mgr inż. Anatol Dubniak Obiekt, jakim jest elektrow- ratury, napięcia sieci zasilania mgr inż. nia wodna, do swojego prawid- awaryjnego. Z uwagi na fakt, Mariusz WiSniewski łowego działania, wymaga że zespół elektrownii wod- sterowania w oparciu o szereg nych znajdujących się na jed- sygnałów pomiarowych: po- nej rzece to nie tylko zespół ziom wody górnej, moce pracu- punktów wytwarzających ener- jących generatorów (poSredni gię elektryczną, ale również systemy monitoringu w elektrowniach wodnych e względu na swój za- skomplikowany system hydro- Niniejszy artykuł zawiera ogólny bytkowy charakter techniczny, istnieje potrzeba opis specyfiki infrastruktury Zobiekty należące do ciągłego nadzoru centralnego grupy Elektrownii Wodnych wspomnianych wczeSniej wiel- i topologii obiektów, jakimi są Słupsk sp. z o.o. w chwili swo- koSci. Jest to wymóg warunku- elektrownie wodne, pod kątem jego powstania nie mogły jący bezpieczeństwo przeciw- w swojej architekturze i budo- powodziowe regionu oraz racjo- projektowania i wdrażania wie uwzględniać istnienia spe- nalną gospodarkę zasobami dedykowanych systemów cjalistycznych systemów moni- wodnymi rzeki. torujących zdalnie stan wszys- Dotychczas akwizycja takich monitorujących. Przedstawiono tkich urządzeń. Bardzo często danych odbywała się przez w nim także opis rozproszonego są to budowle bardzo rozległe wzrokowy odczyt danych z ł at zajmujące obszar kilku kilo- systemu monitorującego obiekty zamontowanych w miejscach metrów kwadratowych. Prawie pomiaru wody. Brak automaty- elektrownii wodnych, działającego wszystkie znajdują się na tere- zacji tego procesu oraz znacz- w oparciu o łącznoSć nach słabo zaludnionych, nie ne odległoSci pomiędzy obiek- posiadających infrastruktury tem macierzystym i jednostka- bezprzewodową GSM, zbudowanego teletransmisyjnej. Nadzorowa- mi oddalonymi, czyniły te po- w Elektrowniach Wodnych nie urządzeń rozlokowanych miary uciążliwymi. na tak dużym obszarze i pracu- Ze względu na brak infra- Słupsk Sp. z o.o. jących w takich warunkach struktury telemetrycznej, jako nastręcza wiele trudnoSci. medium poSredniczące w tran- NajczęSciej spotykanym piła w obiekcie oddalonym. pomiar przepływu wody przez smisji danych pomiarowych problemem jest znaczna odleg- Wszystkie obiekty oddalone elektrownię), poziom wody dol- wybrano łącznoSć bezprzewo- łoSć pomiędzy obiektem ma- wyposażone są jedynie w zasi- nej, moce czynne oraz bierne li- dową opartą na systemie tele- cierzystym elektrowni, a jego lanie napięciem przemiennym nii przesyłowych łączących fonii komórkowej GSM/DCS. Za wysuniętą jednostką, np. zasu- 220 V. Dodatkowo, ukształto- elektrownię z systemem elek- rozwiązaniem tym przema- wa na pobliskim jeziorze. Nie wanie terenu i stopień jego za- troenergetycznym. W codzien- wiała: istnieje pomiędzy nimi żadne lesienia znacznie ogranicza, nym funkcjonowaniu elektrow- t uniwersalnoSć i mnogoSć okablowanie teletechniczne, a czasami wręcz wyklucza, za- ni przydatne jest także nadzo- potencjalnych możliwoSci umożliwiające transmisję da- stosowanie specjalizowanych rowanie wielu innych sygna- konfiguracyjnych połączeń nych, których akwizycja nastą- radiolinii teletransmisyjnych. łów pomocniczych, tj. tempe- 28 www.elektro.info.pl 3/2002 pomiędzy jednostkami sys- rogramowaniem, który stanowi system znajdujący się w elek- alarmu i kod autoryzacyjny. temu monitorującego; tenże punkt, może odczytać trowni przekazuje dalej do cen- Centralny punkt systemu (kom- t łatwoSć implementacji na z systemu wszystkie dane oraz trali z dodatkową informacją puter nadzorujący) ma możli- podstawie terminala konfigurować pracę poszcze- o dacie i godzinie odczyta- woSć archiwizacji, filtrowania GSM/DCS firmy Siemens; gólnych systemów. Wszystkie nia pomiaru z jednostki odda- i przeglądania odebranych da- t zdecydowanie niższe koszty stany alarmowe mierzonych lonej. nych. Możliwe jest także w odniesieniu do systemu wielkoSci i awarie nadzorowa- W przypadku, gdy w ramach przedstawienie danych w for- dedykowanych linii lub ra- nych urządzeń mogą być syg- jednej elektrowni istnieje infra- mie wykresów lub raportów, diolinii telemetrycznych; nalizowane krótkimi wiado- struktura umożliwiająca sku- generowanych według zada- t gotowoSć do użycia istnie- moSciami tekstowymi SMS, pienie wszystkich pomiarów nych kryteriów. Oprogramowa- jącego systemu krótszy zawierającymi informację na w jednym punkcie, stosowanie nie komputera centralnego jest termin wdrażania systemu; temat zaistniałych anomalii, jednostek pomiarowych odda- przystosowane do łatwej roz- t położenie punktu central- które zostaną rozesłane na do- lonych nie jest konieczne. budowy systemu przez dodanie nego systemu nadzorujące- wolną liczbę telefonów komór- Ogólny schemat blokowy kolejnych obiektów nadzorowa- go ograniczone jedynie za- kowych pracowników obsługi. systemu monitorującego opar- nych bez potrzeby ingerencji sięgiem sieci GSM. Z kolei, każdy nadzorowany tego o łącznoSć GSM/DCS w kod xródłowy programu. Ze względu na przejrzys- obiekt (elektrownia wodna), przedstawia rysunek 1. W sytuacjach alarmowych ma toSć systemu i zapewnienie z racji swojego położenia W tak skonfigurowanym sys- on dodatkowo możliwoSć bez- mu pewnoSci działania, nada- i stopnia rozległoSci, może temie, ze względu na strukturę poSredniej łącznoSci z każ- no mu strukturę drzewiastą. posiadać jedną lub więcej jed- drzewiastą, informacja ma od- dym elementem systemu wy- Oznacza to, że posiada on nostek pomiarowych oddalo- powiednio dłuższą drogę do posażonym w moduł punkt centralny, tzw. centralę, nych. Jednostka taka to auto- przebycia, w stosunku do uk- GSM/DCS bezpoSrednio, co która za pomocą łącza telefo- nomiczny system, wyposażony ładu o hierarchii typu gwiazda znacznie zwiększa szybkoSć nicznego GSM (moduł termi- w moduł GSM/DCS, który lub każdy z każdym . odczytu danych z odległych (w nala lub telefon komórkowy) z jednostką macierzystą komu- W przypadku, gdy obiekt nad- sensie opisanej wczeSniej łączy się z nadzorowanymi nikuje się o zadanych godzi- zorowany znajduje się w stanie struktury drzewiastej) obiek- obiektami (elektrowniami). nach, transmitując wyniki po- dla niego normalnym, pręd- tów. Komputer z odpowiednim op- miarów. Tak pozyskane dane koSć ta jest wystarczająca. Dodatkową funkcją zwięk- Jednak w przypadku zaistnie- szającą poprawnoSć i pew- nia sytuacji alarmowych, może noSć funkcjonowania systemu się ona okazać niewystarczają- jest mechanizm powiadamiają- ca i zachodzi koniecznoSć cy obsługę o braku komunika- wprowadzenia procedury awa- cji z jednostką nadrzędną. Zre- ryjnego powiadamiania nadzo- alizowane jest to za pomocą ru o zaistnieniu alarmu. WłaS- wiadomoSci SMS generowanej ciwoSci systemu GSM/DCS przez urządzenie, które nie zos- umożliwiają komunikację tało odpytane z wyników w trybie każdy z każdym . przez zadany okres czasu. Sy- Zadanie szybkiego powiada- tuacja taka może nastąpić za- miania o alarmach obsługi równo w przypadku awarii ele- i nadzoru spełniają krótkie mentu systemu nadzoru, jak wiadomoSci tekstowe SMS, i przy awarii lub przeciążeniu które docierają w okreSlone sieci GSM/DCS. Na podstawie miejsce natychmiast po wystą- opisanego modelu systemu pieniu alarmu z pominięciem nadzoru, pilotażowo zaprojek- jednostek poSrednich. Wiado- towano i wdrożono dedykowa- moSć taka zawiera datę, go- ny system nadzoru trzech dzinę, nazwę wielkoSci powo- z osiemnastu elektrownii wod- dującej alarm oraz jej wartoSć. nych w Elektrowniach Wod- Alarm taki jest ponawiany co nych Słupsk Sp. z o.o. Wszys- okreSlony okres czasu, aż do tkie monitorowane obiekty skasowania go odpowiednio znajdują się na rzece Słupi Rys. 1 Ogólny schemat sformułowaną wiadomoScią w następującej kolejnoSci, li- blokowy systemu nadzoru elektrownii wodnych zwrotną, zawierającą numer cząc zgodnie z biegiem rzeki: F 29 3/2002 www.elektro.info.pl Rys. 5 Synoptyka zbiorcza EW Słupsk Gałęxnia Mała, Strzegomino, posiada odmienną strukturę Krzynia. Rolę obiektu prowa- wewnętrzną. Różnią się one dzącego w tym układzie przy- swoją topologią oraz iloScią dzielono elektrowni wodnej i rodzajem wykonywanych po- w Gałęxni Małej, ze względu miarów. Rysunek 3 przedsta- na największą moc zainstalo- wia strukturę systemu nadzo- Rys. 2 Struktura dedykowanego systemu nadzoru EW Słupsk Sp. z o.o. waną i liczebnoSć obsługi ru elektrowni wodnej w EW obiektu. W nim właSnie Krzyni. umiejscowiono komputer cent- Jest to obiekt o najmniej- ralny nadzorujący pracę pozos- szym stopniu złożonoSci tałych obiektów. Mimo że struktury systemu monitorują- znajduje się on blisko nadzoro- cego. Składa się z jednego wanego systemu, komunikuje modułu, znajdującego się się on z nim za pomocą łącza w budynku elektrowni. Ze GSM. Dodatkowe oparcie apli- względu na niewielkie odleg- kacji tego punktu o komputer łoSci dzielące czujniki i jed- przenoSny uniezależnia go od nostkę centralną, nie ma tam miejsca, w jakim się on znaj- potrzeby budowania oddziel- duje. nych jednostek oddalonych. W trakcie prac nad projek- Jednostka centralna składa się tem zaistniała potrzeba umiej- z dwóch połączonych ze sobą scowienia w centrali Elektrow- jednostek nadzorujących SAN nii Wodnych Słupsk Sp. z o.o. 4-20 i modułu GSM. Praca uk- Rys. 3 Struktura systemu nadzoru w EW Krzynia drugiego komputera centralne- ładu polega na ciągłym wyko- więcej pomiarów przekroczy nadrzędna nie połączyła się go, realizującego równolegle nywaniu pomiarów, tj. moce okreSlone wczeSniej progi alar- z nim przez zdefiniowany okres funkcje monitorowania syste- generatorów, temperatury, po- mowe układ automatycznie czasu i nie odczytała wykony- mu. Jest to już komputer sta- ziom wody górnej i dolnej, na- wysyła wiadomoSci tekstowe wanych pomiarów. cjonarny bez możliwoSci prze- pięcia w instalacjach elektrow- SMS pod zdefiniowane numery Obiektem o strukturze nieco noszenia. Rysunek 2 przedsta- ni, i udostępnianiu ich w przy- telefonu. CzynnoSć ta jest po- bardziej złożonej jest elekt- wia schematyczną strukturę padku przychodzącego połą- nawiana aż do skasowania rownia wodna Strzegomino. systemu bez wyszczególnionej czenia GSM. Istnieje także alarmu wiadomoScią zwrotną Oprócz praktycznie takiej samej struktury wewnętrznej posz- możliwoSć lokalnego przeglą- z zawartym kodem alarmu pod względem sprzętu jednos- czególnych elementów wcho- dania danych za pomocą kla- i kluczem autoryzacyjnym. tki centralnej, zawiera on także dzących w jej skład. wiatury i wySwietlacza alfanu- Układ wygeneruje wiado- jedną oddaloną jednostkę od- Każdy z trzech obiektów, ze merycznego LCD układu. moSć alarmową SMS także powiedzialną za pomiar pozio- względu na swoją specyfikę, W przypadku, gdy jeden lub w przypadku, gdy jednostka mu wody górnej. Znajduje się 30 www.elektro.info.pl 3/2002 Rys. 6 Synoptyka EW Gałęxnia Mała Rys. 4 Struktura systemu nadzoru w EW Gałęxnia Mała ona około 1000 m od elekt- od elektrowni w Strzegominie, rowni. Składa się z jednostki posiada ona już dwie jednost- nadzorującej SAN 4-20 i mo- ki oddalone. Służą one do po- dułu GSM. W zdefiniowanych miarów wykonywanych na Je- przez użytkownika godzinach ziorze Głębokim i na zamku łączy się z nią jednostka cen- wlotowym do rurociągu elekt- tralna z budynku elektrowni rowni. Ich sposób działania w Strzegominie i odczytuje da- jest identyczny z jednostką od- Rys. 7 Synoptyka EW Strzegomino ne. Tak samo, jak w przypadku daloną w EW Strzegomino. każdej jednostki centralnej, Jednostka centralna systemu powstanie alarmu powoduje w Gałęxni Małej ma nato- ci z obiektami, przeglądanie służy synoptyka indywidualna wysłanie wiadomoSci SMS do miast dodatkowo wbudowany czytanych danych możliwe jest obiektu. obsługi. Także przekroczenie algorytm odczytu danych w dwojaki sposób: graficzny Synoptyka elektrowni w Ga- maksymalnego czasu, w któ- z dwóch jednostek oddalonych. i tekstowy. Podstawowym spo- łęxni Małej zawiera dane do- rym nie nastąpiła komunika- Tak pozyskane dane są przeka- sobem ilustracji stanu całe- tyczące poziomów wody w róż- cja, spowoduje powiadomienie zywane przez nią dalej razem go systemu jest synoptyka nych punktach systemu hydro- obsługi. Nadrzędna wobec z datami i godzinami wykona- zbiorcza. technicznego elektrowni oraz niej jednostka centralna w bu- nia ostatniego odczytu z obiek- Symbolizuje ona ogólny stan moce poszczególnych genera- dynku elektrowni, odczytane tu Jezioro i Zamek wszystkich obiektów wchodzą- torów. Podobny wygląd mają dane przesyła dalej do kompu- Każdy z komputerów cen- cych w skład systemu. Z tego tablice synoptyczne elektrownii tera centralnego systemu ra- tralnych wyposażony jest w te- poziomu istnieje możliwoSć wodnych Strzegomino i Krzy- zem z datą i godziną wykona- lefon komórkowy i specjalizo- uszczegółowienia interesują- nia. Różnią się one jedynie nia połączenia. wany program służący do od- cych użytkownika danych po- iloScią hydrogeneratorów Najbardziej skomplikowa- bioru, archiwizacji i wizualiza- przez wybór konkretnego i schematycznym rysunkiem nym obiektem w całym syste- cji danych oraz zmiany nastaw obiektu. Do wizualizacji naj- symbolizującym system hydro- mie monitorującym, jest nad- konfiguracyjnych systemu. Kie- ważniejszych danych, związa- techniczny elektrowni. zór obiektu wiodącego w Ga- dy znajduje się on w podstawo- nych z konkretną elektrownią, Na wszystkich synoptykach łęxni Małej. W odróżnieniu wym dla niego trybie łącznoS- widoczne jest okienko o nazwie F 31 3/2002 www.elektro.info.pl nego przez użytkownika zakre- Rcisła integracja systemu su czasowego. Raport dodatko- z komputerem centralnym i sie- wo można zapisać na dysku cią GSM ułatwia także wdro- w postaci pliku tekstowego. żenie kolejnego projektu, Obie funkcje tekstowa i gra- umożliwiającego zdalny dos- ficzna mają możliwoSć wy- tęp do pozyskanych przez sys- prowadzenia efektów swojego tem danych przez medium, ja- działania na drukarkę. kim jest lokalna sieć kompute- Projektowanie i wdrażanie rowa LAN lub po odpowiednim dedykowanych systemów nad- sprecyzowaniu kryteriów dos- zoru elektrownii wodnych poz- tępu, sieć rozległa INTERNET. wala na odciążenie kadry tech- Przykładowo, możliwa jest ap- nicznej tych obiektów przez likacja generująca serwis zmniejszenie liczby koniecz- WWW lub WAP, na podstawie nych kontroli. Dodatkową zale- danych odczytanych przez sys- tą systemu jest możliwoSć tem. W szczególnych przypad- kontrolowania dużej iloSci róż- kach może okazać się celową norodnych parametrów ze zmi- implementacja internetowej us- Rys. 8 Okno programu z raportem graficznym nimalizowanym ryzykiem po- ługi e-mail. myłki przy odczycie. System Dalszy rozwój rozległych jest w stanie samodzielnie oce- systemów nadzorujących nas- nić stan nadzorowanego obiek- tąpi z pewnoScią wraz z roz- tu według zadanych kryteriów wojem i redukcją kosztów i szybko zawiadomić obsługę użytkowania sieci teletransmi- w przypadku powstania alar- syjnej. Czy będą to kolejne mo- mu. MożliwoSć archiwizacji dyfikacje systemu GSM/DCS, danych pozwala na ocenę sta- czy pojawienie się długo wy- nu obiektów na przestrzeni czekiwanego systemu UMTS długiego okresu czasu, włą- pokaże przyszłoSć. czając w to wyliczenia statys- tyczne. Ze względu na zastoso- wanie łącznoSci GSM, każdy element systemu ma także możliwoSć łączenia się z do- wolnym innym, bez względu Rys. 9 Okno programu z raportem tekstowym na strukturę organizacyjną sys- literatura ELEKTROWNIA , które sym- Odrębnym modułem prog- temu. Przykładowo w sytuacji 1. Firmowy serwis internetowy Elek- trowni Wodnych Słupsk sp. z o.o. bolizuje najgorszy stan pomia- ramu nadzorującego jest częSć alarmowej (awaria sieci GSM 2. Bugyi Rafał, Drążkiewicz Jacek, ru w ramach danego obiektu. umożliwiająca przeglądanie w danym rejonie, przerwa Rozbudowane komputerowe Umożliwia ono przejScie do i analizę zarchiwizowanych da- w zasilaniu obiektu), komputer systemy nadzoru urządzeń zasila- trybu tekstowego przeglądania nych. Umożliwia on generowa- centralny może komunikować jących prądu stałego i zmienne- go , Materiały IV Międzynarodo- odczytywanych danych. W try- nie graficznych raportów, które się bezpoSrednio z dowolną wej Konferencji Naukowo-Tech- bie tym możliwe jest przeglą- powstają według okreSlonych jednostką systemu, wyposażo- nicznej Nowoczesne urządzenia danie wszystkich dokonywa- przez użytkownika kryteriów. ną w moduł GSM z pominię- zasilające w energetyce , War- nych przez obiekt pomiarów Dostępna jest także opcja ciem wyłączonych z działania szawa 2001. 3. TC35T Hardware Interface Des- wraz z ich statusami. Wszystkie eksportu wybranych danych do elementów systemu. Dowolna cription, SIEMENS AG 2001. obiekty w systemie przedsta- arkusza kalkulacyjnego lub ge- struktura połączeń w sieci 4. System automatycznego nadzoru wiane są w taki sam sposób. nerowania raportu w postaci GSM warunkuje także łatwe SAN4-20 Nadzór systemów zasi- Okna poszczególnych elektrow- tekstowej. rozszerzanie systemu na kolej- lających i innych urządzeń prze- nii różnią się jedynie listą po- Opcja tekstowej reprezenta- ne obiekty będące częScią mysłowych. Opis techniczny i in- strukcja obsługi, APS Energia miarów i oznaczeniem pomia- cji danych umożliwia dodatko- zespołu elektrownii bez potrze- sp. z o.o. 2001. rów pochodzących z jednostek wo wyszukiwanie wartoSci by budowy lub modyfikacji inf- 5. System automatycznego nadzoru. oddalonych. alarmowych, ekstremalnych rastruktury teletechnicznej Instrukcja obsługi, APS Energia i obliczanie Srednich z wybra- w monitorowanych obiektach. sp. z o.o. 2002. 32 www.elektro.info.pl 3/2002