Современное промышленное производство обычно представляет собой набор разных инженерных систем, которые ставили в разное время, выпущены разными производителями: худо-бедно работают, хотя и ломаются. Для инженеров подобный «зоопарк» — серьезная головная боль. Иногда проблемы начинают расти как снежный ком. К счастью, есть решения, которые позволяют развернуть этот тренд и нащупать правильный путь.

Начальный этап — диспетчеризация и сбор данных. Инженеры получают «глаза и уши», они не просто косвенно оценивают работу систем, а получают полную телеметрию. Если где-то произойдет сбой, об этом сразу же узнают по оповещениям. Из собранных данных можно добыть немало полезных сведений, о чем мы поговорим чуть ниже.

Сегодня мы рассмотрим несколько решений диспетчеризации на примере крупного пищевого производства – мясокомбината в Подмосковье. Нам поможет интегратор ООО “ИНПРО”. Мы расскажем о внедрённых решениях и о том, какой результат они дали.

Паровой котёл – жизненно важный компонент мясокомбината (диспетчеризация, автоматизация)

На предприятии не было удаленного мониторинга — инженерам приходилось посещать объекты «ногами», чтобы узнать их состояние. А предприятие немаленькое и занимает приличную площадь. Конечно, технический персонал может наматывать круги, обходя каждый объект по расписанию, но это процесс совершенно лишний. Также не всегда получается оперативно реагировать на проблемы.

Важный инженерный компонент мясокомбината — два газовых паровых котла. Пар на пищевом производстве нужен везде: от дезинфекции до варки колбас. Поэтому необходима абсолютная стабильная работа паровых котлов — любой сбой обходится очень дорого. Первое решение, которое было сделано на мясокомбинате, — диспетчеризация ключевых параметров паровых котлов: чтобы на экране смартфона главного инженера и в диспетчерской всегда можно было посмотреть текущие рабочие параметры. Также в соседнем помещении установлен резервный электрический котел Титан 1800, который также включают, когда основные газовые котлы не справляются. 

Паровые котлы работают под управлением собственной системы автоматизации, у которой нет ничего для интеграции с внешними системами, поэтому было решено установить контроллер Wiren Board и модуль WBIO-DI-HVD-16, который обеспечивает контроль наличия напряжения после автоматических выключателей и на сигнальных лампах щита управления паровым котлом. Через модуль WB-MIO информация о состоянии выключателей и ламп передается на контроллер, а затем через модем уходит на сервер интегратора. Модуль визуализации на базе Grafana выводит красивые и информативные панели. То есть даже без полноценной интеграции с контроллером парового котла удалось обеспечить диспетчеризацию. В случае выхода параметров за рабочие пределы отправляются аварийные уведомления, что позволяет оперативно реагировать. Причем в диспетчерской были добавлены и голосовые оповещения. Если давление пара снизится, то диспетчер не только это увидит, но и услышит.

Дополнительно к контроллеру подключен датчик давления, который контролирует давление пара.

Паровые котлы расходуют большое количество воды, которую необходимо правильно подготавливать. В воду добавляются два реагента: для предотвращения образования накипи и для удаления растворенного кислорода. На кубометр воды необходимо добавлять по 75 мл одного и другого. Раньше дозирование велось «на глазок», что приводило к нерациональному расходу реагентов и низкому качеству пара. Если реагентов было недостаточно, образовывалась накипь, а кислород способствовал коррозии. Установленный в щит контроллер Wiren Board, который занимается диспетчеризацией паровых котлов, позволил без крупных дополнительных затрат добавить автоматизацию водоподготовки. Стандартное решение (дозирующий насос + водосчетчик) здесь не подошло: питательных линий две, существующие счетчики с разными весовыми коэффициентами). Интегратор подключил счетчики воды к входам модуля  WB-MRM2-MINI V.2. Информация со счетчиков поступает на контроллер, который каждый дает команду дозирующему насосу на впрыск порции реагентов. Это решение не только обеспечило стабильное качество пара, но и привело к экономии довольно дорогих реагентов.

Подстанции и газовые генераторы (диспетчеризация)

Мясокомбинат запитан от двух трансформаторных подстанций (ТП). Каждая подстанция запитана по двум вводам. В помещениях обеих ТП установлены щиты с контроллерами Wiren Board и счетчиками WB-MAP3E. К вводам счетчики подключены разъемными трансформаторами, поэтому они монтировались без вмешательства в существующие цепи. 

Несколько лет назад для экономии электроэнергии были установлены два газовых электрогенератора мощностью 1 МВт каждый. Они позволяют существенно экономить. Себестоимость киловатт-часа получается примерно в два раза дешевле тарифа. В итоге экономия составляет несколько миллионов рублей в месяц. Генераторы работают синхронно с сетью. В блоке генераторов установлен щит с модулем Wiren Board и двумя счетчиками WB-MAP3E, которые измеряют параметры электроэнергии на выходе генераторов.

Кабели от четырех источников (2 ТП + 2 генератора) приходят на распределительное устройство (РУ), где производится коммутация источников и нагрузок. В настоящее время коммутация производится вручную, но есть планы автоматизировать этот процесс.

Параметры электроэнергии измеряются не только на источниках, но и на наиболее «жирных» потребителях. Таких, как электрический паровой котел «Титан 1800», — он потребляет порядка одного МВт. Схема та же: информация со счетчиков поступает на контроллер Wiren Board. 

Готовой сетевой инфраструктуры LAN на территории предприятия нет, оптоволокно только прокладывается, поэтому контроллеры с сервером связаны через мобильный интернет. Это позволяет оперативному персоналу в реальном времени видеть измеряемые параметры.

Интересный момент: источники и потребители территориально разнесены. Физической возможности подключить те же трансформаторы тока, установленные на вводах или фидерах, непосредственно к автоматике генераторов нет. Контроллер, расположенный в блоке генераторов, собирает данные с контроллеров, расположенных на ТП и РУ, и пишет полученные значения в регистры автоматики генераторов 10 раз в секунду. Генератор — штука достаточно инерционная, и этого потока данных ему хватает, чтобы синхронизироваться с сетью и своевременно реагировать на изменения.

Холодильники (диспетчеризация)

На мясокомбинате работают около сотни холодильников разных объемов, за которыми необходимо следить. Держит ли холодильник температуру? Не превышается ли при этом потребляемая мощность? Корректно ли работает оттайка?

Здесь диспетчеризацию только начали внедрять на четырёх пилотных холодильниках. К каждому холодильнику подключаются сетевые карты WB-REF-U, которые передают информацию телеметрии на контроллер Wiren Board. Последний отправляет данные на сервер.

В графическом интерфейсе можно посмотреть график температуры и других параметров. В случае выхода за рабочий диапазон приходит оповещение.

Когда будет введена диспетчеризация всех холодильников, инженеры смогут отслеживать их работу в реальном времени в удобном интерфейсе.

Прогнозирование поломок оборудования

Выше мы описали три системы, с которых поступает информация диспетчеризации. Если у нас есть история нормальной работы различных электрических устройств, то появление каких-либо отклонений сигнализирует о вероятных проблемах и через какое-то время оборудование может выйти из строя. У интегратора накоплена статистика, например, по компрессорам холодильников. И по характерному отклонению мощности можно сделать вывод об утечке фреона или других неисправностях. То же самое касается паровых котлов. Здесь накапливаемый массив данных приносит огромную пользу — с помощью алгоритмов или нейросети его можно анализировать и использовать для оценки текущих рабочих параметров.

Особенно это удобно для удаленных объектов: если проблема определена, то можно отправлять в командировку инженера с нужной запчастью. Ему не придется ездить два раза, сначала для поиска причины проблемы, что тоже приводит к экономии.

Диспетчерская и софт

Главный инженер предприятия получает доступ к интерфейсу системы, в котором доступна информация телеметрии. То есть он может в любое время оценить работу инженерных систем предприятия и отреагировать при необходимости, даже когда он находится за пределами мясокомбината — лишь бы был доступен интернет.

В диспетчерской установлены четыре больших монитора, на которых выводится информация телеметрии. Оповещения о событиях дублируются голосовыми сообщениями. Система работает на двух Mac Mini — как сообщил интегратор, они показали высокую надежность и функционируют на объектах многие годы.

Для интерфейса используется Grafana, на сервере написан свой софт на .NET, на контроллере Wiren Board запрограммированы скрипты wb-rules.

Заключение

Как можно видеть, диспетчеризация и автоматизация инженерных систем предприятия пока на начальном этапе. Инженеры компании постепенно получают «глаза и уши» в разных системах, с которых поступает информация телеметрии. Сначала диспетчеризация была добавлена к паровым котлам (попутно была решена автоматизация водоподготовки), к подстанциям и газовым генераторам электроэнергии. Это позволило настроить наиболее эффективную работу инженерных систем, за которыми установлено постоянное слежение. В результате риски простоев сведены к минимуму. Главный инженер буквально на ладони получает телеметрию жизненно важных систем предприятия.

Следующий этап — диспетчеризация холодильного оборудования. Она позволит собирать телеметрию с сотни холодильников предприятия, своевременно получать информацию о выходе за рабочие параметры, предсказывать поломки тех же компрессоров.

Как мы неоднократно убеждались, аппетит приходит во время еды. Инженеры предприятий часто скептически относятся к диспетчеризации, но когда они начинают буквально «видеть» жизнь инженерных систем, то пробуждается интерес. Что еще можно внедрить, чтобы облегчить себе жизнь, а предприятию — увеличить прибыль?

Огромную ценность представляет массив данных, накопленных системами диспетчеризации. Он постоянно анализируется алгоритмами и нейросетями на сервере, результаты весьма интересные. Это и предсказание выхода из строя компонентов, и подсказки, как можно сделать работу более эффективной. Здесь многое зависит от опыта и компетенции интегратора, который постоянно дорабатывает алгоритмы на сервере и предлагает их заказчикам.

Мы надеемся, наш рассказ получился интересным. Возможно, у вас тоже есть опыт подобного внедрения? Пишите в комментариях.