Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Technika B&R v nesnadném prostředí dolů severočeské uhelné pánve

Na loňském podzimním setkání Open day, které pro své zákazníky uspořádala pražská kancelář společnosti B+R automatizace, zmínil vedoucí této kanceláře Václav Pravda, jak důležitý je pro jeho společnost segment tzv. procesní automatizace, který zahrnuje širokou oblast zpracovatelských výrobních procesů. Dal nám i tip na zajímavého partnera společnosti B+R automatizace, firmu PAS Procesní automatizační systémy spol. s r. o. z Mostu, která řeší projekty automatizace v severočeských dolech. V Mostě jsme navštívili technického ředitele této společnosti Pavla Kohouta (obr. 1), který velmi poutavě představil mnoho projektů, v nichž jeho firma využila techniku B&R. Společnost PAS řeší a realizuje automatizační projekty „na klíč“, od analýzy výrobního procesu, přes projektovou dokumentaci až po konečnou realizaci zakázky včetně zaškolení obsluhy a záručního i pozáručního servisu.
 

Úprava důlních vod

Skupina Czech Coal (dříve Mostecká uhelná společnost) spravuje především povrchové doly Československé armády a Vršany hloubky 90 až 160 m. V dolech se usazuje voda, kterou je nutné čerpat a po úpravě vypouštět do povodí Ohře. Nejprve je voda z dolů čerpána výkonnými soustavami čerpadel a potrubím světlostí DN 250 až DN 400 do dvou jezer o objemu 100 tis. m3 a 80 tis. m3. V jezerech se usadí hrubé nečistoty a v čističce důlních vod (obr. 2) je voda zbavena zákalu a chemicky upravena tak, aby byly splněny limity stanovené pro složení vypouštěných vod, tedy povolené meze zákalu, množství manganu, železa, pH a dalších chemických znečišťujících látek. Pro řízení čištění je použita technika společnosti B&R, která je instalována v sedmi rozváděčích (výšky 2 m a šířky 800 mm) – obr. 3. Obsluha může sledovat a řídit technologické procesy úpravny z operátorského pracoviště s vizualizací (obr. 4). Z údajů naměřených na vstupu a výstupu odpadní vody řídicí systém stanovuje bilanci přítok-odtok vody a kvalitativní parametry odtokové vody.
 
Z jezer je voda nasávána soustavou čerpadel. Případná kyselost, vyjadřovaná hodnotou pH menší než 6, se odstraňuje přidáním přibližně pětiprocentního vápenného mléka, které se míchá z vápna a vody v nádrži výšky 2 m, průměru 3 m (obr. 5). Vápno je dopravováno ze sil šnekovými dopravníky a dávkováno společně s vodou přes akční členy ovládané řídicím systémem. V tomto procesu zajišťuje řídicí systém správný dávkovací poměr vstupních surovin do nádrží tak, aby vzniklo vápenné mléko požadované hustoty. Hustota se měří ve spojité regulační smyčce hustoměrem.
 
Na několika odběrných místech se v určitém časovém režimu odebírají vzorky k měření pH a podle naměřených hodnot je příslušné množství vápenného mléka vedeno distribučními čerpadly do sací jímky soustavy hlavních čerpadel, kde se smíchá s důlní vodou. Voda zbavená největších nečistot je dále dopravována do nádrží úpravny důlních vod.
 
Pro odstranění zákalu se zde do vody přidává flokulant, který reaguje s malými částicemi, přičemž se vytváří sraženina, která zčásti pluje na povrchu a zčásti klesne na dno. Dávkování flokulantu je řízeno jednotkami B&R v závislosti na hodnotách zákalu a pH.
 
Železo rozpuštěné v důlní vodě se v aeračních nádržích úpravny odstraňuje provzdušňováním této vody dmychadly. Poté se voda ponechá za malého průtoku usadit ve třech usazovacích nádržích, v nichž jsou instalovány přístroje měřící výšku kalu (obr. 2). Nádrže jsou vybaveny shrabovacími mosty ovládanými autonomním řídicím systémem společnosti B&R, který je instalován v rozváděči ve venkovním provedení a je komunikačně provázán s centrálním řídicím systémem. Jakmile výška kalu vzroste nad určitou mez, přesune se most na okraj nádrže, spustí se hrablo, které při pohybu mostu zpět shrne kal ze dna do prohlubně na druhém okraji nádrže. Hloubka vlastní nádrže je 2 m, ale celková hloubka prohlubně dosahuje 5 m. Kal se poté odčerpá do zahušťovací nádrže a odtud je membránovými čerpadly dopraven do hydraulických kalolisů, kde mechanickou kompresí vznikají brikety, které se likvidují spálením nebo se zavážejí do vytěženého dolu. Takto se důlní voda zbaví nečistot a do povodí Ohře se vypouští čistá voda.
 

Homogenizační drtírna

Řídicí jednotky B&R nacházejí uplatnění i v tak náročných podmínkách, jaké panují v povrchových dolech. V Dole Československé armády (ČSA) využila firma PAS řídicí techniku B&R v mnoha projektech. Prvním místem, kam vytěžené uhlí putuje, je homogenizační drtírna; odtud může být buď dopraveno do meziskladu, nebo je hned nakládáno do vagonů v sypacích stanicích. Technika B&R řídí dopravu (obr. 6), drcení a třídění uhlí na desítkách technologických zařízeních drtírny.
 
Drtírnu a sypací stanice řídí rozsáhlý řídicí systém, který měl v době rozkvětu těžby přibližně dva tisíce fyzických distribuovaných vstupů a výstupů (I/O). S omezováním těžby se snižuje i počet I/O. Sypací stanice i celá technologie homogenizační drtírny jsou ovládány z centrálního velínu vizualizačním a inženýrským systémem Aprol s podporou místní obsluhy.
 
„Mozek“ homogenizační drtírny (obr. 7) je složen z vysoce výkonného centrálního procesoru a paralelních komunikačních procesorů, které zajišťují požadovanou topologii komunikačního subsystému (kombinace hvězda a sběrnice RIO).
 
V drtírně je v provozu mnoho elektrických pohonů, a proto jsou zde instalovány přístroje k měření spotřeby elektrické energie na všech napěťových úrovních: 35 kV, 6 kV, 500 V, 230 V. Údaje ze všech elektroměrů jsou přenášeny do řídicích jednotek B&R, které počítají bilance spotřeby a měření. Každý technologický subsystém má své měřicí přístroje. Cílem je stanovit, jaké náklady jsou zde vynaloženy na elektrickou energii na tunu uhlí.
 
Řídicí systém drtírny navazuje na řídicí systém skládkového stroje dvěma kanály: za prvé přes kontaktní vstupy a výstupy a za druhé přes rádiové komunikační zařízení s protokolem Modbus RTU.
 

Skládkový stroj

Technika B&R se v Dole ČSA uplatnila při komplexním řízení skládkového stroje typu USSK, který obsluhuje mezisklad uhlí. Skládkový stroj (obr. 8) je kombinací těžního stroje a zakladače uhlí. Zakladačem se ukládá uhlí do meziskladu a těžním zařízením (kolesový bagr) se uhlí podle potřeby z meziskladu vytěží a přepravuje pásovým dopravníkem do sypací stanice. Tento rozsáhlý stroj (max. výška 20 m), vyrobený v šedesátých letech minulého století v Krušnohorských strojírnách Komořany, prošel v roce 1996 generální opravou, při které byla vyměněna a repasována většina pohonů a celá rozvodna. Bylo navrženo zcela nové řízení. Na stroj byly umístěny velíny, vyměnila se kabeláž, byl instalován nový skrápěcí systém apod. Nyní má stroj dvě řídicí stanice, první je v rozvodně a druhá je v kabině řidiče, kde je instalován PLC a IPC s vizualizací. Řidič skládkového stroje má mezisklad rozdělen na sektory a dostává pokyny z centrálního řídicího systému, do jakého sektoru se má ukládat uhlí s ohledem na výhřevnost. Řídicí systém při zakládání ovládá pohyby ve třech osách tak, aby vertikální průřez skládkou byl lichoběžníkový, a to s ohledem na dodržení optimálního sypného úhlu. Goniometrické funkce a vyspělá aritmetika jsou základem řídicích algoritmů.
 
Dále je úkolem řidiče vytěžit uhlí ze sektorů co nejdokonaleji. Toho se dosahuje velmi rovnoměrným odběrem uhlí ze skládky. Rovnoměrnost je vyžadována k regulaci míchání uhelných směsí na požadovanou výhřevnost. Pavel Kohout vzpomíná, že jeden řidič bagru měl o hloubce automatizace neskromnou představu: „Chtěl bych jen zmáčknout jedno tlačítko, aby stroj sám pracoval a já si mohl číst knížku.“ Stroj má sice ve skutečnosti vizualizačních tlačítek více, ale opravdu dokáže pracovat bez lidského zásahu. Když se ale řidiči něco nezdá, sáhne na levou či pravou řídicí páku a stroj se sám přepne do manuálního režimu.
 
Řídí se pohyb otáčení doleva a doprava, zdvihu nahoru a dolů a pojezdu vpřed a vzad. Pojezd se měří magnetickým inkrementálním snímačem a zdvih a otáčení analogovými potenciometrickými snímači. Hlavní pohony jsou řízeny měniči frekvence. Softwarové vybavení zajišťuje, aby byl pohon při poruše měniče frekvence přepnut do obchvatu, a tak stroj pracoval v nouzovém režimu.
 
Celý řídicí systém skládkového stroje je vybaven alarmovým systémem, který při poruše na elektrotechnických částech vydá velmi přesné hlášení, v němž jsou určeny rozváděč, svorkovnice a svorky, kde se porucha vyskytuje a kde je možné ji změřit.
 

Sypací místo Dolu Vršany

Zajímavou úlohu řešila firma PAS při řízení sypací stanice Dolu Vršany (obr. 9) v projektu kompletního řízení zásobníku uhlí. Řídicí systém řídí dopravníkové pásy, které dodávají uhlí do zásobníku. Uhlí se sype do zásobníku a ven se vykládá vyhrnovacími vozíky. Sypání a vyhrnování bylo třeba řídit tak, aby hladina v zásobníku byla co nejvíce ve vodorovné rovině. Bylo instalováno deset ultrazvukových hladinoměrů, které zjišťují, jak je hladina zvlněná. Poloha pojezdové techniky se rovněž měří ultrazvukově.
 

Řízení automobilové dopravy pro odběr uhlí

Pro uhlí si do podniku přijíždí velké množství nákladních aut. Firma PAS za použití techniky B&R vyprojektovala systém, který zabraňuje vytváření front (obr. 10). Řidič přijede pro určitý typ a množství uhlí. Tyto informace zadá prostřednictvím dotykového panelu do systému a ten mu vydá lístek s číslem. Systém je napojen na sypací místo a ví, kdy je volno. Vydá signál na semaforu a na velký prosvětlený displej vyšle číslo automobilu, které má právě jet pro uhlí. Vše je spřaženo ještě s vážním systémem, který auto zváží a vydá potvrzení o hmotnosti.
 

Automatický systém příjmu a výdeje písku

Uhlí z Dolu Šverma společnosti Czech Coal se dopravuje po železnici. Pro brzdění a rozjezdy vlakových souprav je potřeba využívat písek k podsypávání kol. Písek je uložen v centrálních zásobnících a výsypkou doplňován do vlakových zásobníků (obr. 11). Pro příjem a výdej písku byl navržen a postaven automatický systém založený na technice společnosti B&R.
 

Měření elektrického výkonu

Společnost United Energy (dříve Teplárna Komořany) má na starosti dálkové vytápění téměř celého Mostu a Litvínova. Na výrobu elektrické energie má k dispozici deset fluidních kotlů a na prvním z nich je instalován PLC firmy B&R. Výkon elektrické energie se měří elektroměry, které mají pouze pulzní výstupy odpovídající 10 kW·h. K měření výkonu bylo třeba použít velmi rychlý PLC s programovým cyklem do 1 ms. Tento výpočetní výkon je nutností k provádění velkého množství aritmetických výpočtů a pro maximalizaci přesnosti operací přepočtu elektrické energie na okamžitý elektrický výkon. Společnost United Energy dodává energii do sítě a je vázána přísnými parametry, jako je napětí, frekvence a okamžitý výkon. Právě výkon musí velmi přesně hlídat.
 

Další projekty

Kromě popsaných řešení využila firma PAS techniku B&R v mnoha dalších projektech. V podniku Unipetrol RPA Litvínov se v provozu skladu granulovaného polyethylenu a polypropylenu řídí pomocí jednotek B&R pneumatická doprava granulí mezi zásobníkovými sily, silem a autocisternou, silem a železniční cisternou, výrobním a skladovým silem. V témž podniku řídí systém B&R rozsáhlou technologii zauhlování dvou elektráren.
 
V opravně a prodejně strojů Zeppelin řídí systémy B&R klimatizaci a vytápění budov z jediného centrálního pracoviště. V nemocnici s poliklinikou v Mostě jsou produkty B&R využity pro distribuované řízení výměníkových stanic kotelny, kuchyně, vytápění, klimatizace a přizpůsobení vzduchu do operačních sálů. Uplatní se také v četných systémech k řízení čističek odpadních vod.
 
Techniku B&R využívá firma PAS mnoho let také ve vlastním systému, který vyvinula pro sledování úniků látek z produktovodů, resp. ropovodů. Systém nachází široké uplatnění především v provozu ruského gigantu Gazprom.
Pavel Kohout a Eva Vaculíková
 
 
Obr. 1. Pavel Kohout, ředitel společnosti PAS Procesní automatizační systémy spol. s r. o.
Obr. 2. Usazovací nádrž úpravny důlních vod: shrabovací most zelené barvy s nainstalovaným rozváděčem s řídicím systémem B+R čeká na signál od měřiče výšky kalu
Obr. 3. Rozváděče s jednotkami firmy B+R pro řízení čištění důlní vody
Obr. 4. Operátorské pracoviště úpravny důlních vod
Obr. 5. Nádrž na míchání vápenného mléka
Obr. 6. Doprava uhlí pásovými dopravníky do sypací stanice v Dole Československé armády
Obr. 7. Technika B+R pro řízení homogenizační drtírny
Obr. 8. Skládkový stroj v meziskladu uhlí
Obr. 9. Sypací stanice Dolu Vršany
Obr. 10. Řízení automobilové dopravy pro odběr uhlí
Obr. 11. Pohled na zásobníky s pískem (vlevo) a dopravu písku nad výsypku