Telemetria i przesył danych z układów

pomiarowo-rozliczeniowych

w systemie ciepłowniczym miasta

Lublin

Opracowali: 1. Paweł Okapa 2. Włodzimierz Mosakowski 3. Stanisław Sławacki 4. Stanisław Zwolan 5. Artur Dec

X Konferencja Techniczna Warszawa 6-7 listopada 2014r

Plan prezentacji

• Krótko o LPEC S.A.

• Zadania zdalnego przesyłu danych

• Telemetria węzłów ciepłowniczych

• Telemetria sieci ciepłowniczej

• Odczyt układów pomiarowo-rozliczeniowych

Krótko o LPEC S.A.

Pod względem zamówionej mocy

cieplnej nasz system jest dziewiątym

systemem w Polsce (ok. 585 MW)

Pokrywamy

60% zapotrzebowania mieszkańców na ciepło

250 tys. mieszkańców korzysta ciepła systemowego z LPEC

435 km eksploatowanych sieci ciepłowniczych,

57% sieci ciepłowniczej wykonana jest w

nowoczesnej technologii preizolowanej

1699 węzłów cieplnych,

100% węzłów cieplnych wyposażone jest w

automatykę pogodową

Informacje podstawowe

Lubelski system ciepłowniczy

Informacje podstawowe Ciepło Systemowe wytwarzane jest

w dwóch źródłach:

• PGE Górnictwo i Energetyka

Konwencjonalna S.A., Oddział

Elektrociepłownia Lublin

Wrotków

• Elektrociepłowni Megatem EC-

Lublin

Zadania zdalnego odczytu

Proces wyboru rozwiązania • Podjęcie decyzji dotyczącej wdrożenia telemetrii i zdalnych odczytów uwarunkowane

jest np. chęcią podniesienia standardów dostawy ciepła, ograniczenia kosztów obsługi itp., Natomiast potem niesie za sobą kolejne decyzje dotyczące kształtu wdrożenia, w chwili podjęcia decyzji i na przyszłość. Dobrze jest przynajmniej w zarysach posiadać wiedzę czego się od systemu oczekuje i jak będziemy z niego korzystać w przyszłości. Proces decyzyjny można ułożyć w następujące etapy:

Wybór urządzeń

Komunikacja

Interfejs obsługi

Integracja

Wybór urządzeń

W procesie wyboru urządzeń należy rozważać następujące czynniki:

Jakość proponowanych urządzeń, rozumiana jako ich żywotność, ale także

posiadane referencje i wyniki innych wdrożeń,

Dopasowanie do istniejącej infrastruktury, tak aby nakłady inwestycyjne

minimalizować do nowej infrastruktury, a nie również do wymiany sprawnej i

istniejącej

Uniwersalność zapewniającą stosowanie różnych urządzeń podstawowych i

utrzymanie konkurencyjności w ich zakupie

Cena rozumiana jako łączne nakłady całego systemu w założonym okresie

czasu – inwestycja, przesył danych, utrzymanie systemu

Mając na uwadze funkcjonalność jaką spodziewamy się uzyskać po

systemie należy rozstrzygnąć jaki sposób komunikowania wybrać:

łącze internetowe

przesył danych sieciami komórkowymi

przesył dedykowanymi przewodami

komunikacja radiowa

linie telekomunikacyjne

Są to obecnie główne opcje możliwe do rozpatrzenia, natomiast rozwój

technologii nie wyklucza innych kanałów. Decydują pewność, szybkość

oraz cena (rozumiana j.w.)

Wybór sposobu komunikacji

Interfejs użytkownika

• Wybór urządzeń i kanałów komunikacji musi uwzględniać możliwości

obsługi tego systemu. Trudno sobie wyobrazić sprawność systemu, który

nie generuje alertów, powiadomień, nie zapewnia możliwości zmian

konfiguracji przyjaznych dla użytkownika oraz niezbędnych analiz

• W dobie rezygnacji z własnych serwerów bazodanowych na rzecz

przechowywania danych w „chmurach” rozstrzygnięcia wymaga miejsce

instalacji interfejsu i baz danych, związana z tym swoboda użytkowania i

ilości możliwych dostępów, a co za tym idzie koszty sprzętowe i

użytkowania.

Integracja

• Wcześniej czy później należy zadać sobie pytanie, jaki ma być docelowy

kształt zdalnego zbierania i przesyłania danych oraz sterowania

infrastrukturą:

– Komu infrastruktura ma służyć, jak szeroki ma być dostęp do

informacji?

– Czy system telemetrii ma się łączyć z innymi systemami i w jakim

zakresie?

– Czy przewidujemy połączenie różnych systemów w jeden na etapie

wdrożenia – montażu urządzeń, czy tworzenie większej ilości systemów

i ich późniejszą integrację na innym poziomie?

Telemetria węzłów cieplnych

Budowa systemu

System zdalnego nadzoru i zbierania danych obejmuje wszystkie grupowe węzły cieplne

(o mocy większej niż 0,5 MW) będące własnością LPEC, oraz indywidualne węzły cieplne

łączone w grupy poprzez sieci LON.

Praca systemu polega na:

- zdalnym za pomocą komputera odczycie bieżących parametrów pracy nadzorowanych

urządzeń,

- możliwości zdalnego nastawiania parametrów regulacyjnych jak i wartości zadanych.

W efekcie pozwala to użytkownikowi systemu na:

- analizowanie i przetwarzanie otrzymanych z systemu informacji

- wykonywanie raportów zarówno bieżących jak i archiwalnych zarejestrowanych przez

system danych

- racjonalizację, optymalizację, oraz oszczędne gospodarowanie energią cieplną jak i

elektryczną

Do systemu włączonych jest 128 grupowych węzłów cieplnych, których suma zmówionej

mocy cieplnej wynosi 300MW. System został zrealizowany ze środków własnych LPEC.

Budowa systemu

System nadzoru oparty jest na oprogramowaniu TAC Vista 5 i składa się z:

- serwera z zainstalowanym systemem operacyjnym Windows XP i oprogramowaniem

użytkowym TAC Vista Server, TAC Vista Workstation (w sumie siedem licencji

stanowiskowych Standard i jedna Profesional )

- komputera z zainstalowanym systemem operacyjnym Windows XP i oprogramowaniem

użytkowym TAC Vista Webstation 5 który za pośrednictwem przeglądarki internetowej

umożliwia monitoring bieżących parametrów węzłów włączonych do systemu

użytkownikom sieci ethernetowej LPEC. Licencja umożliwia jednoczesne korzystanie z

TAC Vista poprzez przeglądarkę internetową przez 6-ciu klientów jednocześnie. Program

TAC Vista Webstation 5 pozwala na dostęp do parametrów zarejestrowanych w bazie

danych, poprzez prezentację w formie wykresów i tabel. W naszym systemie są to

wartości temperatur, ciśnień, przepływów, mocy.

- serwera z zainstalowanym systemem operacyjnym Windows XP i oprogramowaniem

użytkowym TAC Vista Server, TAC Vista Workstation, który umożliwia monitorowanie

indywidualnych węzłów cieplnych poprzez przeglądarkę internetową. Rozwiązanie to

pozwala na korzystanie z systemu przez uprawnioną osobę z dowolnego komputera i

dowolnego miejsca bez konieczności posiadania licencji.

Budowa systemu

- dysku sieciowego Synology do przechowywania sporządzanych automatycznie w

zadanym terminie raportów z odczytu wskazań ciepłomierzy i wodomierzy w

monitorowanych węzłach, oraz raportów kontrolnych parametrów pracy grupowych

węzłów cieplnych.

System sterowania i monitorowania oparty jest na swobodnie programowalnych

sterownikach TAC Xenta 401, 280, 511, 711 do których aplikacje mogą być

modyfikowane odpowiednio do potrzeb technologicznych węzłów cieplnych poprzez

program narzędziowy TAC Menta.

Topologia systemu

Webserver

TAC Xenta®

511

Webstation

ScreenMate

Sieć LONWORKS®

Workstation

WorkstationServer

TAC Xenta® 300/400

TAC Xenta® 100

Funkcjonalność systemu

System nadzoru TAC Vista

pozwala z poziomu operatora na:

- pełną kontrolę wszystkich

parametrów w grupowym węźle

cieplnym

- zdalne wprowadzanie zmian w

parametrach regulatorów,

krzywych grzewczych, nastaw

temperatury c.w.u., zadanych

ciśnień dyspozycyjnych do

sterowania pracą pomp

obiegowych

rejestracja parametrów

Funkcjonalność systemu

kształtowanie krzywej grzewczej

prezentacja parametrów w formie wykresu

rejestracja przepływu zimnej wody, oraz ubytków wody sieciowej

odczyt wskazań ciepłomierzy i wodomierzy

alarmy systemu monitoringu

dobowy raport parametrów eksploatacyjnych węzłów grupowych

podział zużycia ciepła co na mieszkania w budynku wielorodzinnym

sterowanie prędkości obrotowej pomp obiegowych, możliwość

zdalnego załączania

Monitoring węzłów indywidualnych

• Modernizowane w ostatnich latach indywidualne węzły cieplne przy okazji wymian sieci ciepłowniczej łączone są w grupy poprzez kablową sieć LonWorks zintegrowaną z systemem sterowania i monitorowania WEB serwerem sieciowym. Rozwiązanie pozwala na obniżenie kosztów związanych z opłatami za korzystanie z Internetu. Używając standardowej przeglądarki internetowej, operator może łatwo przeglądać i sterować urządzeniami w sieci LonWorks poprzez Internet lub Ethernet bez zakupu dodatkowej licencji. Dotychczas w LPEC zastosowano WEB serwery sieciowe i urządzenia automatycznej regulacji trzech firm: TAC - Xenta 511 i 711, Samson - Trovis Ethernet, Siemens - DESIGO, PXA 30.

• Dotychczas włączono do systemu sterowania i monitoringu 213 szt. indywidualnych węzłów cieplnych co stanowi 30% ich ogólnej liczby. Po zsumowaniu mocy zamówionej z monitorowanymi obecnie w 100% węzłami grupowymi można powiedzieć, że systemem sterowania i monitoringu w LPEC objęte jest ok. 55% dostawy ciepła. Mając na uwadze, że dostawa ciepła odbywa się w 70% przez węzły własne LPEC jest to wskaźnik satysfakcjonujący.

schemat węzła indywidualnego c.o. + c.w.

Monitoring węzłów indywidualnych

Monitoring węzłów indywidualnych tworzenie sieci kablowych

Ułożenie kabla wzdłuż nowej sieci

Telemetria sieci ciepłowniczej

Telemetria sieci ciepłowniczej

System nadzoru pracy sieci ciepłowniczej używany jest w Centrum Dyspozytorskim,

gdzie odbywa się bezpośrednia kontrola parametrów pracy sieci jak i zdalnego

sterowania magistralami ciepłowniczymi.

Wszystkie przełączenia na czas remontów, napełnianie i uruchamianie nowych lub

modernizowanych odcinków sieci odbywają się zawsze w oparciu o wskazania

systemu telemetrii.

Zastosowanie takiego rozwiązania pozwala na:

- bieżącą kontrolę parametrów pracy sieci: temperatur, ciśnień oraz przepływów

- dobór optymalnych parametrów pracy dla źródeł ciepła w zależności od warunków

pogodowych – kontrola mocy zamówionej

- szybkie reagowanie w przypadku awarii

- dopasowanie zapotrzebowania na ciepło poprzez analizę potrzeb odbiorców

- rejestracja danych umożliwiających optymalizację pracy systemu ciepłowniczego

- kontrola wskazań ciepłomierzy zainstalowanych w źródłach ciepła

- kontrola ubytków wody sieciowej poprzez wizualizację wskazań przepływomierzy w

źródłach ciepła

Schemat ideowy telemetrii i telemechaniki sieci cieplnych

Budowa systemu

• Serwer OPC do komunikacji z modułami ICPDAS poprzez dzierżawione łącza telefoniczne oraz do udostępniania pomiarów innym aplikacjom.

• Serwer MT Data Provider do komunikacji z modułami telemetrycznymi pracującymi w sieci GPRS oraz do udostępniania pomiarów innym aplikacjom.

• Oprogramowanie Tag Engine generujące rejestrację parametrów, alarmów, zdarzeń oraz umożliwiające dostęp osobom uprawnionym.

• Baza danych oparta na Microsoft SQL.

System obejmuje monitoring parametrów w 14 komorach ciepłowniczych w tym dwa źródła ciepła w których monitorowane są wskazania ciepłomierzy oraz przepływomierzy wody uzupełniającej.

Ponadto w dwóch komorach węzłowych w których realizowany jest wybór rejonów zasilania z poszczególnych źródeł ciepła zastosowano telemechanikę.

Planowana jest dalsza rozbudowa systemu o kolejne komory ciepłownicze.

plan sieci magistralnych

-

komora ciepłownicza

parametry w elektrociepłowni

pomiar ciepła w elektrociepłowni

sterowanie zasuwami

rejestracja ubytków wody sieciowej

ubytki wody podczas awarii sieci

Monitoring sieci preizolowanych

• Aktualnie w Spółce eksploatowanych jest:

256 odcinków sieci preizolowanej wyposażonej w instalacje alarmowe o łącznej

długości 67,3 km

w tym:

- w systemie impulsowym: 4 odcinki o łącznej dł. 1,3 km

- w systemie oporowym (BRANDES) 219 odcinki o łącznej

dł. 66 km sieci

• W związku z podjętą decyzją od 2009 r. stosujemy w Spółce wyłącznie rury

preizolowane z instalacją alarmową opartą na metodzie określanej jako

rezystancyjny pomiar porównawczy (system BRANDES’a).

• W 2013 roku wprowadzono zdalny całodobowy monitoring sieci ciepłowniczych na 10

odcinkach sieci, w roku bieżącym – na kolejnych 50 odcinkach. Maksymalna dł. pętli

pomiarowej – do 4 km. W układzie docelowym planowana jest wizualizacja miejsca

uszkodzeń w GIS. System pozwala na natychmiastowe reagowanie na powstałe

awarie na sieciach ciepłowniczych.

Monitoring sieci preizolowanych

Sprzęt pomiarowy LEVR

LH 20S

RISER BOND 1205 CX-A

LEVR LSP 2RI BRANDES BS-POK BRANDES BS-MH3

Badanie przerw pętli

Badanie ciągłości pętli i stanu wilgotności

Wykrywanie alarmów Badanie miejsc zawilgocenia

Monitoring sieci preizolowanych

Rozwiązanie firmy Vector

Monitoring sieci preizolowanych

Pomiar oporności pianki pętli alarmowej Onyksowa – marzec 2014r.

uszkodzenie płaszcza

Monitoring sieci preizolowanych

Uszkodzenie rury ciepłowniczej w wyniku przewiertu Onyksowa – marzec 2014r.

Monitoring sieci preizolowanych

Uszkodzenie rury ciepłowniczej przez koparkę w rejonie ul. Krochmalnej – sierpień 2014r.

Monitoring sieci preizolowanych

Pomiar pętli alarmowej Wołodyjowskiego 4 – sierpień 2014r.

Monitoring sieci preizolowanych

Pomiar oporności pianki pętli alarmowej Wołodyjowskiego 4 – kwiecień 2014r.

zalanie studzienki

Integracja Telemetrii

• W LPEC SA funkcjonuje na dzień dzisiejszy złożony system telemetrii, który

powstawał na przełomie kilkunastu ostatnich lat.

• Historyczność podjętych decyzji montaż konkretnych rozwiązań i obecna

funkcjonalność powodują duże rozproszenie danych i centrów obsługi,

ograniczenia finansowe i komunikacyjne z jednej strony i biznesowa

konieczność rozszerzania monitoringu i telemetrii powodują, że możliwe jest

dalsze rozszerzanie rozwiązań, prawdopodobnie poprzez przesył GPRS.

• Funkcjonalność systemu pokazała, że obecnie jego pełna integracja nie jest

potrzebna.

• Docelowo powinno znaleźć się rozwiązanie umożliwiające zarządzanie

infrastrukturą z jednego miejsca, ale z pozostawieniem dedykowanym

użytkownikom obsługę poszczególnych segmentów.

Integracja Telemetrii

Obecnie planowana jest integracja na bazie mapy GIS firmy Globema, gdzie poprzez odpowiednie interfejsy wizualizowane byłyby odpowiednio dobrane dane pozwalające na całościowe zarządzanie infrastrukturą z jednego miejsca.

Odczyt układów pomiarowo-

rozliczeniowych

Odczyty zdalne ciepłomierzy

• Obecnie w LPEC S.A. odczytywanych i rozliczanych jest ponad 3800

ciepłomierzy z tego 3700 szt. zdalnie.

• Wprowadzenie odczytu zdalnego poprzedziły następujące decyzje:

- wybór rejonu do odczytu radiowego;

- wybór ciepłomierzy dostosowanych do zdalnego odczytu,

- wybór dostawcy / operatora systemu zdalnych odczytów,

- rozbudowa istniejącego programu obsługowego,

- etapowość wprowadzania nowych rozwiązań.

Pierwszy etap historyczny

Odczyty radiowe „ obchodzone”

Odczyty realizowane były za pomocą

mikrokomputera Psion z przystawką radiową -

polegały na obchodzeniu danego rejonu bez

konieczności wchodzenia do pomieszczeń

węzłów w których były zainstalowane liczniki,

był to odczyt radiowy z bliskiej odległości.

W ten sposób było odczytywanych ok. 300

ciepłomierzy.

Obecnie system nie używany przez LPEC S.A

ze względu na wprowadzenie nowszego

rozwiązania.

Drugi etap odczyt radiowy i siecią komórkową

Odczyty liczników wysyłane są przez moduły radiowe, połączone kablem z modułem (płytka wewnątrz licznika).

Dane zbierane są droga radiową na odległość do kilkuset metrów pomiędzy licznikami a koncentratorem GSM (OKO firmy AIUT) w paśmie wolnym od opłat o częstotliwości 868 MHz. Koncentrator zawiera centralkę zbiorczą z modułem i kartą SIM oraz antenę zewnętrzną.

Po zaszyfrowaniu dane przesyłane są siecią komórkową (GPRS) na serwer firmy AIUT.

Rozwiązanie to umożliwia odczytywane liczników co godzinę i bieżące przesyłanie danych na serwer skąd pobierane są przez program Kombit (serwer LPEC).

Program ten umożliwia też wstępną analizę zużycia energii i innych parametrów w zdalnych odczytach. Odczyty dostępne są też bezpośrednio na stronie internetowej firmy AIUT.

System ten został wdrożony w latach 2010 - 2012, dotyczy ok. 2100 liczników.

Drugi etap wykorzystanie TAC

Równocześnie z pierwszym wdrożeniem AIUT w latach 2010 – 2011 wykorzystano

system wizualizacji pracy węzłów do odczytywania danych z ciepłomierzy.

Przy okazji pobierania parametrów z węzłów cieplnych ( przepływy, ciśnienia oraz

temperatury) uzyskiwane są odczyty ciepłomierzy. Działanie tego systemu oparte jest

na sieci internetowej. Dotyczy to głównie dużych węzłów cieplnych. Dane są pobierane

automatycznie przez program Kombit .System ten umożliwia odczytywanie obecnie ok.

400 liczników ciepła.

Drugi etap odczyt siecią komórkową Działanie systemu polega na zastosowaniu

modułów GSM montowanych w

pomieszczeniu węzła cieplnego (w pobliżu

licznika) bez konieczności stosowania anten

zewnętrznych.

Odczyty z licznika z umieszczonym

modułem radiowym przesyłane są do modułu

GSM skąd podobnie jak poprzednio siecią

komórkową na serwer AIUT a następnie

pobierane przez program Kombit .

Rozwiązanie to umożliwia odczytywane

liczników co godzinę a odczyty są przesyłane

jedną paczka raz na dobę na serwer AIUT.

Jest to system informacji dwukierunkowej

Można też wysyłać informacje do modułu

GSM przy liczniku.

System ten został wdrożony w latach 2012 -

2013, dotyczy ok. 1200 liczników

Integracja odczytów

Wszystkie dane z układów pomiarowych pobierane są przez program Kombit „ Pobieranie danych z serwisu” w sumie 3700 sztuk.

Narzędzie to umożliwia zdalną kontrolę pracy ciepłomierza.

Dostępne są dane godzinowe lub dobowe wskazań: energii, objętości, temperatury zasilenia i powrotu, mocy chwilowej i przepływu, kontrolę stanu baterii itp.

Możliwe jest generowanie wykresów np. energii itp.

Odczyty zdalne przechowywane są w module Kombit „Pobieranie danych” skąd raz na m-c w dniu odczytów rozliczeniowych są przesyłane do modułu (Ewidencja odczytów i liczników) gdzie po przeanalizowaniu i poprawieniu błędów przesyłane są do programu (modułu) fakturującego.

Zalety i wady odczytu zdalnego

• Zalety:

- pewność pozyskiwania danych,

- dane odczytowe bez „ błędu odczytującego”,

- kontrola wskazań układu pomiarowego na komputerze,

- koniec problemów z „brakiem dostępu” do ciepłomierzy,

• Wady:

- problem z uzyskaniem pozwolenia na montaż anteny z koncentratorem,

- rozładowywanie baterii w przelicznikach i modułach,

- brak zasięgu GSM ( piwnice, stare budownictwo - stropy, ściany)

- skuteczność odczytów odbiegająca od zakładanej, czasem poniżej 95%,

Perspektywa odczytów

• Rozwój w celu poprawy efektywności odczytów.

• Rozwój wymagań w zakresie udostępniania danych.

• DYREKTYWA PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY 2012/27/UE

• z dnia 25 października 2012 r.

• 2. W przypadku gdy państwa członkowskie wprowadzają inteligentne systemy pomiarowe i rozpowszechniają inteligentne liczniki gazu ziemnego lub energii elektrycznej zgodnie z dyrektywami 2009/72/WE i 2009/73/WE oraz w zakresie, w jakim tego dokonują:

• a) zapewniają, by systemy pomiarowe dawały odbiorcom końcowym informacje na temat rzeczywistego czasu użytkowania i by przy ustalaniu minimalnych parametrów funkcjonalnych liczników i obowiązków nakładanych na uczestników rynku w pełni wzięto pod uwagę cele efektywności energetycznej i korzyści dla odbiorców końcowych;

•Dziękujemy za uwagę