Modernizacja układu sterowania kotła K2 w Centralnej Ciepłowni Dęblin

Wiekowa automatyka to tykająca bomba. Z naszego doświadczenia wynika, że systemy wdrożone na przełomie wieków, choć mechanicznie wciąż sprawne, technologicznie stanowią ogromne ryzyko dla ciągłości produkcji ciepła.

W tym artykule opisujemy, jak zakończyliśmy kompleksową modernizację systemu sterowania kotła nr 2 (K2) w Centralnej Ciepłowni Dęblin. Projekt ten był odpowiedzią na rosnące wymagania inwestora w zakresie bezpieczeństwa technologicznego, niezawodności i efektywności procesu ciepłowniczego. W poniższym studium przypadku dzielimy się naszym doświadczeniem z tego wdrożenia – od zdiagnozowania problemów starego układu, przez realizację prac modernizacyjnych, aż po osiągnięte efekty dla klienta.

Dlaczego modernizacja była niezbędna?

Układ sterowania kotła K2 powstał w 2000 roku i przez lata opierał się na sterowniku GE 90-30 oraz podstawowym, tekstowym panelu operatorskim. Po ponad dwóch dekadach eksploatacji zaobserwowaliśmy, że stary system zaczął ujawniać liczne ograniczenia:

Wysoka awaryjność komponentów, prowadząca do spadku niezawodności całego systemu. Częste usterki zagrażały ciągłości pracy kotłowni.
Brak dostępnych części zamiennych – urządzenia sterujące były wycofane z produkcji, więc każda awaria mogła okazać się krytyczna z powodu braku zamienników.
Problemy z integracją i rozbudową – przestarzała architektura utrudniała dodawanie nowych czujników czy urządzeń do układu, hamując rozwój instalacji.
Brak rejestracji i archiwizacji danych operacyjnych, co uniemożliwiało analizę historii pracy kotła oraz wyciąganie wniosków z trendów procesowych.
Ograniczony interfejs operatorski, utrudniający diagnostykę i codzienną obsługę – podstawowy panel tekstowy był mało czytelny i nieergonomiczny dla personelu.

Stary system nie gwarantował już bezpiecznej i stabilnej pracy kotłowni, dlatego modernizacja okazała się nieunikniona. Uznaliśmy, że unowocześnienie układu sterowania jest konieczne, aby zapewnić ciągłość pracy kotłowni, stabilność procesu oraz możliwość dalszego rozwoju systemu w kolejnych latach.

Poniżej przykład jednego z podstawowych ekranów operatorskich starego rozwiązania – z minimalną przejrzystością i ergonomią obsługi:

Rys. 1. Przykładowy ekran logowania w systemie HMI

Wskazówka: Decyzja o modernizacji nie powinna zapadać dopiero w momencie awarii. W PiA-ZAP rekomendujemy wymianę systemów sterowania, gdy tylko producent ogłasza koniec wsparcia technicznego (Phase-out), aby uniknąć paraliżu zakładu.

Jakie prace wykonaliśmy w ramach modernizacji?

W ramach projektu przeprowadziliśmy pełne unowocześnienie systemu sterowania – obejmujące zarówno część sprzętową (hardware), jak i warstwę wizualizacji procesu.

Poniżej przedstawiamy kluczowe elementy modernizacji i nasze rozwiązania.

Jak wymieniliśmy sterownik GE 90-30 na nowoczesny PLC?

Pierwszym krokiem było zastąpienie przestarzałego sterownika GE 90-30 nowoczesnym sterownikiem PLC o dużych możliwościach. Nowy sterownik zapewnia dużą rezerwę zasobów (wysoka wydajność i zapas mocy obliczeniowej), możliwość przyszłej rozbudowy systemu oraz obsługę zaawansowanych algorytmów sterowania. Dzięki temu obecna automatyka nie tylko spełnia bieżące potrzeby, ale jest też przygotowana na ewentualne rozszerzenia funkcjonalności w przyszłości.

Dodatkowo zainstalowaliśmy nowy 15-calowy panel operatorski HMI w miejscu starego panelu tekstowego. Ten dotykowy panel HMI zapewnia teraz przejrzyste sterowanie kotłem oraz intuicyjną nawigację po ekranach technologicznych. Operator ma do dyspozycji czytelny, graficzny interfejs zamiast dawnych komunikatów tekstowych, co znacząco ułatwia pracę i diagnostykę na bieżąco.

Rys. 2. Ekran kotła 2 z aktywnymi obszarami sterowania, oraz stacyjkami i trendami.

Jaki system SCADA wdrożyliśmy do nadzoru kotłowni?

Kolejnym elementem modernizacji było uruchomienie nowego systemu wizualizacji SCADA dla kotłowni. Stworzyliśmy od podstaw nowoczesny system SCADA oparty na oprogramowaniu InTouch (Wonderware), który zapewnia pełny nadzór nad pracą całej instalacji. Dzięki temu rozwiązaniu operatorzy zyskali pełną wizualizację procesu kotłowni w czasie rzeczywistym na dużym ekranie. System SCADA zbiera i archiwizuje kluczowe parametry procesowe, umożliwia odtwarzanie trendów historycznych oraz automatyczne generowanie raportów operacyjnych. Co istotne, zintegrowaliśmy w SCADA również odczyty z istniejących pomp wody obiegowej – wszystkie ważne urządzenia zostały włączone do jednego systemu nadzoru. Teraz obsługa może na jednym interfejsie monitorować kotły K1 i K2 wraz z infrastrukturą pomocniczą, co poprawia spójność i efektywność kontroli procesu.

Przykład ekranu SCADA prezentującego uproszczoną strukturę instalacji:

Rys. 3. Schematy uproszczone kotłowni w systemie SCADA.

W jaki sposób falowniki Hitachi P1 usprawniły pracę wentylatorów?

Aby zwiększyć efektywność energetyczną i kontrolę nad spalaniem, zmodernizowaliśmy układ napędowy wentylatorów podmuchu. Dostarczyliśmy i uruchomiliśmy dwa przemienniki częstotliwości (falowniki Hitachi P1 o mocy 22 kW) do sterowania pracą wentylatorów dostarczających powietrze do kotła. Dzięki zastosowaniu tych nowoczesnych falowników możliwa stała się płynna regulacja obrotów wentylatorów w zależności od zapotrzebowania. W praktyce pozwoliło to na:

Stabilniejszą pracę kotła – eliminacja nagłych zmian wydajności paleniska, utrzymanie równomiernego procesu spalania.
Lepszą kontrolę procesu spalania – precyzyjne dostosowanie ilości powietrza do aktualnego obciążenia kotła, co przekłada się na optymalne warunki spalania paliwa.
Oszczędność energii elektrycznej – wentylatory nie pracują już cały czas na maksymalnej prędkości, a jedynie z taką wydajnością, jaka jest potrzebna. To zmniejszyło zużycie prądu i obniżyło koszty eksploatacji systemu napowietrzania kotła.

Przykład ekranów stacyjek:

Rys. 4. Stacyjki falownika, dmuchaw, kotła i regulatora PID – obsługa awarii i diagnostyka.

Dlaczego zainstalowaliśmy nową stację operatorską 32’’?

W ramach poprawy ergonomii i nadzoru wdrożyliśmy również nową stację operatorską z dużym 32-calowym ekranem. Została ona zainstalowana w pomieszczeniu mistrzów (nadzoru) i stanowi teraz główne centrum obserwacyjne pracy kotłowni. Na tej stacji operatorskiej dostępna jest pełna wizualizacja wszystkich układów technologicznych, co w praktyce oznacza, że dyspozytor lub mistrz zmianowy może na jednym ekranie śledzić jednocześnie pracę obu kotłów i powiązanych urządzeń.

Nowe stanowisko operatorskie wyświetla także bieżącą listę alarmów w systemie, umożliwiając personelowi natychmiastową reakcję na wszelkie nieprawidłowości. Operatorzy mają ponadto podgląd trendów i historii parametrów, dzięki czemu mogą analizować zmiany w czasie (np. temperatur, ciśnień, wydajności). Dla każdego istotnego urządzenia przygotowaliśmy szczegółowe ekrany sterownicze (tzw. stacyjki obiektowe), zawierające wszystkie potrzebne dane i diagnostykę. Taka centralna stacja 32’’ znacząco podniosła komfort pracy – zamiast ograniczonego panelu lokalnego dysponujemy teraz pełnoprawnym pulpitem kontrolnym całej kotłowni.

Rys. 5. Ekran alarmów – szybka identyfikacja aktywnych zdarzeń procesowych i podgląd trendów

Jak zadbaliśmy o dokumentację i przeszkolenie personelu?

Projekt modernizacji zwieńczyliśmy kompletnym przekazaniem wiedzy i dokumentacji klientowi. Przygotowaliśmy pełną dokumentację powykonawczą zawierającą m.in. schematy, opisy działania oraz konfiguracje zastosowanych urządzeń i oprogramowania. Przekazaliśmy również klientowi wszystkie kody źródłowe nowego oprogramowania sterowników oraz licencje do oprogramowania SCADA/HMI – dzięki temu właściciel instalacji ma pełną kontrolę nad swoim systemem i możliwość jego modyfikacji w przyszłości.

Na koniec przeprowadziliśmy szkolenie personelu obsługującego kotłownię, obejmujące praktyczną obsługę nowych paneli HMI oraz systemu SCADA. Operatorzy nauczyli się na szkoleniu m.in. nawigacji po ekranach wizualizacyjnych, potwierdzania i diagnozowania alarmów, przeglądania archiwalnych trendów czy generowania raportów.

Dzięki temu załoga kotłowni od pierwszego dnia po modernizacji była przygotowana do efektywnego korzystania z nowego układu sterowania.

Operatorzy mogą teraz analizować pracę kotła na trendach:

Rys. 6. Trendy – narzędzie analizy pracy kotła.

Podsumowanie zakresu modernizacji w tabeli

Dla lepszego zobrazowania zmian przedstawiamy porównanie wybranych elementów starego i nowego układu sterowania kotłem K2:

Element systemu	Stare rozwiązanie (rok 2000)	Nowe rozwiązanie
Sterownik PLC	GE 90-30 (wycofany, ograniczone zasoby, brak wsparcia)	Nowoczesny PLC (wysoka wydajność, możliwość rozbudowy, zaawansowane algorytmy)
Panel operatorski	Tekstowy panel operatorski (minimalna funkcjonalność)	15″ panel HMI (graficzny, intuicyjny interfejs)
System wizualizacji	Brak systemu SCADA (tylko podstawowy panel, brak archiwizacji danych)	System SCADA InTouch (pełna wizualizacja kotłów K1 i K2, archiwizacja danych, trendy, raporty)
Regulacja wentylatorów	Wentylatory bez falowników (stała prędkość pracy)	2× falownik Hitachi P1 22 kW (płynna regulacja obrotów podmuchu)
Stanowisko operatorskie	Brak centralnej stacji (tylko lokalny panel przy kotle)	32″ stacja operatorska (centrum nadzoru, alarmy, trendy, stacyjki urządzeń)

Jakie problemy rozwiązaliśmy?

Modernizacja rozwiązała wszystkie kluczowe trudności, z którymi użytkownik kotła borykał się od lat. Oto podsumowanie problemów starego systemu i sposobu ich eliminacji przez nasze rozwiązania:

Brak części zamiennych – problem wyeliminowany. Zastosowaliśmy nowe komponenty dostępne na rynku, co gwarantuje wieloletnie wsparcie producentów i ciągłość serwisowania.
Wysoka awaryjność – znacząco zmniejszona. Nowe urządzenia charakteryzują się większą niezawodnością, a czytelna diagnostyka (alarmy i komunikaty na HMI/SCADA) pozwala szybko wykrywać i usuwać usterki, redukując ryzyko nieplanowanych przestojów.
Brak rejestracji danych – rozwiązany przez nowoczesną archiwizację. Wdrożyliśmy system gromadzenia danych procesowych; operatorzy mogą teraz analizować historię pracy kotła na wykresach trendów, co pomaga w wyciąganiu wniosków i optymalizacji pracy.
Zbyt uproszczony interfejs – zastąpiony pełną wizualizacją graficzną. Każdy element instalacji ma teraz własny ekran w systemie HMI/SCADA z aktualnymi parametrami i diagnostyką, co ułatwia nadzór i szybkie reagowanie na odchylenia.
Brak możliwości rozbudowy – usunięty problem. Obecny system PLC i SCADA został zaprojektowany z myślą o przyszłych potrzebach – pozwala na łatwe dodawanie nowych urządzeń lub modułów funkcjonalnych bez wymiany głównych podzespołów.

Dzięki pełnej wizualizacji i archiwizacji danych operatorzy mogą teraz szybciej reagować na alarmy i analizować pracę kotła, co przekłada się na większą stabilność procesu.

Jakie korzyści zapewniliśmy klientowi?

Dzięki realizacji projektu modernizacji nasz klient (oraz jego zespół operatorów) zyskał szereg wymiernych korzyści. Po wdrożeniu nowego układu sterowania kotłownia pracuje lepiej, bezpieczniej i taniej. Najważniejsze efekty modernizacji to:

Wysoka niezawodność systemu sterowania – Nasza nowa automatyka znacząco minimalizuje ryzyko awarii i zwiększa bezpieczeństwo procesu. Klient może polegać na stabilnej pracy kotła bez obaw o częste przestoje.
Pełna kontrola nad instalacją – Graficzne ekrany synoptyczne, alarmy, trendy i archiwizacja danych pozwalają operatorom na szybką reakcję w sytuacjach awaryjnych. Personel ma pełny obraz sytuacji w kotłowni i może świadomie zarządzać procesem w oparciu o bieżące oraz historyczne informacje.
Komfort i ergonomia obsługi – Nowe interfejsy HMI i SCADA są intuicyjne i przejrzyste, co ułatwia codzienną pracę obsługi. Szkoleni operatorzy szybko zaadaptowali się do nowego systemu, który usprawnia wykonywanie zadań (np. identyfikację alarmów czy zmianę nastaw) i zmniejsza stres związany z obsługą kotła.
Niższe koszty eksploatacji – Zastosowanie falowników Hitachi do regulacji wentylatorów oraz optymalizacja procesu spalania przekładają się na realne oszczędności energii elektrycznej i cieplnej. Kotłownia pracuje efektywniej, co oznacza niższe zużycie prądu przez wentylatory i bardziej ekonomiczne spalanie paliwa.
Gotowość do dalszej rozbudowy – Zmodernizowana platforma automatyki jest przygotowana na przyszłe wyzwania. W razie rozbudowy instalacji (np. dodania kolejnych urządzeń czy nowych funkcjonalności) nie będzie konieczna wymiana głównych elementów systemu sterowania – nasz klient dysponuje elastycznym i skalowalnym rozwiązaniem.

Podsumowanie

Modernizacja kotła K2 w Centralnej Ciepłowni Dęblin jest przykładem naszego kompleksowego podejścia do realizacji projektów automatyki – od szczegółowej diagnozy stanu obecnego, przez projekt i dostawę urządzeń, aż po uruchomienie systemu i przeszkolenie personelu. W efekcie tego projektu klient otrzymał nowoczesną, stabilną i przyszłościową infrastrukturę automatyki, która zapewni niezawodną pracę kotłowni na wiele kolejnych lat.

Udostępnij