Integrovaná automatizace výrobních procesů a energetických systémů

Spolehlivé dodávky energie jsou životně důležité pro jakékoliv odvětví průmyslu. Jejich monitorování a řízení jsou tedy stejně významné jako monitorování a řízení výrobních procesů.

Systémy pro automatizaci procesní výroby a automatizaci v energetice jsou tradičně oddělené. To s sebou nese mnoho problémů a značné náklady na jejich vyřešení. Takzvaná elektrická integrace, tj. vzájemná integrace automatizace výrobních procesů a automatizace distribuce elektřiny v podniku, eliminuje tuto nepříjemnou bariéru, která je všední realitou mnoha průmyslových provozů.

Integrace prostřednictvím System 800xA

Distribuovaný řídicí systém System 800xA je společná platforma pro všechny oblasti automatizace procesní výroby i automatizace energetických systémů. Integruje tedy provozní snímače a akční členy, provozní elektrozařízení, řízení rozvoden a řízení distribuce elektřiny (obr. 1). Pro inženýrskou a operátorskou činnost, řízení údržby a správu výrobních prostředků i správu informačního systému je tudíž využit pouze jediný a jednotný systém.

Otevřené standardy pro elektrickou integraci

System 800xA podporuje protokoly souboru norem IEC 61850 pro komunikaci v energetice. Tyto protokoly umožňují spolupráci mezi zařízeními různých výrobců a jsou schopny nahradit všechny dosavadní standardy i nestandardní protokoly v automatizaci rozvoden. Normy IEC 61850 tedy rozšiřují integrační schopnosti systému System 800xA. Pro provozní elektrozařízení, jako jsou nízkonapěťové spínače, měniče frekvence nebo regulátory elektromotorů, jsou k dispozici především standardy Profibus, Profinet a Modbus. Pro provozní snímače a akční členy jsou to Foundation Fieldbus, Profibus, HART a WirelessHART.

Nízké investice

System 800xA jako integrační platforma redukuje velikost systému, a tedy i nákladů na něj. Nevzniká již duplicita náhradních dílů a zařízení, jako jsou servery a pracovní stanice. Elektrická integrace s využitím Ethernetu navíc významně snižuje náklady na kabeláž.

Efektivnější práce operátorů

Operátoři rozhodující v tradičních prostředích s několika řídicími systémy často mají omezený celkový přehled o provozu. Jejich možnosti jsou limitovány danou oblastí – systémovým prostředím, databází, souborem SOE (sequence of events) a seznamy alarmů.

S tímto přístupem kontrastuje elektrická integrace, kde operátoři využívají vizualizaci celého provozu, tedy výrobní i energetické části. Jejich možnosti překračují tradiční přístup rozdělování rolí a funkcí. Spolupráce a sdílení informací dosud nikdy nebyly na tak vysoké úrovni. Operátoři mohou nyní sledovat, jak energetické systémy ovlivňují řízení výroby a naopak.

Stejné operátorské pojetí omezuje riziko vzniku chyb, šetří peníze a prodlužuje provozní dobu. Odhalování a analýza chyb jsou rychlejší a jednodušší. Energetici a provozní operátoři již nemusí manuálně přiřazovat nesynchronizované události z různých systémů. Jedno integrované operátorské prostředí místo dvou oddělených navíc šetří náklady na školení, prostory pro řídicí místnosti, obsluhu a administrativu.

Optimalizovaná údržba

Provozní operátoři, energetici a technici údržby mohou díky sdíleným datům účinněji předvídat poruchy zařízení, a tím se vyhnout jejich selháním. Jestliže např. jističi trvá vykonání požadované akce déle než obvykle, je automaticky vygenerováno upozornění a posláno příslušným pracovníkům.

Od vertikální integrace k horizontální

Pro komunikaci v rozvodnách se používá přibližně padesát různých, vzájemně nekompatibilních protokolů. Komunikace podle norem IEC 61850 přináší do této oblasti žádoucí standardizaci. Pro přenos dat v místních sítích se používá mapování na MMS (Manufacturing Message Specification) a na ethernetové rámce. Normy specifikují dva hlavní způsoby komunikace – vertikální komunikaci mezi řídicím systémem a inteligentními zařízeními rozvodny (IED – Intelligent Electronic Device) a horizontální komunikaci mezi jednotlivými IED navzájem. Vertikální komunikace využívá ke sdílení dat mezi řídicím systémem a zařízeními IED specifikaci MMS. Horizontální komunikace využívá ke sdílení vysoce prioritních dat mezi jednotlivými IED speciální hlášení o generických, objektově orientovaných událostech rozvodny (GOOSE – Generic Object Oriented Substation Event). System 800xA tedy integruje inteligentní zařízení IED jak vertikálně, tak horizontálně.

Vertikální komunikace pomocí MMS

K vertikální komunikaci je použit server IEC 61850 OPC Server, který posílá data od zařízení IED do systému System 800xA, jenž tak má přímý přístup k vybraným datům IED, jako jsou např. hodnoty proudu a napětí nebo alarmy a události včetně jejich časových značek. System 800xA umožňuje kromě různých zobrazení, jako jsou např. zobrazení v grafických šablonách (faceplates) nebo grafy aktuálních a historických hodnot, také parametrizaci těchto zařízení, jejich monitorování a analyzování jejich dat. 

Horizontální komunikace pomocí GOOSE

Horizontální integrace je jednoduše realizována kartou rozhraní IEC 61850, připojenou k procesorové jednotce AC 800M. Procesorová jednotka AC 800M potom v reálném čase komunikuje se všemi IED v téže síti prostřednictvím komunikačních hlášení GOOSE. S jejich pomocí jsou přenášena výhradně časově kritická data. Stavové, časově nekritické informace o rozvodně (GSSE – Generic Substation State Events) jsou přenášeny prostřednictvím ethernetových rámců a MMS.

Závěr

Integrací automatizace procesní výroby a řízení provozu distribuční sítě na platformě System 800xA zákazníci optimalizují strukturu a výkonnost systémů řízení výrobních procesů a distribuce elektrické energie při redukci údržby, inženýrinku a celkových nákladů po celou dobu životnosti těchto systémů.

Více informací o systému System 800xA, ale i dalších produktech ABB z oboru automatizace lze získat na adrese: www.abb.cz/controlsystems. 

Jiří Kula, ABB

Obr. 1. Integrovaná automatizace výrobních procesů a energetických systémů