Energetická spoločnosť používajúca OPC pre prevádzku svojich veterných elektrární v Španielsku

Veterná energia sa stále viac stáva čoraz viac zaužívaným zdrojom energie. Vysoké ceny ropy, obavy z globálneho oteplovania a jadrová katastrofa vo Fukušime, to všetko prispelo k tomu, že viacej ľudí sa prikláňa k obnoviteľným zdrojom energie, ako je napríklad veterná energia. Napríklad Nemecko sa rozhodlo postupne vyradiť všetkú jadrovú energiu do roku 2022. Veterná energia bude hlavnou oporou tohto energického prechodu, do roku 2050 by mala pokrývať okolo polovice elektrickej energie v Nemecku.

Energetická zmena v Nemecku ukazuje, že úspešná integrácia obnovitelných drojov energie do úžitkových portofólií sa zvyšuje. Napriek tomu, vlastníci a prevádzkovatelia veterných elektrární čelia mnohým obchodným výzvam ako: optimalizácia operácií, efektívna údržba a zvyšovanie presnosti a včasnosť rozhodnutí, toto všetko ovplyvňuje hospodársky výsledok. Ďalšími dôležitými prvkami sú integrácia služieb, presná analýza dát a rovnako aj plánovanie energetických výdajov. Všetky tieto podnikateľské aspekty vyžadujú spoľahlivé údaje v reálnom čase pre vykonanie efektívnych rozhodnutí.

Ako môžu byť tieto problémy prekonané používaním OPC je dobre demonštrované na príklade veternej elektrárne v Španielsku, ktorá je riedená významnou energickou spoločnosťou.

Potrebné garantované doručenie dát

Energetická spoločnosť, ktorá distribuuje elektrinu pre 650,000 maloobchodných zákazníkov čelí výzve na zabezpečenie centralizovaného prístupu dát do troch vzdialených veterných elektrárni v Španielsku. Tieto veterné elektrárne obsahujú turbíny a kontrolné systémy od rôznych výrobcov s premenlivou, nízkou šírkou pásma komunikačných médií. V záujme prístupu k informáciam v reálnom čase pre monitorovanie zariadení, ako aj pre schopnosť robiť rozhodnutia o produkcii, energická spoločnosť potrebovala garantovaný prenos dát pre svoje veterné elektrárne.

K tomu spoločnosť potrebovala zriadiť obojsmernú komunikáciu medzi tromi veternými elektrárnami s približným výkonom 26 megawattov na jednu elektráreň, kontrolou a dispečingom (obe sa nachádzajú v Madride). Okrem toho, spoločnosť vyžadovala: zber dát v reálnom čase a zber historických dát pre pravidelné hlásenia do centály v Nemecku, technickú diagnostiku a kontrolu v reálnom čase, centralizované informácie pre každého projektového manažéra, záruku výrobcu a dodávateľský dohľad nad údržbou.

Otvorené spojenie s OPC

Energetická spoločnosť sa rozhodla používať OPC, čo je séria otvorených štandardných špecifikácií pre dátové prepojenie v priemyselnej automatizácii. OPC je svetovo najpopulárnejší štandard dátového prepojenia. Používa sa ako riešenie jednej z najväčších výziev priemyselnej automatizácie: ako komunikovať medzi zariadeniami, regulátormi, a/alebo aplikáciami bez toho, aby sa objavili obvyklé problémy pri použití špeciálnych ovládačov.

Najpoužívanejšie varianty klasického OPC štandardu sú: OPC Data Access (OPC DA) pre presun dát v reánom čase medzi riadiacimi zariadeniami do HMI, historianov a ďalších zobrazovacích klientov; OPC Historical Data Acess (OPC HDA) pre poskytovanie štandardného spôsobu zdielania dát; a OPC Alarms & Events (OPC A&E) pre prenos alarmov a udalostí. Tieto špecifikácie OPC sú založené na binárnych komunikačných službách Microsoft Windows implementovaných do Component Object Model (COM) a Distributed Component Object Model (DCOM), ktoré umožňujú aplikáciam Windowsu zdielať dáta lokálne alebo jednotlivo vzdialene. Vďaka tomuto, všetky riadiace systémy, interfejsy, automatizačné aplikácie atď., bežiace na platforme Windows, môžu ľahko využiť zdieľanie dát ponúkané OPC Classic-om.

Kľúčom k úspechu OPC vo vytváraní od dodávateľa skutočne nezávislej komunikácie je, že OPC obsahuje Data Source (zdroj dát), napr. PLC a Data Sink napr. HMI, tzn. implementačné detaily z každej strany, takže dáta môzu byť vymieňané mezdi zdrojom dát a dátami zákazníka bez toho, aby museli vedieť niečo o ďalších protokoloch komunikácí a o vnútornej organizácí dát. Toto je v ostrom kontraste s princípom špeciálnych ovládačov a aplikácií, ktoré podľa definície musia spolu prirodzene komunikovať. OPC štandard prináša obe, flexibilitu zvoliť si na trhu ľubovolný SCADA, Historian alebo analytické nástroje a možnosť zvýšiť odolnosť existujúcich architektúr jednoducho pridaním nových funkcí a komponentov bez obáv, ako sa nové a existujúce komponenty prepoja – kľúčové úvaha pri tom, ako veterné elektrárne rastú a vyvíja sa technológia. Tieto výhody vynikli nad všetky ostatné, keď si OPC riešenia od MatrikonOPC vybrala energetická spoločnosť pre svoje veterné elektrárne. MatrikonOPC nielenže malo správne riešenia, ale taktiež veľké množstvo OPC skúseností v podobných projektoch.

Realizácia: výzvy a riešenia

Počas implementovania potrebných OPC riešení, museli byť vyriešené rôzne technické problémy, a to ako vo veterných elektrárňach tak aj v riadiacom centre.

Dáta prichádzajúce z turbín v Španielskych veterných elektrárňach, boli celkom základné, ako vyrobená elektrina alebo uhol sklonu lopatiek veterných turbín. Pre energetickou spoločnosťou požadované jasnejšie informácie, MatrikonOPC realizoval svoju MatrikonOPC Data Calculator v kombinácií s MatrikonOPC Funnel. MatrikonOPC Funnel, tak ako názov napovedá, poskytuje lievik, ktorý z veterních elektrárni zhromažďuje všetky procesné dáta do jedinej brány. Týmto spôsobom OPC Data Calculator potreboval urobiť jedno jednoduché pripojenie (k lieviku) aby dostal prístup k dátam zo všetkých dátových zdrojov.

Jednou z hlavných výziev skoro pre káždého prevádzkovateľa veternej elektrárene je prepoitelnosť s rôznymi riadiacimi systémami; v tomto prípade boli zapojené tri rôzne riadiace jednotky od dvoch rôznych dodávateľov. Využitím OPC, mohli byť vybudované bezporuchové komunikačné cesty pre všetky z nich a všetky potrebné dáta mohli byť zozbierané.

MatrikonOPC Data Calculator je OPC nástroj navrhnutý tak, aby skombinoval ľubovoľný počet OPC vstupov v reálnom čase, udržial ich, a generoval a vytváral OPC výstupy v reálnom čase. Týmto spôsobom nástroj prerába prvotné dáta na informácie: napríklad skombinovaním informácie o generovanej energie s mechanickým namáhaním ktorému je turbína vystavená, vzniknú údaje, ktoré ukazujú ako efektívne veterná turbína pracuje.

Prenos dát z veternej elektrárne do Historianu

Aby bolo možné dlhodobo analyzovať zhromaždené dáta v reálnom čase, bolo dôležité pre energetickú spoločnosť uložiť informácie do archívneho nástroja. Preto namiesto spoliehania sa iba na centralizovaný historian, bol použitý OPC Desktop Historian pre každú veternú farmu. OPC Desktop Historian je nenáročné riešenie, ktoré poskytuje efektívne vysokorýchlostné ukladanie dát, pričom je ľahko inštalovateľné, konfigurovateľné a spravovateľné … Keď sú nutné poľné aktivity, ako je údržba, mať OPC Historian umiestnený na každej veternej elektrárni umožňuje inžinierom prístup ku všetkým informáciam, ktoré potrebujú na mieste.

Okrem ukladania všetkých dát na mieste lokálne, boli použité ďaľšie štandardné OPC komponenty s názvom MatrikonOPC HistoryLink aby automaticky preniesli archivované dáta z každej veternej elektrárne do centralizovaného historianu dát v riadiacom centre. HistoryLink používa OPC HDA na vykonanie prenosu zo zdroja dát do cieľa, pričom zabezpecí, že žiadne dáta niesú stratené. Veterné elektrárne niekedy produkujú a ukladajú veľké množstvá lokálnych dát, a často pracujú v prostrediach s nízkou sieťovou priepustnosťou, čo spraví prenos dát do centrálneho miesta problematickým. HistoryLink umožnil energetickej spoločnosti, v prípade potreby, vybrať tie najkritickejšie dáta pre prenos do centrálneho historianu.

Okrem toho, posielať dáta medzi systémami a vyhnúť sa bezpečnosti a DCOM problémom, bol rozhodujúci mechanizmus na spoľahlivé doručovanie dát. MatrikonOPC Tunneller poskytol bezpečnú prenosovú cestu pre doručené z veterných elektrárni.

Výsledky

Konsolidácia dát z rôznych veterných elektrárni bola pre energeticku spoločnosť náročná kvôli problémom ako: viaceré lokácie, dostupnosť súčiastok od rôznych dodávateľov a nutnosť spoľahlivých komunikačných kanálov naprieč nespoľahlivým sieťovým prostrediam.

Partnerstvo s odborníkmi z MatrikonOPC a jeho riešeniami bolo kľúčovým prvkom úspechu. Použitím OPC ako firemného štandardu pre komunikáciu, dosiahla energetická spoločnosť jednoduchosť v implementáci, rovnako ako v podpore a údržbe, a škálovatelnú a silnú architektúru založenú na voľnom štandarde, ktorý umožňuje vytvorenie dodávateľsky neutrálnu hardvérovú a softvérovú architektúru. Výsledkom je, že prepojenie medzi vzdialenými veternými farmami a riadiacim centrom umožnilo spoľahlivý presun dát a znížilo náklady na projekt.

Tu sú riešenia, ktoré boli prebrané v prípadovej štúdií

OPC Funnel

OPC Funnel poskytuje bránu, ktorá umožňuje OPC klientom jednoduché pripojenie k viacerým OPC serverom. Toto je ideálne v situáciách kde sa klient, ako je napríklad procesný historian, môže pripojiť k zdroju dát iba jediný krát kvôli licenčným obmedzeniam alebo kde možno slabo naprogramovaný OPC klient je schopný pripojiť sa len na jediný OPC server.

OPC Data Calculator

MatrikonOPC Data Calculator je silný kalkulačný nástroj na ktorý netreba žiadne skúsenosti v programovaní. Intuitívne grafické rozhranie umožňuje plnú konfiguráciu kalkulačného nástroja a pre tvorbu používateľa definované šablóny. Výpočtový nástroj je dostatočne prepracovaný na to, aby zvládal aj tie najkomplexnejšie výpočty procesných dát pre, reálne dáta ako aj historické dáta. Bez námahy vykonáva zložité komplexné výpočty pomocou OPC tagov s neobmezdenou číselnou prenosťou. MatrikonOPC Data Calculator zvláda všetku matematiku “na pozadí”, cím umožňuje používateľom možnosť sústrediť sa na výpočtovú logiku. Užívatelia môžu čítať a zapisovať dáta do viacerých OPC serverov jenoducho pridávaním hodnôt tagov prostredníctvom používateľského rozhrania.

OPC Desktop Historian

Pre výrobcov, ktorý potrebujú analyzovať procesné dáta, je OPC Desktop Historian cenovo dostupný, ľahko inštalovateľný, konfigurovateľný a spravovaci nástroj. Narozdiel od procesných historianov podnikovej triedy, ktoré sú navrhnuté tak, aby riadili potreby celej spoločnosti sa OPC Desktop Historian zameriava na zber dát. OPC Desktop Historian je nenáročne riešenie pre časovo orientované ukladanie dát, ktoré môže byť nasadené samostatne alebo sa stať súčasťou riešenia celkového podnikového historianu. Taktiež je je to silný historian za cenu OPC HDA drivera!

OPC History Link

MatrikonOPC History Link je je jediný nástroj na prenos historických dát, ktorý budete vždy potrebovať. Už nebudú dlhšie izolované ostrovy dát trápiť vašu prevázdku. Skutočne flexibilný a agilný nástroj MatrikonOPC History Link je pre každého, kto v súčastnosti zbiera alebo uchováva historické dáta. Tento kompatibiný OPC softwér je rýchly a jednoduchý spôsob ako prenášať dáta.

OPC Tunneller

OPC Tunneller od MatrikonOPC (teraz s šifrovaním a kompresiou dát) poskytuje jednoduchý a spoľahlivý spôsob ako komunikovať mezdi počítačovými sieťami. Odstraňuje bolesti spojené a DCOM konfiguráciou. Už viac niesú rôzne protokoly, bezpečnostné nastavenia alebo miesta faktorom pri zdielaní dát medzi počítačmi. Toto je jednoducho dosiahnuteľné nainštalovaním OPC Tunneller-a na OPC klientoch a OPC serveroch a potom nastavením Tuneller klienta, kde sa nachádza Tuneller server.