Automatyczny system pracy zapór wodnych
Pszczyna-Łąka, Wisła-Czarne, Przeczyce, Kuźnica Warężyńska
Realizując konsekwentnie przyjęty program modernizacji obiektów hydrotechnicznych oraz obowiązki wynikające z Prawa Wodnego art 64 i Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska z 20 grudnia 1996r. (Dz.U. 97.21.111 dotyczącym warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej RZGW w Gliwicach przystąpiło do budowy i modernizacji Automatycznych Systemów Monitoringu Pracy Zapory (ASMPZ).
Dyrektor RZGW Gliwice inż. Józef STADNICKI oraz Z-ca Dyrektora ds. Utrzymania Wód inż. Krystian Polywka wraz z zespołem pracowników w składzie: mgr K. Starzec- Wiśniewska (Asystent Dyr.), mgr inż. A. Tybura (kier. Działu Utrzymania Wód i Urz. Wodnych), mgr J. Majewski (Spec. ds. Obronnych i Informacji Niejawnych), mgr inż. Tomasz Klimek (kier.Działu Informatycznego), mgr A. Kopeć (OKI), dokonali w dniu 23.07.2004 przeglądu technicznego przed odbiorem zadania "Automatyzacja Monitoringu Pracy Zapór" w Pszczynie-Łące oraz w Wiśle Czarnem.
Zmiany zachodzące w procesie administrowania i zarządzania obiektami hydrotechnicznymi narzucają na administratora obiektu coraz większe zadania, coraz częściej informacje o stanie obiektu muszą być dostępne On-Line dla wielu odbiorców w tym a przed wszystkim dla bezpośredniej obsługi obiektu i tworzonych Ośrodków Koordynacyjne - Informacyjnych.
Do realizacji powyższych zadań zastosowano technologie SCADA opartą o sieć rozproszonych sterowników mikroprocesorowych z powodzeniem wdrażaną i eksploatowaną na obiektach hydrotechnicznych Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Krakowie i Warszawie. Animatorem modernizacji, budowy ASMPZ w RZGW Gliwice był zespól pracowników pod kierunkiem mgr inż. Czesława Witańskiego (RZGW Gliwice) oraz autora założeń projektowych mgr inż. Zbigniewa Trzeciaka (RZGW Kraków).
Projekt wykonawczy systemów pomiarowych oraz ich realizację powierzono firmie Introl S.A. posiadającej duże doświadczenia w zakresie automatyzacji obiektów hydrotechnicznych.
|
System sterowania i akwizycji danych zapewnia:
|
Rys.1. Zabudowa przetwornika pomiarowego piezometru otwartego |
Struktura systemu jest zbudowana modułowo i podzielona hierarchicznie na poszczególne poziomy/warstwy.
Poziom urządzeń pomiarowych. Automatycznym systemem nadzoru zostały objęte następujące parametry: poziom wody w piezometrach otwartych i zamkniętych, wydatki drenaży z rowów opaskowych i studzienek przeciekowych, poziom wody górnej i dolnej, wydatki upustów dennych, wydatki przelewów powierzchniowych, temperatura wody, pomiary meteorologiczne (temperatura i wilgotność powietrza, ciśnienie, kierunek i prędkość wiatru, opad atmosferyczny).
Rys. 2 Szafa pomiarowa |
Pomiar poziomu w piezometrach otwartych zrealizowano za pomocą hydrostatycznego przetwornika poziomu z czujnikiem piezoceramicznym . Przetworniki wyposażone są w układ kompensacji pomiarów od temperatury otoczenia oraz ciśnienia atmosferycznego. Dla zwiększenia niezawodności pomiarów kapilarę układu kompensacyjnego zabezpieczono przed kondensacją pary specjalnym układem osuszającym. Do pomiaru ciśnienia w piezometrach zamkniętych zastosowano przetworniki ciśnienia o wysokiej odporności na warunki otoczenia - IP 67. Z uwagi na wymaganą dokładność oraz niezależność pomiaru od warunków atmosferycznych do pomiaru poziomu wody górnej i dolnej wykorzystano radarowe przetworniki poziomu. Tam, gdzie to było możliwe, zastosowano ponadto rurę pomiarową dla ograniczenia wpływu zafalowania powierzchni wody na wyniki pomiarów. Dla pozostałych pomiarów poziomu o mniejszych wymaganiach dokładności zastosowano przetworniki ultradźwiękowe.
Wydatek wody w drenażach opaskowych zmierzono metodą pomiaru spiętrzenia przelewu. W rurociągach drenażowych wykorzystano ultradźwiękowe przepływomierze w wykonaniu nie wymagającym montażu króćców. Wydatki upustów dennych zostały opracowane metodą obliczeniową jako funkcja poziomu wody górnej oraz stopnia otwarcia zasuw. Wydatki upustów powierzchniowych zostały określone również obliczeniowo. Do pomiarów meteorologicznych zastosowano aparaturę zgodnie ze standardami IMGW oraz WMO. Takie rozwiązanie umożliwia wzajemną wymianę danych pomiarowych z IMGW. Z uwagi na dużą różnorodność aparatury pomiarowej należało przyjąć jednakowy dla wszystkich standard przekazywania danych. Zastosowano popularny sygnał pomiarowy 4-20mA. W celu uproszczenia czynności serwisowych oraz ograniczenia kosztów obsługi zdecydowano się na zastosowanie aparatury pomiarowej pochodzącej możliwie od jednego producenta, gwarantującego jednocześnie wysoką jakość i niezawodność produktów. Takie założenia spełniły produkty renomowanej firmy Vega. |
Poziom sterowania i akwizycji danych. W zakres tej warstwy wchodzą autonomicznie działające układy mikroprocesorowe oparte o sterowniki programowalne serii SLC500 firmy Allen Bradley. Każdy sterownik realizuje lokalne algorytmy sterowania, a także jest odpowiedzialny za przetwarzanie danych pomiarowych oraz informacji o stanach, w jakich znajdują się urządzenia. Informacje te są następnie przekazywane do systemu nadrzędnego za pośrednictwem lokalnej sieci przemysłowej Ethemet. Z uwagi na duże odległości i odporność na zakłócenia sieć została wykonana kablami światłowodowymi. W przypadkach, gdy układanie kabli nie było możliwe, wykorzystano łączność radiową w paśmie 430 MHz.
Oprócz pomiarów w ważnym elementem systemu automatyzacji są układy sterowania zasuwami, pompami oraz instalacjami pomocniczymi (oświetlenie obiektu, szlabany drogowe). Istniejące instalacje wymagały modernizacji polegającej na przystosowaniu do zdalnej obsługi. Wprowadzono przy tej okazji nowe przydatne w codziennej eksploatacji funkcje np. okresowe automatyczne uruchamianie i naprzemienna praca zasuw służąca kontroli i poprawie niezawodności pracy urządzeń.
Rys.3 Przykładowy ekran systemu wizualizacji
W pełni zautomatyzowano pracę przepompowni w Wiśle Wielkiej umożliwiając jej bezobsługową pracę. Wszystkie urządzenia obiektowe zostały wyposażone w wyłączniki krańcowe służące sygnalizacji włamania i kontroli dostępu. Dzięki integracji systemu z istniejącą instalacją sygnalizacji włamania każda niepowołana ingerencja wywoła procedury alarmowe.
Bardzo dużą wagę przy realizacji zadania położono na zabezpieczenie torów pomiarowych przed przepięciami i zakłóceniami od zjawisk atmosferycznych. Wszystkie tory pomiarowe wyposażone są od strony urządzenia obiektowego oraz sterownika w ochronniki przepięciowe. Dodatkowo od strony sterownika zastosowano separację galwaniczną obwodu. Ochrona przepięciowa występuje również w torach zasilających szafy pomiarowe oraz wszystkich sygnałach binarnych wyprowadzonych poza szafę pomiarową. Ograniczono także wpływ prądów wyrównawczych występujących przy stosowaniu długich linii kablowych poprzez wzajemną separację galwaniczną urządzeń pomiarowych oraz miejscowe ich uziemianie.
Zapewniono także podtrzymanie napięcia zasilania urządzeń zasilaczami akumulatorowymi.
Poziom operatorski. W skład tej warstwy wchodzą stanowiska komputerowe z zainstalowanym oprogramowaniem realizującym następujące funkcje: wizualizacja stanów pracy urządzeń oraz wartości mierzonych wielkości analogowych, zdalne sterowanie urządzeniami wykonawczymi i zadawanie nastaw, archiwizacja danych pomiarowych, sygnalizacja stanów alarmowych.
Rys.4 Struktura systemu sterowania
Poziom operatorski został zrealizowany w oparciu o dwie niezależne stacje operatorskie oparte na komputerze klasy PC z zainstalowanym systemem wizualizacji RSView32 firmy Rockwell Software. Trzecia stacja komputerowa jest serwerem sieci oraz ma zadanie gromadzenia danych pomiarowych. Obie stacje operatorskie pracują w trybie naprzemiennym i są w pełni autonomiczne. Rozwiązanie to znacząco poprawia niezawodność pracy systemu wymaganą w sytuacjach kryzysowych.
Wszystkie dane pomiarowe z obiektów są udostępniane w Intemecie. Umożliwia to zdalny podgląd stanu zapór oraz wymianę danych z innymi systemami monitoringu.
