Système de contrôle distribué d’une
installation de production d’énergie électrique de déchets non dangereux
s.d.i. automazione industriale a fourni et mis en service dans l’anée 2003 le système de contrôle distribué pour la nouvelle installation de production d’énergie électrique de déchets non dangereux (CDR – Combustibile Derivato dai Rifiuti) de la BAS de Bergamo.
Le système est un DCS (Distributed Control Sistem) qui couvre les exigences d’automation et conduction de l’installation entière: il se base sur contrôleurs de typologie mixte (PLC et SoftPLC sur PC) et acquisition de bus de terrain avec distribution de l’I/O sur deux niveaux (ProfibusDP et Profibus AS).
L’interface opérateur est réalisée avec stations SCADA/IHM connexes au DCS sur réseau redondante Ethernet TCP/IP.
Le système a été réalisé en employant le produit eXPert de s.d.i. automazione industriale qui comprend le logiciel SCADA/IHM, les fonctions de configuration (eXPert development outils), les noeuds SoftPLC redondants et les fonctions d’acquisition de PROFIBUS. Pour le PLC et les noeuds Profibus ont été utilisés les produits SIEMENS de la sèrie SIMATIC.
s.d.i. automazione industriale a aussi implémenté toutes les fonctions de réglage et les automatismes nécessaires au fonctionnement de l’installation.
Le Client et l’Installation
La BAS (Bergamo Ambiente e Servizi), entreprise municipalisée de Bergamo, fourni les services eau, gaz, éclairage publique, épuration eaux et incinération déchets.
L’installation a une potentialité de 11MW bruts (9,5 MW nets), pour une production annuelle d’énergie électrique de 76.000.000 de kWh.
Le combustible utilisé, provenant du biosécheur, monte à 72.000 t/an; il est aussi employé, comme combustible additionnel, le biogaz produit par la digestion anaérobie des boues biologiques et de la fraction organique.
L’installation est composée d’une ligne de production du vapeur constituée d’un four “à lit fluide bouillant” et d’une chaudière à récupération.
Le CDR (combustibile da rifiuti) est mouvementé par pont roulant, bandes et élevateurs jusqu’à l’éntrée dans la chambre de combustion.
En queue du générateur de vapeur est installé la ligne de traitement fumées, composée de deux philtres à manches en sèrie. À la fin de la ligne on a installé un système DeNOx de type catalytique.
Le vapeur produit pour la chaudière, est conféré à la vanne d’admission d’une turbine multiétages à condensation, couplée à un alternateur de type synchrone triphase.
L’énergie produit à la tension de 15KV est donnée à une ligne électrique du réseau électrique national, à 132KV, après transformation effectuée dans le substation électrique liée à l’installation.
Structure du système de contrôle
L’installation est contrôlée par un DCS composé de 4 îlots d’automation principales, rélisé en utilisant téchnologies hétérogènes; deues sont constituées en effet de noeuds SoftPLC redondants (produit s.d.i. eXPert SoftPLC), une d’un réseau de PLC Siemens, la quatrième d’un PLC en configuration duale fail safe.
Les 4 îlots d’automation contrôlent respectivement:
• les installation de production du vapeur et traitement fumées
• l’installation turbine et cycle thermique
• la section électrique
• les fonctions d’ESD
Les contrôleurs sont entre eux interfacés ed integrati, surtout pour ce qui regarde la
stations de SCADA/IHM qui réalisent les stations pour les opérateurs d’installation. Sont aussi présentes une station d’archivage, une station dédiée à les fonctions de manutention et d’installation, une station d’archivage documentation.
Sur le réseau de système est connexe la station de configuration (eXPert development)
Le réseau de liason des tableaux de récolte signal distribués dans l’installation est réalisée sur deux niveaux; bus d’acquisition basé sur PROFIBUS AS et niveau immédiatement superieur sur PROFIBUS DP redondante en fibre optique.
À niveau des réseaux profibus on utilise cartes de I/O directement connexes aux noeuds d’interface SIEMENS IM153 aussi bien que sousréseaux Profibus AS qui utilisent modules de I/O Asi: elles sont gérées e deues distintes typologies de tableau:
• tableaux MCC (Motor Control Center): pourvus de tiroirs avec I/O dédié à usagers comme moteurs et vannes motorisées;
• tableaux RIO (Remote I/O): pourvus de carte d’acquisition et commande d’outils installés en champ.
Les réseaux PROFIBUS DP sont afferents à contrôleurs SoftPLC réalisés sur PC en configuration duelle aussi bien qu’à PLC. Les noeuds SoftPLC s.d.i. automazione interfacent par le protocole MODBUS les tableaux de contrôle turbine et les tableaux BMS.
Les réseaux PROFIBUS sont réalisées, selon le contexte, en fibre optique ou en cuivre.
Les 2 noeuds SoftPLC redondants, sont dédiés à l’automation des installations de production du vapeur, traitement fumées, de la turbine et du cycle thermique.
Les îlots d’automation basés sur PLC Siemens ont été employés pour le contrôle de la section électrique et pour les fonctions d’Emergency Shutdown (protections et blocages); en utilisant dans ce dernier cas un PLC en configuration duelle fail safe.
Tous les contrôleurs sont connexes à les stations SCADA/IHM; et à les stations d’archivage, manutention et documentation d’installation sur LAN Ethernet TCP/IP redondante.
1.2 Fonctions de diagnostique et asset management integrate
La station de manutention est employée por gérer, relativement à les équipements d’installation:
• manutention préventive
• manutention statistique prédictive
• démande d’intervention extraordinaires
• émission et planification des ordres de travail
• gestione des magasins locales à l’installation
Les fonctions de manutention et asset management interagissent avec le système SCADA en prélevant les valeurs des compteurs relatifs à les heures de fonctionnement des moteurs présents en installation, qui sont utilisés pour la planifications des activités de manutention préventive.
Pour chaque moteur/vanne on a définit les activités de manutention nécessaires et on a posé une planification basée sur le calendrier aussi bien que sur les heures de fonctionnement de l’installation.
La planification des activités de manutention est effectuée interactivement par le responsable de la manutention qui démande au système la liste des activités prevues pour la période de planification désiré.
Le système, sur la base des lectures effectuées de SCADA et en base à les échéances de calendrier, visualise les activités de manutention prevues, leur détail de planification est affiné par le responsable lui même, en donnant enfin lieu à l’émission des ordres de travail.
Les mesures d’installation intéréssantes pour la diagnostique de l’état du fonctionnement des dispositifs peuvent être employées pour fonctions d’analyse dans le domaine de la maintenance statistique prédictive.
Ces fonctions analisent les mesures acquises et déterminent possibles anomalies en comparant les valeurs acquis de SCADA par rapport à un range de valeurs imposté ou par rapport à la variance de la donnée. Les anomalies retrouvées sont soulignées aux responsables de la maintenance qui peuvet éventuellement émettre ordres de travail pour les activités nécessaires.
Le système de manutention est équipé de tous les outils d’analyse nécessaires au contrôle de l’histoire de la maintenance de chaque dispositif d’installation; ils comprennent l’archivage historique des ordres de travail complétés et l’analyse des coûts relatifs à ces derniers.
Architecture de détail
Un LAN principale de système, Ethernet redondante, permet d’interfacer tous les noeuds du système de contrôle distribué
En salle contrôle, il y a les suivants outillages, vus comme noeuds du système:
• 2 stations opérateur du système DCS, en configuration totalement redondante;
• 1 station de configuration système DCS;
• 2 imprimantes (à module continu pour l’impression événements et reports, à couleurs à jet d’encre, pour l’impression de pages grafiques).
• 1 stations pour fonctions de maintenance (intégrées à SCADA) des outillages d’installation.
Il y a aussi un ordinateur dédié à la visualisation documentation électronique, connexe en réseau Ethernet séparé à la station de gestione maintenance placée en salle contrôle.
Le système de contrôle est subdivisé en:
• deux systèmes basés sur Soft PLC, tous les deux redondants avec intervention de sauvegarde automatique
• un système basé sur contrôle distribué basé sur réseau de PLC
• un système de protection et blocage basé sur PLC redondant
Aux trois prèmieres systèmes dépendent diverses lignes de bus de terrain, entre lesquelles il y en a de redondantes, ainsi structurées:
Soft PLC 1 (installation Chaudière + Traitement fumées);
• Bus de système redondant (Profibus DP) en fibre optique qu’interface les MCC Chaudière et MCC Traitement fumées;
• Bus de système redondant électrique (Profibus DP) qu’interface les îlots de I/O à distance situés sur les installations Chaudière et Traitement fumées;
• Interface sérielle redondante pour l’échange données entre la CPU redondante et le système BMS.
Soft PLC 2 (Turbine et cycle thermique) :
• Bus de système redondant (Profibus DP) pour l’interfaçage sur ligne électrique des signales auxiliaires du panneau de protection et commande, et en fibre optique pour l’interfaçage des MCC Turbine, Services Générales, Utif, Sous-station 130Kv (à presque 1500 mt de distance)
• Bus de système redondant électrique (Profibus DP) qu’interface les îlots de I/O à distance situés sur les installations Cycle Thermique, Turbine, Alternateur
• Interface sérielle avec protocole Modbus RTU qui permet l’échange données entre la CPU redondante et le système de contrôle turbines (STCS)
• Bus de système (profibus DP) en fibre optique qu’interface I/O à distance relatif aux services extérieures placé à presque 300 mt.
Réseau PLC section électrique
• connexion sur Profibus DP vers les dispositifs relatifs à PMCC (24 SIPROCODE , 5 SIPROTEC) , UPS, Tableau MT (4 SIPROTEC), PLC pompes eau de refroidissement condensateurs et PLC Compresseurs Air, PLC cabine analyse
• connexion au tableau de protection générateur et contrôle parallèle.
Système ESD.
Le système ESD, constitué de deux CPU SIEMENS AS414FH, est de type duel fault-tolerant, opére en manière totalement autonome du système DCS et échange, par contacts directement cablés aux I/O du système, les signales inhérents à les chaînes blocages d’installation.
Architecture IHM/SCADA
Les interfaces opérateur du système sont constituées de 2 consoles opérateur avec fonctions de SCADA/IHM en configuration redondante qui permettent le contrôle de toute l’installation par pages graphiques.
Station de configuration
La console de configuration (eXPert development) permet la modification de la configuration de points, pages et logiques d’automation et réglage (en utilisant pour ces dernières le formalisme IEC 1131-3) relatives à toute l’installation.
Système de maintenance installation
La station de maintenance, qui utilise le logiciel d’Asset Management Datastream MP2, intégré à SCADA, s’occupe de fonctions de gestion du maintenance préventive et prédictive, émission et planification des ordres de travail, traitement des démandes d’intervention extraordinaires, gestion des magasins locales d’installation.
