Jak optymalnie zagospodarować przestrzeń pomiędzy pomiarami cieplnymi a systemem automatyki?

Przeważającą część obliczeń energii cieplnej, dostarczanej za pomocą nośników energii, takich jak woda, para czy mieszaniny wodno-glikolowe, wykonywana jest za pomocą wyspecjalizowanych liczników ciepła. Posiadają one oprogramowanie dedykowane do danego rodzaju obliczeń cieplnych, jednakże uzyskanie odpowiedzi na temat poprawy efektywności energetycznej wymaga również prowadzenia dodatkowych obliczeń, niestandardowych wskaźników oraz analizy trendów. Do takiego trybu pracy liczniki ciepła nie są przystosowane, na ogół nie posiadają też oprogramowania rejestrującego lub funkcja ta jest realizowana w bardzo ograniczonym zakresie.

Dlatego też analizy wskaźników efektywności energetycznej prowadzone są w systemie SCADA, dedykowanym dla zarządzania energią, lub w systemie automatyki PLC/DCS. Tu napotykamy jednak inny problem. Aby obliczenia były prowadzone z akceptowalną dokładnością, muszą być wykonywane zgodnie z prawami termodynamiki, które w  tym zakresie wymagają stosowania nie tylko bardzo złożonych równań, ale również rozbudowanych tablic entalpii i gęstości. Ze względu na swoją złożoność, procedury dla wody, pary i gazów, zostały zunifikowane w postaci norm i wytycznych, takich, jak IAPWS-IF97 dla wody i pary, czy normy AGA/SGERG-88  dla gazu ziemnego.

>>Dowiedz się więcej nt. rejestratora Memograph RSG45<<

W konsekwencji pociąga to za sobą konieczność dokupienia wyspecjalizowanych pakietów obliczeniowych albo stosowania oddzielnie liczników ciepła na poziomie obiektowym, a następnie integracji przeliczonych przez nie wyników w SCADA lub DCS. Niesie to z sobą dodatkowe koszty. Często jednak jest to sytuacja nieunikniona, ze względu na różnorodność postaci energii, która powinna być uwzględniona w ogólnym bilansie, włączając w to również energię elektryczną.

Standaryzacja równań termodynamicznych dla wody i pary zgodnie z IAPWS-IF97

Jedną z możliwości wykonania obliczeń, bez ingerencji w strukturę układów automatyki, jest zastosowanie rejestratora Memograph RSG45 produkcji Endress+Hauser, który dysponuje wersją z wyspecjalizowanym pakietem oprogramowania dla obliczeń cieplnych wody i pary. Dysponując pakietem obliczeniowym, zgodnym z IAPWS-IF97, rejestrator Memograph M z oprogramowaniem dla obliczeń cieplnych zawiera więc wbudowany pełnowartościowy licznik ciepła dla wody i pary, a także dodatkowo, mieszanin woda – glikol używanych w wielu przemysłowych wymiennikach ciepła.

Funkcjonalność licznika ciepła zawarta jest w 4, z ogólnej liczby 12 dostępnych kanałów matematycznych rejestratora. Możemy taki kanał zdefiniować w celu wyliczenia strumienia masy, na podstawie pomiarów objętościowych, wyliczenia gęstości pary, entalpii, a także zliczania ilości ciepła. Wybór predefiniowanej funkcji obliczeń cieplnych dokonuje się w trakcie konfiguracji kanału matematycznego. 

W zależności od wybranego rodzaju aplikacji, program sam zażąda przypisania zdefiniowanych wcześniej zmiennych wejściowych oraz sygnałów przepływu ciśnienia i temperatury, które mają być użyte w danym kanale obliczeniowym. Wyliczone parametry cieplne mogą być następnie zliczane i poddawane analizom okresowym, zgodnie ze zdefiniowanymi cyklami analizy i licznikami.

Zdolności integracyjne rejestratora Memograph RSG45 z systemami nadrzędnymi i sieciami cyfrowymi

Rejestrator może przyjmować standardowe sygnały analogowe prądowe, napięciowe lub temperaturowe z czujników i przetworników pomiarowych pracujących na poziomie obiektowym układów automatyki. Wejścia rejestratora mogą być również bramkami HART, które nie tylko pozwalają na odczyt wszystkich zmiennych cyfrowych HART, wysyłanych przez przetworniki po linii 2 przewodowej, ale również stanowić bramkę dostępu dla urządzeń i oprogramowania narzędziowego, podłączonego od strony interfejsu sieciowego TCP/IP (np. dla oprogramowania FieldCare na komputerze PC, pracującym w tej samej sieci).

Dane wejściowe mogą być również dostarczane do rejestratora poprzez protokół Modbus TCP/RTU. Będąc masterem Modbus w stosunku do urządzeń obiektowych, ten sam rejestrator może być również odpytywany przez sterownik lub system automatyki jako Modbus Slave, z tym jednak zastrzeżeniem, że ten sam fizyczny interfejs nie może być wykorzystywany do komunikacji w trybie master i slave. Za pomocą łącza Ethernet rejestrator może być podłączony do sieci biurowej przedsiębiorstwa z możliwością zdalnej obsługi poprzez wbudowany web-serwer.

Podsumowując, zastosowanie urządzenia z wyspecjalizowanym oprogramowaniem cieplnym odrębnie od oprogramowania sterowników PLC lub DCS zwiększa elastyczność systemu automatyki i obniża koszty jego obsługi. Zgodność oprogramowania cieplnego z IAPWS-IF97 gwarantuje pełną wiarygodność obliczeń, natomiast korzystanie z dokładnych obliczeń przepływu pary i gazów, dla pomiarów zwężkowych pozwala uniknąć znaczących błędów. Rejestrator Memograph M zawiera oprogramowanie cieplne, zgodne z IAPWS-IF97, które przejmuje na siebie zagadnienie prawidłowości obliczeń termodynamicznych, a jednocześnie dysponuje szerokimi możliwościami integracji cyfrowej z systemami nadrzędnymi.

>>Dowiedz się więcej nt. rejestratora Memograph RSG45<<

Autor: Janusz Zajączkowski, Menedżer branży Energetyka, Endress+Hauser Polska sp. z o.o.

Artykuł sponsorowany (Endress+Hauser Polska)