Aktuální vydání

celé číslo

04

2023

Automatizace pro snižování spotřeby energií a vlivu prům. na živ. prostředí

Management a úspory energií v průmyslu

celé číslo

Teplárna Písek, a. s., výměna ASŘTP – rozvod tepla

Automa 4/2001

Jiří Reindl,
manažer akce, Honeywell HB&C ESS

Teplárna Písek, a. s., výměna ASŘTP – rozvod tepla

Výběrové řízení
Dne 2. července 1998 obdržela firma Honeywell, spol. s r. o., výzvu od Teplárny Písek, a. s., jako investora, na podání návrhu na realizaci díla Výměna ASŘTP – rozvod tepla na zařízeních centrálního zásobování teplem města Písek.

Pro výběrové řízení zajistil investor ve spolupráci s firmou E-Consult Praha dokonale zpracované technické zadání, veškeré legislativní a ekonomické podmínky a požadavky pro realizaci díla. Všechny dokumenty výběrového řízení předané potenciálním dodavatelům byly zpracovány do nejmenších podrobností a stanovená technická kritéria byla velmi vysoká. Mezi dvanácti zájemci o získání této zakázky byly kromě společnosti Honeywell další renomované firmy, které investorovi předložily své nabídky.

Již samotné vypracování technické a cenové nabídky kladlo značné nároky na technicko-organizační úroveň uchazečů. Základem pro její zpracování byla nutnost místním šetřením a porovnáním s technickými požadavky na realizaci díla velmi podrobně zmapovat, prověřit, posoudit a vyhodnotit stav všech stávajících technologických zařízení. Firma Honeywell uskutečnila tato šetření ve spolupráci se svou distributorskou organizací, firmou Terms České Budějovice, která se později stala smluvním partnerem firmy Honeywell pro realizaci díla.

Další náročnou činností bylo zajistit všechny potřebné certifikáty pro všechna dodávaná zařízení, přístroje a prvky, včetně montážních materiálů, a prokázat schopnost splnit vysoce náročné technické a legislativně-obchodní kritéria ve vztahu ke všem platným domácím předpisům i důležitým předpisům EU s předpokládanou budoucí platností v ČR, např. v oblasti radiokomunikací. Firma Honeywell pro zajištění splnění požadavků výběrového řízení vytvořila tým technicko-obchodních pracovníků, který při své práci využil poznatky, informace a technické možnosti výrobních a technických center firmy Honeywell téměř z celého světa. Značné pracovní úsilí přineslo své ovoce. Výsledek práce, tedy komplexní technická a cenová nabídka, byl vyhodnocen investorem akce a jeho odbornými poradci jako nejvhodnější a dne 15. února 1999 byla mezi firmami Teplárna Písek a Honeywell podepsána smlouva o dílo. Firma Honeywell vstoupila do realizace s jednoznačným cílem, realizovat projekt, který svým rozsahem a technickou náročností požadavků nemá v tuzemsku obdoby.

Požadavky na realizaci díla
Realizace díla zahrnovala vypracování projektové dokumentace a zajištění všech k tomu potřebných podkladů, inženýrink pro veškeré činnosti nutné k realizaci díla, kompletní dodávky přístrojů a zařízení, včetně jejich obstarání a dopravy, průběžné prokazování kvality všech dodávek ve smyslu ISO 9001, veškeré potřebné úpravy stávajícího zařízení, včetně stavebních úprav, demontáž a likvidaci (podle platných ekologických předpisů) nepotřebného stávajícího zařízení, kompletní montáž nových přístrojů a zařízení, zajištění všech potřebných technických a legislativních dokladů, vypracování dokumentace skutečného provedení, zajištění všech práv k používání potřebných licencí, know-how, softwaru a autorských práv, zaškolení pracovníků obsluhy a jejich průběžné doškolování. Požadovaný rozsah díla zahrnoval kompletní rekonstrukci zařízení měření a regulace a instalaci dvouúrovňového řídicího systému pro 31 výměníkových stanic těchto typů:

  1. parní výměníková stanice s výměníky typu Jad,
  2. parní výměníková stanice s výměníky typu Glaser,
  3. horkovodní výměníková stanice s expanzní nádrží,
  4. horkovodní výměníková stanice s doplňováním z horkovodu,
  5. kompaktní tlakově závislá výměníková stanice,

a dále rekonstrukci plynových kotelen různých výkonů, typů a vybavení, jedné parní výtopny a instalaci nové řídicí centrály a dvou operátorských pracovišť. Nedílnou součástí díla byla také integrace dosavadních monitorovacích systémů Vardis, dispečinku (včetně jeho přemístění), čtyř uzlových parních výměníkových stanic (i s jejich připojením) a celkem 48 kompaktních stanic s řídicím systémem Sauter, všech řídicích systémů plynových kotlů (např. Viessman), všech měřičů tepla, průtoku a elektrické energie (přibližně patnáct různých typů a systémů, např. ZPA, Danfoss, Elis, Siemens, Landis & Gyr, Spanner Pollux – Premex, Schlumberger, Prema, SVM, Chirana Stará Turá, Honeywell), všech stávajících výrobků a zařízení měření a regulace (přibližně dvacet tuzemských a zahraničních výrobců – ZPA, Metra, Mertik, Mave Nymburk, Komex, Landis & Gyr, Sauter, Johnson Control, Vardis) a všech již existujících řídicích systémů frekvenčních měničů čerpadel (např. MEZ Frenštát, Mitsubishi Electric, Grundfos, Autocont). Součástí integrace bylo také zajistit přenos všech informací a povelů v dvouúrovňovém řídicím systému certifikovanou rádiovou sítí, plně vyhovující mezinárodním normám. Komunikační systém musí být schopen přenášet informace do počítačové sítě investora Novell (500 volně volených hodnot a deset vybraných hodnot z každého měřiče tepla) a do teplárenského řídicího systému ZAT 2000 MP (50 volně volitelných hodnot). Dále musí zajistit synchronizaci systémového času.

Pro ovládání systému bylo nutné instalovat přehledové tablo se schématem celé tepelné sítě investora a hodnot a informací vybraných vizualizací. Z požadavku na spolehlivost vyplynula nutnost mít plně redundatní řídicí centrálu a všechna přenosová zařízení základní úrovně řízení a všechna řídicí a operátorská dispečerská pracoviště vybavit záložními zdroji.

Součástí zakázky bylo také zajištění potřebných zkušebních přístrojů a zařízení a zařízení pro místní ovládání a zobrazování.

Zákazník dále požadoval, aby byla zajištěna rezerva v paměti systému 30 % a pro každý typ signálu 10 %. Požadovaná kapacita komunikační sítě byla 100 směrů, kapacita datové sítě minimálně 500 stanic první řídicí úrovně.

Jeden z nosných požadavků celé realizace bylo dodržet garantované parametry pro všechna sledovaná zařízení podle tab. 1.

Tab. 1. Garantované parametry

Parametr Maximální povolená hodnota
cyklus výpočtu algoritmů binárního řízení 300 ms
cyklus výpočtu regulačních smyček 500 ms
časové rozlišení sekvence událostí 100 ms
doba potřebná pro změnu obrázku na obrazovce 2 s
doba načtení hodnot ze zvolené řídicí stanice objektu 2 s
cyklus obnovy dat mezi řídicí stanicí a centrálou 5 s
doba načtení poruchového hlášení 7 s
přesnost regulace teploty topné vody v ustáleném stavu 1 °C
přesnost regulace teploty teplé užitkové vody v ustále-ném stavu 0,2 °

Firma Honeywell v nabídkové variantě navrhla tuto koncepci řešení:

1. Provozní přístroje

Provozní přístroje jsou přístroje umístěné přímo na technologických zařízeních. Stávající funkční přístroje byly doplněny novými přístroji a zařízením firmy Honeywell nebo dalších renomovaných a osvědčených výrobců, s plnou garancí firmy Honeywell. Z ekonomických důvodů investor nepožadoval dodávku nových regulačních ani uzavíracích armatur s elektropohony.

2. První úroveň řízení

První úroveň řízení zahrnuje zařízení umístěné u příslušných technologických celků, ve výměníkových stanicích nebo kotelnách. Navrženy byly podstanice řídicího systému Excel 5000 firmy Honeywell. Pro vlastní řízení technologických celků to byly podstanice Excel 50 a 500, pro sběr dat z měřičů s výstupem M-bus podstanice Excel 50.

3. Druhá úroveň řízení

Na druhé úrovni řízení jsou řídicí, operátorská a dispečerská pracoviště, umístěná na vybraných místech provozu. Základem vybavení pracovišť jsou počítačové sestavy firmy Compaq vybavené operačním systémem Microsoft Windows NT verze 4.0 a softwarovými produkty firmy Honeywell. Jako nejvhodnější byl vybrán monitorovací systém Scan 3000, převážně používaný v průmyslových a bezpečnostních aplikacích. Velikost databáze byla stanovena na 5 000 datových bodů. Technické parametry systému Scan 3000 s architekturou klient-server dávají teoretické předpoklady pro bezproblémové zvládnutí všech požadavků investora, včetně všech potřebných integrací cizích systémů. Systém zajišťuje vysokou flexibilitu, výkon a velkou podporu pro různé typy komunikací po sítích. Základním použitým komunikačním protokolem v systému Scan 3000 je protokol TCP/IP.

Teoreticky by měl řídicí systém Scan 3000 zajišťovat také bezproblémovou komunikaci mezi stanicí server a ostatními stanicemi systému na úrovni dispečinku, s komunikačními servery systému Sauter a se systémem ZAT. Rovněž teoreticky bezproblémový měl být i způsob skenování soustavy řídicích podstanic systému Excel 5000 po sériové sběrnici C-bus firmy Honeywell.

4. Komunikační systém

Komunikační systém obsahuje bezdrátový přenos dat a informací mezi podstanicemi systému Excel 5000 a řídicí centrálou Scan 3000.

Jako nejvhodnější byl vybrán systém firmy Racom Nové Město na Moravě, tvořený rádiovým přenosem v pásmu 500 MHz o šířce 25 kHz, s přenosovou rychlostí 21 700 b/s ve vzduchu a 19 200 b/s na portu. Komunikační síť byla vytvořena z radiomodemů typu MR 25 v režimu dial-up pro přenos dat do podstanic systému Excel 5000 a z nich a pro přenos v protokolu Modbus ze čtyř centrál s prostředím ControlWeb systému Sauter.

Realizace první etapy
Podle nabídkové koncepce již byla dokončena první etapa díla, která zahrnovala vypracování projektové dokumentace pro realizované objekty, kompletní rekonstrukci zařízení měření a regulace a instalaci dvouúrovňového řídicího systému pro sedm výměníkových stanic, instalaci nové řídicí centrály a dvou operátorských pracovišť, integraci a přemístění stávajícího dispečinku a zajištění jeho nezbytného chodu po dobu realizace, integraci 48 kompaktních předávacích stanic s řídicím systémem Sauter prostřednictvím čtyř centrál s prostředím ControlWeb, propojení řídicího systému Honeywell se systémem teplárny ZAT a vybudování rádiového přenosového systému Racom. Přestože jednotlivé funkční celky, tvořené řídicím systémem Excel 5000 s množstvím různorodých periferií, počítačovým kompletem Compaq se softwarovými produkty Microsoft, centrálou Honeywell Scan 3000 a radiomodemovým systémem Racom, mají vynikající technické parametry s obrovskými aplikačními možnostmi a jejich vzájemná součinnost a funkčnost měla být teoreticky bez jakýchkoliv problémů, v praxi jejich skloubení do společného funkčního celku přinášelo množství nepředvídatelných a často technicky velmi obtížně řešitelných problémů. Jejich odstraňováním a potřebnými zásahy do dodaných systémů bylo vyvoláváno (podle úsloví, že „vše souvisí se vším“) další množství problémů. Důležitým poznatkem z praxe byla skutečnost, že každý výrobce deklaruje pod všeobecně používanými formulacemi a parametry použitelnost a aplikační schopnosti svých zařízení po svém – a lidově řečeno „černá barva je pro každého trochu jiná“. Důležité parametry různých zařízení různých výrobců byly pod stejným názvem odlišné. Tyto jemné odlišnosti v oblasti výpočetní techniky, tedy tam, kde jsou nutné naprosto jednoznačné a přesné formulace, informace a data, způsobovaly nemalé a často záhadné problémy, jejichž řešení vyžadovalo spolupráci s odborníky s hlubokými technickými znalostmi softwarové problematiky pro všechny použité softwarové produkty. Přesto konečný stav realizace první etapy díla neodpovídal původním a smluvně požadovaným výsledkům a představám o funkčnosti dodaného zařízení. Zařízení jako celek nesplnilo v několika bodech požadované garantované parametry.

Na základě těchto výsledků rozhodla firma Honeywell po dohodě s investorem změnit koncepci řízení a přenosu pro celé dílo a podle nové koncepce provést také změny již realizované první etapy díla. První úroveň řízení byla ponechána beze změn. Na druhé úrovni řízení zůstaly základem vybavení pracovišť navržené počítačové komplety firmy Compaq vybavené operačním systémem Microsoft Windows NT verze 4.0 a softwarovými produkty firmy Honeywell, pro centrálu byl však použit nejnovější systém firmy Honeywell EBI – Enterprise Buildings Integrator, vyvinutý pro úplné řízení všech základních soustav vytápění, větrání a klimatizace včetně požárních a zabezpečovacích systémů, s obrovskými možnostmi integrace mnoha různých cizích informačních a řídicích systémů. Tento systém nebylo možné v době zpracování nabídky ještě využít, neboť k použití v ČR byl uvolněn až na podzim roku 1999. Základem systému EBI je architektura klient-server v prostředí místních i rozprostřených sítí LAN nebo WAN na platformě Windows NT. Systém podporuje všechny nejvíce používané otevřené standardy, jako BACNet, LonWorks, OPC, Modbus, Advanced DDE apod. Rovněž umožňuje realizovat plnou redundanci. Velikost databáze byla zvětšena na 10 000 datových bodů. Technické parametry systému EBI, aplikační schopnosti a jejich plná využitelnost pro dané potřeby a požadavky řízení byly určujícím směrem pro další varianty koncepčního řešení.

Co se týče komunikačního systému, byl zachován systém firmy Racom Nové Město na Moravě. Komunikační síť však byla vytvořena z radiomodemů typu MR25ET s ethernetovou kartou. Ze soustavy řídicích podstanic Excel 5000 byla vytvořena síť NXN (Network Excel Nod) s přenosem v protokolu TCP/IP. Přenos dat systému Sauter byl zachován v protokolu Modbus podle nabídkové varianty.

Změněná koncepce byla po schválení investorem okamžitě realizována a vyzkoušena na první etapě díla. Bohužel se ani teď nenaplnila optimistická předpověď dokonalé a bezporuchové funkce zařízení. Vytvořená rádiová síť nesplňovala požadavky na přenosové rychlosti a přenosové cesty se zahlcovaly. Systém přenosové komunikace tedy byl po dohodě s investorem zásadně změněn. Zůstal zachován radiomodemový přenos v protokolu Modbus pro čtyři centrály zařízení Sauter. Pro všechny ostatní přenosy byl použit bezdrátový mikrovlnný přenosový systém CISCO Aironet, pracující v kmitočtovém pásmu 2,4 GHz o přenosové kapacitě 1 Mb/s. Pro vlastní přenosové cesty byla vytvořena síť se třemi multipointy na nejvyšších místech města a příjmovým zařízením na komíně teplárny Písek. Pro multipointy bylo použito zařízení CISCO Aironet bridge AIR BR 340, pro klientské body adaptéry UC 4800E.

Současný stav
Tato varianta byla okamžitě použita na první etapě díla. Souběžně s prací na první etapě díla v nové koncepční variantě byla kvůli termínu realizována také druhá etapa díla, která pro rok 2000 zahrnovala vypracování projektové dokumentace pro realizované objekty, kompletní rekonstrukci zařízení měření a regulace a instalaci dvouúrovňového řídicího systému pro 27 výměníkových stanic různých typů.

Do konce února 2001 prošlo veškeré zařízení první etapy díla všemi potřebnými zkouškami, včetně zkoušek prokazujících garantované parametry. Závěr byl jednoznačný. Zařízení v poslední variantě splňuje všechny parametry v lepších než požadovaných hodnotách, je plně funkční a pracuje ke spokojenosti investora Teplárny Písek, a. s., i firmy Honeywell jako dodavatele díla. Druhá etapa díla je v současné době také dokončena, zařízení je plně funkční a jsou vykonávány individuální, předkomplexní a komplexní zkoušky. Dosavadní výsledky zkoušek dokazují tytéž výborné výsledky ve všech směrech kontroly jako u zařízení první etapy. Zahájena je třetí etapa díla a nyní odborníci vypracovávají projektovou dokumentaci.

Závěr
Vzhledem k rozsahu díla lze říci, že hlavní a technicky nejnáročnější část díla je již hotova. Výsledky jsou i přes počáteční problémy a potíže výborné a mnohdy překračují vysoké požadavky zadání. Díky maximálnímu úsilí pracovníků firmy Honeywell, realizační firmy Terms České Budějovice a v neposlední řadě díky pochopení a určité shovívavosti investora se podařilo realizovat dílo, které svou technickou náročností a rozsahem nemá v naší republice obdoby a může být chloubou všech zúčastněných.

Hlavních a zásadních stanovených cílů investora, které byly:

  • zajištění požadovaného provozu technologických zařízení,
  • snížení nákladů na spotřebu energií při zajištění všech požadovaných technických a technologických parametrů,
  • snížení nákladů na údržbu použitím spolehlivého a kvalitního zařízení a úsporných provozních programů,
  • snížení nároků na množství pracovních sil a jejich zatížení,
  • uspoření investičních prostředků při 100% zabezpečení všech technických a provozních nároků a požadavků,
  • úspora paliv a energií pro jednotlivá technologická zařízení,
  • úspory dodržováním energetických odběrových diagramů,
  • automatická optimalizace provozu technologických zařízení,
  • rychlá návratnost vložených prostředků,
  • úspora energií pro vlastní systém MaR ASŘ,
  • úspora na vybavení technologických zařízení,
  • úspora prostoru u technologických zařízení a řídicí centrály,
  • zmenšení počtu provozního a obslužního personálu,
  • úspory na mzdách,
  • úspory nákladů na administrativně-technickou činnost,
  • velká přesnost a rychlost získaných informací,
  • vysoká spolehlivost a kvalita zařízení MaR ASŘ,
  • dlouhá životnost zařízení MaR ASŘ,
  • okamžitá informovanost o stavu technologických zařízení,
  • okamžitá reakce řídicích systémů na změnu stavů,
  • zajištění předepsaných výstupních technických hodnot provozu,
  • zajištění dodržování provozních předpisů u všech technologických zařízení,
  • vzajištění trvalé kontroly všech technologických zařízení,
  • zvýšení úrovně a rychlosti informovanosti obsluhy s možností okamžitých následných potřebných zásahů,
  • zajištění pravidelných vyhodnocování technických stavů a dosažených hodnot v návaznosti na periodickou údržbu,
  • zkvalitnění provozu technologických zařízení,
  • zkvalitnění kontrolních činností,
  • zajištění plné bezpečnosti provozu,
  • zkvalitnění a zjednodušení obsluhy,
  • plný a vysoký komfort obslužných zařízení,
  • zjednodušení komunikace obsluhy se systémem,
  • zkvalitnění a zjednodušení přístupu k získaným informacím,
  • zkvalitnění a zjednodušení zpracování a využití získaných informací,
  • zajišťování preventivních zásahů,
  • okamžité zpracování informací v jakékoliv potřebné podobě,
  • minimalizace potřeby lidského faktoru,
bylo dosaženo.

Dodržen bude také konečný termín pro celou realizaci díla, stanovený na 31. října 2001.