Zkušenosti z údržby řídicího systému horkovodu Mělník–Praha

V roce 1995 byla uvedena do provozu základní část tzv. horkovodu Mělník–Praha a jeho řídicí systém. Obojí bylo v dalších letech dále rozvíjeno. Dodavatelem inženýrských služeb v oblasti řídicího systému byla firma Colsys-Automatik, a. s., jež byla poté na smluvní bázi, formou outsourcingu, pověřena také zajištěním jeho záručního i pozáručního servisu a posléze i prováděním všech potřebných změn. Článek stručně popisuje projekt a uvádí některé poznatky a zkušenosti, které pracovníci firmy Colsys-Automatik v jeho rámci získali.

Řízená soustava

Soustava ZTMP (Zásobování teplem Mělník–Praha, tzv. horkovod Mělník–Praha, dále jen horkovod) zajišťuje oběh primární topné vody v systému centrální dodávky tepla pro většinu pravobřežní části Prahy. Význačnou částí horkovodu jsou dvě potrubní linie, každá o průměru 1 200 mm (horkovod 2 × 1 200 mm), spojující zdroje tepla o celkovém výkonu 600 MW v Elektrárně Mělník (EMĚ, obr. 1) s čerpací stanicí v Teplárně Třeboradice (TTŘ, včetně jejího pohotovostního zdroje tepla o výkonu 116 MW pro krytí špiček ve spotřebě tepla). V páteřní síti systému dodávky tepla je dále horkovodem 2 × 800 mm připojena Teplárna Malešice (TMA, výkon 380 MW) a odtud přes čerpací stanici Vinohrady Teplárna Michle (TMI, 116 MW) a přes čerpací stanici Jižní Město (JM) výtopna Krč (51 MW). Každý zdroj tepla má svoji čerpací stanici. Odbočkou na trase Mělník–Třeboradice jsou přes čerpací stanici (ČS) Kojetice zásobovány Neratovice.

Informační řídicí systém horkovodu Mělník–Praha (IŘS ZTMP) řídí všechny čerpací stanice v páteřní síti rozvodu tepla a kotel pohotovostního zdroje tepla Třeboradice. Ostatní zdroje tepla jsou ovládány vlastními řídicími systémy. Základem IŘS ZTMP jsou programovatelné automaty (PLC) řady Simatic od firmy Siemens. Pro čerpací stanice jsou použity redundantní automaty typů S5-155H a S7-414H, přičemž jednu skupinu čerpadel ovládá zpravidla jeden automat. Pro podružnou čerpací stanici Kojetice je použit automat S7-416 a pro odbočené stanice na trase automaty typů S5-115 a S7-200. Všechny automaty v každé čerpací stanici spolu komunikují po redundantním metalickém průmyslovém Ethernetu s přenosovou rychlostí 10 Mb/s. Všechny čerpací stanice jsou propojeny páteřní redundantní průmyslovou optickou sběrnicí s přenosovou rychlostí také 10 Mb/s. Aktivními prvky jsou rozbočovače ASGE a přepínače MR8-03 od firmy Hirschmann. Jako rozhraní pro styk s obsluhou slouží systém Sinaut LSX, provozovaný na pracovních a řídicích počítačových stanicích od firmy Sun. Konfigurace systému LSX a jeho dlouhodobý archiv jsou uloženy v relační databázi Oracle. V celém systému pracuje sedmnáct počítačů Sun (po šesti typů Sparc Station-5 a Sparc Station-20, čtyři typu Sparc Ultra 10 a jeden typu Sparc Enterprise 250). Schéma celého systému je na obr. 2.

Historie výstavby IŘS ZTMP

Ve výběrovém řízení na dodávku IŘS ZTMP zvítězila v roce 1994 firma Siemens AG Österreich se subdodavateli ZAT. a. s., Příbram (dodávka provozních přístrojů), a Colsys-Automatik, a. s., Kladno (dodavatel inženýrských služeb). Firma Colsys-Automatik byla poté firmou Siemens pověřena zajištěním záručního i pozáručního servisu řídicího systému a postupně od roku 1997 i uskutečňováním všech požadovaných změn tohoto systému, včetně jeho rozšířování.

Samotný IŘS ZTMP byl navržen v roce 1994 jako otevřený řídicí systém schopný přizpůsobovat se etapovité výstavbě díla, tj. absorbovat jednotlivé postupně dokončované stavby i další různá budoucí rozšiřování. Hlavní část IŘS ZTMP byla vybudována v roce 1995, kdy byly propojeny základní stavby Mělník–Třeboradice–Malešice. V roce 1996 byla připojena teplárna Michle. V roce 1999 byla připojena čerpací stanice Jižní Město, v roce 2001 teplárna Krč, v roce 2002 čerpací stanice Kojetice a v roce 2003 kotel pohotovostního zdroje tepla v Třeboradicích.

Zkušenosti z provozu IŘS ZTMP

Firma Colsys-Automatik vykonává preventivní kontroly a poskytuje pohotovostní servis IŘS ZTMP na základě smlouvy s provozovatelem horkovodu, Pražskou teplárenskou, a. s. (PT), od roku 1997. Pohotovostní služba se drží nepřetržitě 24 hodin denně s příchodem na místo závady do tří hodin od oznámení závady, nelze-li problém vyřešit cestou diagnostiky na dálku. Preventivní kontroly jsou souborem služeb obsahujícím např.:

• kontrolu stavu systému prostřednictvím modemu (každý pracovní den vyjma dnů přítomnosti pracovníků servisu v provozní jednotce),

• konzultační a kontrolní činnost v rozsahu jednoho dne v provozních jednotkách,

• zálohování systému,

• drobné úpravy programového vybavení nebo způsobu zobrazení systému podle požadavků zodpovědné osoby PT,

• kontrola stavu optické sítě, rychlá lokalizace jejích poruch při připojení diagnostického PC s aplikačním programem Hi-Vision přes modem,

• údržba dokumentace optické sítě v aktuálním stavu,

• asistence při pracích na optickém kabelu,

• vizuální kontrola skříní s optickými prvky a kontrola jejich místních diagnostických členů,

• vyhodnocování diagnostických údajů o systému.

Spolehlivost prvků PLC Simatic

Celkem je v IŘS ZTMP použito 66 roštů se zdroji, 60 procesorových jednotek (CPU), 138 interních komunikačních modulů, 77 komunikačních modulů (průmyslový Ethernet, Profibus, sériová komunikace), 156 modulů digitálních vstupů, 88 modulů digitálních výstupů, 119 modulů analogových vstupů a 19 modulů analogových výstupů. Celkem je nainstalováno 5 114 digitálních vstupů, 2 926 digitálních výstupů, 1 829 analogových vstupů a 148 analogových výstupů, z nich vždy asi 10 % bylo v původním projektu ponecháno nezapojených jako rezerva pro drobná rozšiřování. Další technologická data jsou přenášena různými druhy komunikace (např. čerpadla vybavená měniči frekvence jsou zpravidla kompletně ovládána prostřednictvím sběrnice Profibus).

Za dobu deseti let se vyskytlo čtrnáct poruch prvků PLC Simatic, z nichž u naprosté většiny byla určena i vnější příčina. Několik analogových vstupních karet přestalo fungovat po zatopení elektrárny Mělník při záplavách, několik karet bylo poškozeno při poruchách napájení, několik jich nepřežilo kondenzaci páry z prasklého potrubí a několik karet bylo vyřazeno z provozu vlivem chybné instalace zemnicích kabelů k měničům. Zatím jedinou neobjasněnou poruchou je výpadek komunikace jednoho rozšiřujícího roštu při poklesu teploty v rozvodně.

Spolehlivost prvků komunikační sítě Hirschmann

Celkem je použito sedmnáct modulárních přepínatelných rozbočovačů MR8-03 a dvanáct modulárních rozbočovačů ASGE s úhrnem 43 optickými a 60 metalickými propojovacími jednotkami. Dosud jedinou závadou byl postupný pokles výkonu optického vysílače v optické jednotce EBMM.

Spolehlivost počítačů Sun

Závady hardwaru počítačů od firmy Sun se začaly objevovat, s výjimkou výměny jedné základní desky, až po roce 2000, tedy po déle než pěti letech nepřetržitého provozu. V letech 2001 až 2004 bylo vyměněno devět pevných disků z celkového počtu sedmnáct a dvě síťové karty. Po výskytu prvních poruch disků byly v hlavních počítačích provozovaných déle než pět let vyměněny disky preventivně, při odstávce, s cílem minimalizovat pravděpodobnost výskytu poruch v topném období. Od roku 1999 bylo na jednotlivých pracovištích nutné vyměňovat monitory. V současné době jsou monitory vyměňovány podruhé.

Spolehlivost operátorského rozhraní Sinaut LSX

Za celou dobu provozu IŘS ZTMP nedošlo u systému Sinaut LSX k nevysvětlené závadě. Ročně se zde vyskytne několik desítek drobných závad bez zásadního vlivu na provoz soustavy. Zatím je v převážné většině bylo možné odstranit na dálku při použití modemového spojení, tj. bez nutnosti pohotovostního výjezdu. V roce 2002 došlo k výpadku databáze Oracle. Příčinou byla interní chyba (přetečení indexu), která již je ve vyšších verzích databáze Oracle odstraněna. V roce 2003 musel být zvětšen paměťový prostor pro tabulky databáze dlouhodobého archivu. Příčinou bylo rozšiřování systému, a tudíž růst počtu archivovaných hodnot.

Spolehlivost operačního systému Solaris

Operační systém Solaris (Unix) dosud pracoval bez závady.

Spolehlivost IŘS ZTMP – souhrn

Na obr. 3 je uvedena úhrnná četnost všech typů placených pohotovostních zásahů provedených firmou Colsys-Automatik na IŘS ZTMP v letech 1997 až 2004 (do září). Pokles počtu pohotovostních zásahů v období do roku 1999 lze vysvětlit postupným dolaďováním regulačních a komunikačních smyček, kumulováním zkušeností se systémem a zejména jeho důslednými preventivními kontrolami a zdokonalováním diagnostiky vykonávané na dálku. Stagnaci četnosti zásahů od roku 2000 lze přičíst na vrub rozšiřování systému (Jižní Město, Krč, Kojetice, kotel K5 v Třeboradicích); tím vzrostl počet zdrojů možných závad. Vedle pohotovostních zásahů zahrnutých ve statistice na obr. 3 uskutečnili pracovníci firmy Colsys-Automatik každoročně několik desítek neplacených zásahů v rámci preventivních kontrol nebo dálkově přes modemové spojení. Na základě požadavků zodpovědného pracovníka PT bylo také každý rok provedeno několik desítek drobných úprav programového vybavení.

Výhodný outsourcing servisních činností

Údržba, úpravy a zdokonalování a zejména pohotovost k neprodlenému zásahu v případě nestandardní funkce tak rozsáhlého systému, jako je popsaný IŘS ZTMP, vyžadují od členů servisního týmu poměrně podrobnou znalost všech jeho částí, a to jak obecnou, tak úzce specifickou. Je zapotřebí podrobně znát PLC Simatic řad S5 a S7, různé druhy použitých interních komunikačních protokolů i způsobů komunikace s vnějšími (cizími) systémy, strukturu programu jednotlivých řídicích automatů, komunikační prvky Hirschmann, operační systém Unix, vizualizační systém LSX, databázový systém Oracle a v neposlední řadě i vlastní zařízení a způsob činnosti řízené teplárenské soustavy.

Vybudovat a udržovat servisní tým pro takto vysoce specializovaný účel, navíc se zajištěním nezbytné zastupitelnosti jeho členů, je dosti nákladná úloha. Následné použití takového týmu pro jediný, byť rozsáhlý řídicí systém by pro provozovatele systému znamenalo neúměrné finanční zatížení a v podstatě zbytečný přepych.

Smlouva o preventivní údržbě a pohotovostním servisu IŘS ZTMP mezi společností Pražská teplárenská a firmou Colsys-Automatik, která realizuje za použití obdobných prostředků i další zakázky a jejíž pracovní kolektiv je schopen potřebné činnosti bezezbytku zabezpečit, je dobrým příkladem výhodného využití outsourcingu.

RNDr. Miloš Mrkvička, RNDr. Milan Horáček,
(horacek.milan@colaut.cz)

Colsys-Automatik, a. s.
Buštěhradská 109
272 03 Kladno-Dříň
tel.: 312 285 312
fax: 312 285 318
http://www.colaut.cz