávané průmyslové počítače. Ty jsou totiž provozovány v celém spektru automatizovaných řešení a bez ohledu na změny v chipsetech musí být zachována jejich kompatibilita,“ zdrůraznil Stefan Lau, vedoucí prodeje B&R v oboru řízení procesů. Proto musí firma VNG vytvořit strategii migrace. „Pro splnění našich povinností dodavatele musíme vyvinout plán migrace bez přerušení provozu,“ vysvětlil Jörg Hartan. Navíc je třeba zajistit sledování a jistou míru vzdálené správy pro geograficky roztříštěnou síť závodů z hlavního sídla v Lipsku, do značné míry bez obsluhy. Jedním z požadavků migrace je použití databázového principu a zařazení řídicích systémů do integrované sítě WAN.
 
Jako vždy jsou představy limitovány náklady. Významný podíl na nákladech má u řídicích systémů projektování – programování softwaru. Požadavky hovořily pro zavedení následnického systému, tedy aktuální verze systému Aprol. Stejně jako jeho předchůdce, využívá i tento řídicí systém založený na operačním systému Linux předkonfigurované funkční bloky dodávané výrobcem. Všechny úrovně systému jsou centrálně konfigurovány jediným nástrojem. Licence pro projektanty obsahuje vyzkoušené standardní knihovny, které může uživatel přizpůsobit svým speciálním potřebám.

Knihovny open source zvyšují efektivitu projektování

Výrobce dodržuje principy operačního systému s volně dostupným zdrojovým textem (open source) i zde, protože přizpůsobení výrobků speciálním požadavkům uživatelů integrátory a dodavateli řídicích systémů je často velmi drahé. Základní bloky systému Aprol lze upravit do uživatelských knihoven funkcí. Výhodou systému open source je, že je systém stále optimalizován využíváním zpětné vazby na skutečný provoz.
 
Dalším rysem operačního systému s tučňákem ve znaku je hladká integrace internetových standardů, jako je TCP/IP. Linux má velmi promyšlenou, ale dostupnou metodu směrování, která usnadňuje vytváření distribuovaných sítí. Díky tomu, že řídicí systém běží na Linuxu, může jeho dodavatel poskytovat kvalitní služby po celou dobu životnosti stroje, např. záruky aktualizací každého půl roku. „Síť nám umožňuje mít 100 % dat ze závodů současně i v Lipsku – bez jakýchkoliv dalších nákladů na projekt,“ objasnila Michaela Voigtová, specialistka VNG na automatizaci. Řídicí systém nabízí k zobrazení těchto dat integrované webové služby, umožňující zobrazování i v systémech Windows. Ústřední úložiště dat snižuje náklady na projektování a servis. Promyšlená ochrana přístupu funkcemi Audit Trail, používaná i v přísně kontrolovaném farmaceutickém průmyslu, zajišťuje potřebné zabezpečení.
 
Aktuální verze systému Aprol ale podporuje také veškeré možnosti spojení s externími systémy. Využití vlastního hardwaru výrobce však přináší přidanou hodnotu univerzální konfigurace datové komunikace i na řídicí jednotce.
 

Podzemní zásobník Buchholz vyžaduje nejvyšší dostupnost

U podzemního zásobníku Buchholz, který je důležitý i pro dodávky plynu pro Berlín, je prioritou dostupnost. Servery, sběrnice a řídicí jednotky jsou proto navrženy v redundantním uspořádání a s ohledem na vysokou míru dostupnosti. Pro splnění přísných bezpečnostních požadavků byl nainstalován paralelní nezávislý řídicí systém s bezpečnostním programovatelným automatem Hima. Struktura automatizace byla navržena s ohledem na podporu vzdálené obsluhy, aby personál nemusel být přítomen v noci a o víkendech. Ústředním požadavkem byl databázový princip. Data z procesů musí být přenášena odděleně od vlastního systému.
 

Intuitivní řízení procesů vyžaduje přijetí obsluhou

Potřebné zabezpečení zajišťuje vysoce propracované řízení přístupu – s ochranou hesly, čtečkami karet a biometrickými systémy. Funkce Audit Trail zajišťuje zaznamenávání všech důležitých operací řízení procesů. Jde o přihlašování, zamykání poplachů, ruční operace obsluhy i výsledné změny zobrazení. „Při práci v distribuovaných sítích jsou tyto funkce stále důležitější,“ vysvětlil Hartan. V neposlední řadě vděčí automatizační projekt v Buchholzi za svůj úspěch i tomu, že byl systém dobře přijat obsluhou. Dr. Hartan zdůraznil: „Obsluha může procesy spravovat bez rozsáhlých znalostí v oboru automatizační techniky.“
 
(B+R automatizace, spol. s r. o.)
 
Obr. 1. Vrtná věž pro těžbu zemního plynu společnosti Verbundnet Gas AG (VNG)
Obr. 2. Ve velínu společnosti VNG se řídí distribuce zemního plynu z Ruska, Norska a jiných zemí k místním dodavatelům a spotřebitelům