Polttokoelaitteiden tiedonkeruujärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Abstract

Kansainväliset ilmastosopimukset asettavat merkittäviä haasteita energiasektorin kehittämiselle lähivuosikymmenten aikana. Työn toimeksiantajan Teknologian tutkimuskeskus VTT:n leijupolton prosessikehitys- ja monipolttoainetutkimuksessa tähdätään energiantuotannon päästöjen ja kustannusten leikkauksiin voimalaitosten tehokkuutta ja käytettävyyttä parantamalla. Tutkimus- ja kehitystyö perustuu polttokoetoiminnassa syntyvän prosessidatan keräämiseen ja jälkianalysointiin.

Tutkimustyössä käytettävien koekattiloiden ja prosessinohjausjärjestelmän lisäksi tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmä on tärkeä osa tutkimuslaitteistoa. Opinnäytetyön lähtökohtana oli Siemens SIMATIC PCS7 -prosessinohjausjärjestelmän omilla toiminnoilla toteutettu tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmä, jolla ei täysin pystytty täyttämään tutkimusympäristön asettamia vaatimuksia. Työn tavoitteena oli uuden tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmän suunnittelu ja toteutus.

Työn alussa tehtiin kartoitus markkinoilta löytyvistä PCS7-prosessinohjausjärjestelmään liitettävistä tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmistä. Lisäksi toteutettiin kartoituksen tulosten perusteella valitun uuden Savcor Wedge® -prosessidiagnostiikkajärjestelmän käyttöönotto ja testaus.

Tutkimusympäristö asettaa tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmän suorituskyvylle lisähaasteita puhtaasti teolliseen ympäristöön verrattuna. Prosessidataa tallennetaan suurempia määriä nopeammalla tallennussyklillä, jolloin erityisesti rajapinnan toteutus nousee ratkaisevaan asemaan. Suorituskykyvaatimuksista johtuen työssä ei voitu soveltaa PCS7-järjestelmän yhteydessä yleisesti käytettäviä rajapintaratkaisuja. Kartoitusvaiheessa saatiin yleiskuva Siemens SIMATIC PCS7 - prosessinohjausjärjestelmään integroituvista ja tutkimusympäristöön soveltuvista tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmistä sekä OPC-rajapintaratkaisuista. Lopputuloksena saatiin jatkuvasti kehittyvän tutkimusympäristön tarpeet hyvin täyttävä tiedonkeruu- ja analysointijärjestelmä, jonka myötä tutkimus- ja kehitystyö tehostuu.

International climate agreements and emission trading schemes set major challenges to the development of energy sector during the next decades. Research groups of The Technical Research Center of Finland aim to cut greenhouse gas emissions and costs by optimizing combustion processes. The research is based on experimental research work and analysis of acquired process data.

Beside combustion reactors and a process control system, a fully functional data acquisition system is an important part of research facilities. Starting point of this Bachelor’s thesis was the original data acquisition and analysis system, which was based on Siemens SIMATIC PCS7 -process control system’s internal functions. This system could not fully meet the requirements of the research environment. The aim of this Bachelor’s thesis was to engineer and implement new data acquisition and analysis system.

This paper includes a survey about different data acquisition and analysis systems on the market. Based on the survey Savcor Wedge® process diagnostics system was chosen and implemented in the PSC7-process control system.

The requirements for data acquisition in research environment differ strongly from the ones in industry. The amount of acquisition channels is remarkably larger and the acquisition frequency is higher. This has to be observed especially when choosing the interface. The standard solution for the interface in the field of industrial automation is OPC. However standard OPC solutions with PCS7 cannot fully meet the requirements for performance in this research environment. This Bachelor’s thesis provides an overall picture of available data acquisition and analysis systems compatible with PCS7. Also all the steps of implementation and testing of the chosen OPC-solution and Savcor Wedge® process diagnostics system are presented. As a result a fully functional data acquisition and analysis system is achieved, which meets the requirements of the research environment.