Umeå Energi konsoliderar Siemens PLC i ABB Ability™ System 800xA

Umeå Energi har tre ABB Ability™ System 800xA som styrsystem, varav ett för fjärrvärmenätet i Umeå. ABB:s serviceverksamhet är med sina ingenjörer i Umeå tillgängliga för Umeå Energi vid behov.

Förutom de tre 800xA-systemen har Umeå Energi 21 stycken Siemens S7-300 PLC:er på olika platser i fjärrvärmenätet i Umeå. Dessa används för att styra utrustning som till exempel pumpar och ventiler i tryckstegringsstationer och sektioneringskammare för att garantera korrekt tryck i fjärrvärmenätet.

2015 beslutade Umeå Energi om att genomföra ett HMI-konsolideringsprojekt tillsammans med ABB:s lokala serviceteam. Tidigare styrdes Siemens PLC:erna av två Siemens Simatic HMI:er (Human-Machine Interfaces, människa-maskin-gränssnitt). PLC:erna var seriellet anslutna till det överordnade styrsystemet, System 800xA. Vid sektioneringskammrarna kunde PLC:erna även styras med paneler.

"Redan 2005 hade vi en vision om att alla våra styrsystem skulle finnas i samma HMI, så att operatören skulle ha en likadan arbetsmiljö oavsett vilken del av systemet han jobbade, vilket också skulle minimera riskerna och i förlängningen minska kostnaderna för drift och underhåll", berättar Dirk Mottmann.

Fjärrvärmenätet har genom åren expanderat och utökats. Utökningen av styrsystemet har i sin tur gjorts av olika underleverantörer som har använt sig av sina egna automationslösningar för styrningen, utan övergripande standardisering eller återanvändning av redan befintliga lösningar.

Redan 2014 var det HMI som användes för att styra PLC-enheterna, Siemens Simatic, föråldrat och det blev allt svårare att använda systemet, vilket gav höga underhållskostnader och ökade processrisker.

Kommunikationen mellan Siemens WinCC och System 800xA var på en basal nivå och operatörerna tvingades använda sig av olika HMI:er, vart och ett med eget utseende och olika sätt att navigera, för att kunna hantera de olika delarna av anläggningen

Processgruppen på Umeå Energi insåg att även om en uppgradering av Siemens HMI var den traditionella lösningen skulle detta inte leda mot visionen om en gemensam operatörsmiljö.

Därför beslutade de att undersöka olika alternativ för att genomföra en komplett konsolidering av Siemens PLC:erna med det övergripande styrsystemet, System 800xA, och att ta Siemens WinCC HMI ur drift.

I traditionella PLC-konsolideringar måste alla signaler från varje objekt kopplas manuellt till System 800xA, vilket är ett tidskrävande arbete.

Istället hanterar ABB OPC Connect objekttyper baserat på objekttypens egenskaper som tillhandahålls av PLC-koden. Detta används för att skapa och underhålla objekttyperna och motsvarande objektinstanser i kontrollstrukturen som är kopplad till PLC-egenskaperna.

Detta nya sätt att koppla PLC-objekt och dess signaler sparar upp till 50 % av ingenjörsinsatsen, både vid driftsättning och underhåll.

Fördelarna med konsolidering av System 800xA med olika tredjepartssystem genom OPC Connect

• Gemensamt HMI för flera styrsystem
• Effektivare drift och övervakning
• En “single point of integration” för att integrera en konsoliderad DCS och PLC-miljö med produktionsplanering, underhållssystem och affärssystem resulterar i en framtidssäkrad lösning.
• Drastisk reducering av processbilder
  - Bibehåller redan gjorda investeringar i applikationskod, PLC:er, I/O och kablage ger en resurseffektivare konsolidering

ABB OPC Connect

• Verktyg för att integrera PLC:er med System 800xA
• OPC Server-baserad konnektivitet
• Ingenjörseffektiverare verktyg med befintliga PLC-integrationslösningar för System 800xA
• Realtidsanslutning av PLC:er till System 800xA – ej Scada-integration med en mellanliggande databas
• Använder typobjekts-biblioteks-funktioner för att skapa och underhålla en kontrollstruktur samt instanisera PLC-objekten i System 800xA

När Umeå Energi först kontaktade ABB med sina utmaningar såg man att nyttjandet av OPC Connect för att integrera Siemens PLC:erna i System 800xA skulle ge en mer sömlös integration än med traditionella lösningar, där endast enskilda signaler integreras.

Dessutom drog man slutsatsen att man behövde standardisera och minimera antalet funktionsblock i Siemens PLC:erna. Genom åren hade flera olika objekttyper skapats för samma utrustning, till exempel pumpar eller ventiler.

Därför påbörjade Umeå Energi i början av 2014 en inventering av de olika funktionsblocken inom alla sina PLC-enheter och började sedan standardisera dem. Under sommaren 2014, när fjärrvärmenätet nyttjas som minst, genomfördes förändringarna inklusive uppdatering av funktionsblocken i PLC:erna.

Resultatet var ett enhetligt, standardiserat funktionsblocksbibliotek för Siemens PLC-enheterna med enhetliga objekttyper för samma resurstyp. Samtidigt optimerades funktionsblocken för respektive applikation. Resultatet medförde en mer kostnadseffektiv HMI-konsolidering till System 800xA, eftersom färre objekttyper behövde utvecklas.

Under våren 2015 anslöt ABB:s serviceverksamhet till projektet för att utföra HMI-konsolideringen. Med ett enhetligt funktionsblocksbibliotek som grund instansierades typobjekt, enskilda objekt samt kontrollstruktur i 800xA där sedan OPC-kommunikationen aktiverades.

Nästa steg var att implementera processbilderna från Siemens WinCC i System 800xA. En implementation av befintliga procesbilder, ett-till-ett, skulle inte varit till fördel för operatörerna, eftersom befintliga processbilder från Siemens-systemet inte kunde dra nytta av ny teknik avseende operatörseffektivitet.

Nya optimerade processbilder utvecklades tillsammans med operatörerna och konsoliderades med de befintliga processbilderna i System 800xA vid fjärrvärmeanläggningen Alidhem. Med detta upplägg kunde man förbättra operatörernas överblick över processen, och det som från början krävde 100 processbilder i Siemens WinCC kunde nu reduceras till endast 20 nya processbilder i System 800xA.

Resultatet blev ett konsoliderat HMI som omfattar hela systemet, ett system av system, och dess processer, vilket ger operatören en komplett överblick över hela anläggningen och fjärrvärmenätet.

I driftsättningsfasen kunde både ABB:s serviceverksamhet och Umeå Energi dra fördel av att man kunde använda WinCC:s HMI och 800xA-systemets HMI sida vid sida, vilket gav projektteamet och operatörerna möjlighet att finjustera konsolideringen och slutföra ingenjörsarbetet under den tid som behövdes för att nå bästa möjliga resultat.

Samtidigt som man kunde bibehålla investeringen i anläggningens befintliga styrsystem, där man behöll kablage, I/O-enheter och PLC:er, har Umeå Energi nu ett förbättrat och enhetligt operatörsgränssnitt för hela anläggningen, vilket resulterar i mer effektiv övervakning och processtyrning.

Umeå Energi drog också slutsatsen att genom att samla all information i ett konsoliderat HMI gav det operatörerna och underhållspersonalen nya möjligheter att proaktivt övervaka processer på ett mer effektivt sätt och därmed säkerställa en högre tillgänglighet för system och anläggning.

Genom att använda System 800xA HMI som en integrationsplattform öppnas möjligheten att använda alla funktioner i System 800xA för alla system, både för System 800xA-kontrollrar och Siemens PLC:er.

Denna faceplate för en Siemens PLC-styrd pump är ett bra exempel på resultatet. Genom att ha samma utseende för alla faceplate för pumpar i System 800xA visas information på ett likartat sätt, oavsett om den styrs av en Siemens PLC eller en ABB-styrenhet, och det är det som är poängen: För operatören spelar det ingen roll vilken styrenhet eller PLC som är ansluten till utrustningen, allt fungerar på samma sätt, och operatören får en sömlös och enhetligt upplevelse.

När konsolideringen var klar blev all processdata tillgänglig i en gemensam databas, dels från anläggningens produktionssida, men även från fjärrvärmenätet. Med denna stora datamängd kunde Umeå Energi genomföra en omfattande analys och för första gången se hur olika delar av fjärrvärmenätet samverkade samt hur det kunde optimeras.

Detta innebar att PLC:erna nu kunde optimeras för att samverka och därmed finjusterna hela processen istället för att bara optimeras för att göra sin enskilda uppgift, till exempel styra en pump eller ventil, vilket skapade en samverkande processtyrning av hela fjärrvärmenätet.

Umeå Energi är ett energibolag och en samhällsaktör som i nära samarbete med omvärlden utvecklar och levererar hållbara energi- och kommunikationslösningar. De vill utmana genom nytänkande och är drivande i Umeåregionens hållbara utveckling. Företagets vision är en enklare vardag för sina kunder och en hållbar framtid för regionen.

Umeå är den största marknaden, men många kunder och samarbetspartners finns i övriga Sverige. Umeå Energi har en omsättning på cirka 1,4 miljarder, har ungefär 400 anställda och är både miljö- och arbetsmiljöcertifierade.

Två fjärrvärmeanläggningar används i fjärrvärmenätet som försörjer mer än 70 procent av den totala ytan i Umeå. Genom förbränning av sorterat avfall samt biobränslen producerar anläggningen på Dåva energieffektiv och miljöanpassad fjärrvärme och el. Anläggningen på Ålidhem används främst vid toppbelastning under årets kallaste månader.