Nytt visuellt operatörsgränssnitt i kraftverket Schkopau

Transkript

1 Nytt visuellt operatörsgränssnitt i kraftverket Schkopau Det nya brunkolskraftverket Schkopau på 900 MW i östra Tyskland är den första anläggningen i världen där operatörsgränssnitt och processtyrning uteslutande bygger på storbildskärmar och mushantering. Hela den stora dubbelblocksanläggningen kan skötas av bara två operatörer. För vardera blocket finns tre bildskärmar för manövrering och ytterligare två som ger anläggningsöversikt. I stället för att ställa in flera bildskärmar i kontrollrummet har den stora mängden information gjorts hanterlig genom effektiv beredning och ändamålsenlig utformning av människa-maskin-dialogen. S chkopau, i kommunen Korbetha mellan Halle och Merseburg, är ett modernt brunkolskraftverk med en nettoverkningsgrad på cirka 40 % 1 [1]. Anläggningen drivs av VEBA Kraftwerke Ruhr AG (VKR) och Saale Energie GmbH. Kraftverket eldas med tyskt brunkol och genererar såväl elektrisk som termisk energi till den lokala kemiska industrin (BUNA), samt elkraft för järnvägsmatning och till det allmänna kraftnätet. Följande aspekter har prioriterats vid konstruktionen av anläggningen: Elkraft och värme ska produceras säkert och tillförlitligt. Miljöbelastningen ska minimeras. Anläggningen måste uppvisa god driftekonomi. Kraftverket Schkopau ger en total effekt på cirka 900 MW, genererad av två av varandra oberoende kraftverksblock (tabell 1). Driftprincip och krav på styrsystemet Båda kraftblocken kan under dellastdrift samtidigt leverera såväl processånga till industrin som elkraft till järnvägen och det allmänna kraftnätet. Därmed uppfylls leveranssäkerhetskraven från DVG (Deutsche Verbundgesellschaft e.v.). Driftprincipen för dubbelblocksanläggningen i kraftverket Schkopau förutsätter två av varandra oberoende block som ömsesidigt kan ersätta varandra för att ge tillräcklig försörjningssäkerhet med avseende på järnvägsmatning och processånga. Lösningen ger hög driftflexibilitet, vilket tillsammans med den förväntade utnyttjandegraden på cirka 55 % ställer höga krav på styrsystemet. Främst gäller detta: Blockstyrprincip Automationsgrad Tillgänglighet Ludwig Herbst Winfried Rieger ABB Kraftwerksleittechnik GmbH Följande informationsmängd hanteras av styrsystemet: 6300 analoga signaler 7700 binära signaler 3500 enskilda styrenheter 600 funktionsgrupper 440 regulatorer 160 elektronikskåp För ändamålet används ABBs styrsystem PROCONTROL P. Ryggraden i blockens styrsystem är de båda redundanta fjärrbussystemen som förbinder de olika distribuerade delarna av styrsystemen med varandra, så att all information står till förfogande för systemets alla delar. Hela anläggningen har automatiserats så att alla delar ingår i den helautomatiska driften. Automationskonceptet har en distribuerad hierarkisk struktur i form av ABBs blockreglersystem MODAKOND. Kontrollrumsutformning Kontrollrummet i kraftverket Schkopau är utformat som dubbelblockskontrollrum och är avsett att bemannas av två operatörer. Varje operatör övervakar ett block, plus gemensamma anläggningarna med delat ansvar. Genom att processtyrsystemet ingår i ett lokalt nätverk tillåts blockövergripande informationsutbyte så att operatörerna vid behov kan hjälpa varandra. Detta gäller såväl informationsöverföring som ingrepp i processen. Gränssnittet mellan processen och operatörerna utgörs av storbildskärmar och mus 2. Antalet bildskärmar är anpassat till människans naturliga simultankapacitet. För att manövrera ett block har operatören till sitt förfogande tre bildskärmar för betjäning och ytterligare två som ger översikt över anläggningen. Den stora mängden information från anläggningens olika delar har gjorts hanterlig genom effektiv beredning och ergonomiskt god utformning av människa-maskin-dialogen, i stället för att helt enkelt ställa in flera bildskärmar i kontrollrummet. ABB Tidning 1/

2 Brunkolskraftverket Schkopau på 900 MW i östra Tyskland. De två blocken arbetar oberoende av varandra och levererar elkraft till järnvägen och det allmänna kraftnätet. Dessutom levereras processånga till den lokala kemiska industrin. 1 Tabell 1: Kraftverket Schkopau i siffror Anläggningsdata Effekt 900 MW Verkningsgrad 40 % Ånggenerator Bränsleeffekt (therm.) MW Ångeffekt t/h Ångdata Högtrycksånga 285 bar / 545 C Mellanöverhettad ånga 70 bar / 560 C Turbiner Märkeffekt 50 Hz MW Hz MW Generator Märkeffekt 50 Hz MVA Hz MVA Karakteristiskt för detta kontrollrum är frånvaron av konventionella bildskärmsterminaler. I stället finns tre storbildskärmar i underkant av kontrollrummets välvda bortre vägg. Operatören kan själv bestämma vad som ska visas på dessa skärmar. På väggens övre del sitter ytterligare två storbildskärmar som är avsedda att ge översikt över hela anläggningen 3. Till skillnad mot skärmarna i den undre raden visar dessa fasta bilder med variabla bildelement. All väsentlig processinformation visas av ergonomiska skäl alltid på samma plats på skärmen, så att operatörerna snabbt kan göra sig en bild av aktuellt anläggningstillstånd och processituation. Detta ger operatörerna bättre känsla för 14 ABB Tidning 1/1997

3 processen och låter dem snabbare detektera eventuella avvikelser från det normala förloppet. Processtyrsystemet Systemuppbyggnaden karakteriseras av redundanta systemkomponenter i ett nätverk 4. Huvudkomponenterna är serverenheterna, busskopplarna, det lokala nätverket (LAN) och bildskärmarna. Bortfall av enskild komponent har ingen inverkan på anläggningens totala funktion. Nätverket och möjligheten att definiera specifik behörighet för varje enskild operatör tillåter ett mycket flexibelt processstyrningskoncept som kan anpassas till varje rådande behov. Från manöverbordet i det centrala kontrollrummet kan anläggningens samtliga funktioner styras och övervakas. I de olika lokala kontrollrummen som inte är kontinuerligt bemannade, t ex för bränsleberedning, bortforsling av aska och vattenberedning, är endast de egna funktionerna tillgängliga. Skiftledaren kan avläsa all information från sin arbetsplats, men kan inte ingripa i processen. Hjärtat i processtyrsystemet är dialogen mellan människa och maskin. För ändamålet har systemet utrustats med ett modernt användargränssnitt med följande viktiga kännetecken: Bildval och processingrepp görs uteslutande med hjälp av mus och fönsterteknik. Bildskärmsfönstren är objektorienterade och öppnas i omedelbar anslutning till respektive objekt 5. Med objekt avses t ex mätkretsar, drivsystem och regulatorer. Knappfälten är objektspecifika och innehåller endast funktioner för det visade objektet. Via bildskärmsfönstren går det även att begära tilläggsinformation. Som tilläggsinformation kan i princip alla till objektet hörande bildtyper väljas. Dessa och andra möjligheter till så kallat direkt bildval ger Kraftverket Schkopau styrs uteslutande med hjälp av mus och bildskärmar. 2 Bildskärmsvägg för styrning och övervakning av processen 3 ABB Tidning 1/

4 Lokalt kontrollrum Distribution PMS PBS PBS Centralt blockkontrollrum Block A DAMPF FEUER TURB SPW KÜHLW KOND REA G K1 K2 LAN T1 G T2 G Sidokontrollrum A PMS LDS EDS PBS Skiftchef LAN Redundant kommunikationsbuss Brygga Block B PMS LDS EDS PBS Gruppstyrning Överordnad reglering Styrprogram Redundant PROCONTROL P- buss Block B Turbinskydd Utmatning Inmatning Enkelstyrning Enkelreglering Turbinreglering Kopplare Redundant nätverksbaserad processtyrning 4 EDS Konstruktions- och dokumentationssystem PBS Operatörsstation LDS Styrsystemets diagnossystem PMS Kraftverkets administrativa system Flödesschema med betjäningsfönster 5 operatören kontinuerlig och omedelbar tillgång till önskad information. Han behöver inte söka bilder via menyer eller bildhierarkier, utom i mycket speciella fall. Vid störning startas ett speciellt framtaget sökprogram som stöder operatören i sökandet efter orsaken till störningen. Hjälpprogrammet visar ett detaljerat flödesschema som ger nödvändig information för att snabbt kunna åtgärda störningen. Operatören kan skapa en egendefinierad bildkombination för givna drifttillstånd (start, drift med last etc.) När operatören har konfigurerat sina personliga önskemål kan han med en knapptryckning ta fram den aktuella bilduppsättningen på skärmarna. Detsamma gäller för operatörens särskilda favoritbilder. 16 ABB Tidning 1/1997

5 Ett av de allra svåraste problemen med effektiv användning av bildskärmar för processoperatörer, nämligen effektiva strategier för bildval, har därmed lösts på ett ergonomiskt optimalt sätt. Operatören har i alla situationer tillgång till önskad information via ett fåtal musklick. Informations- och betjäningskonceptet Båda kraftverksblocken och deras hjälpsystem är i hög grad automatiserade. Detta är en förutsättning för drift med endast en operatör per block. För att starta ett kraftverksblock fordras endast ett fåtal kommandon som genomförs i den totala anläggningsöversikten. Såväl startförloppet som den normala driften övervakas. Kraftverksblockets karakteristiska driftstorheter visas som normaliserade staplar i bildens övre vänstra del 6, så att eventuella avvikelser från det normala enkelt och snabbt uppfattas av operatören. Anläggningsöversikten ger även kollektiva störningsmeddelanden med avseende på anläggningens viktigaste avsnitt. Fälten för störningsindikering fungerar samtidigt som aktiveringsknappar för respektive gruppbilder. När operatören väljer en grupp visas denna på en av de fritt definierbara bildskärmarna på den undre delen av den välvda väggen. Sedan behöver operatören bara klicka en gång till för att starta det automatiska störningssökningsprogrammet och komma till den detaljerade flödesbilden som visar var störningen har inträffat. För varje block finns det, förutom de båda permanenta översiktsbilderna, 30 gruppbilder och 200 objektbilder. Via dessa bilder kan operatören vid behov göra ingrepp i processen. Om operatören behöver ytterligare information har han till sitt förfogande 200 trendbilder, 7 karakteristiska kurvor och 10 profilbilder som kan väljas direkt. Operatören arbetar uteslutande med hjälp av musen, såväl för att välja bilder som för att göra ingrepp i processen. Ur ergonomisk synpunkt erbjuder musen den bästa hand/öga-koordinationen, varför verktyget har blivit mycket populär i dessa sammanhang. Lösningen innebär att operatören slipper dela uppmärksamheten mellan bildskärm och tangentbord. Han behöver inte heller leta efter enskilda knappar på en knappsats, vilken med tanke på styrsystemets komplexitet skulle bli tämligen omfattande. För att analysera störningar och utvärdera driften arkiveras alla binära och analoga processtorheter. Informationen skrivs ut endast på specifik begäran. All lagrad information kan när som helst anropas för visning på bildskärm. Kontrollrummets utformning Det cirkulära kontrollrummet domineras av en 7 meter bred och i mitten nästan 2 meter hög bildskärmsvägg 7. Framför bildskärmsväggen står det likaledes rundade manöverbordet. Avsaknaden av de annars vanligt förekommande pulpetterminalerna innebär att hela synfältet kan utnyttjas och därmed hela väggen tas i anspråk för att ge information till operatörerna. Detta är viktigt genom att bildskärmarna är fritt definierbara och ibland måste hantera även längre förlopp. Det nya operatörsgränssnittet sammanfattar den permanent tillgängliga anläggningsöversikten och de fritt definierbara arbetsbilderna i en och samma nivå. Operatören uppfattar detta som mycket praktiskt ur hanteringssynpunkt, eftersom han med musen kan dra markören från bildskärm till bildskärm utan några mellanliggande knapptryckningar. Möjligheten att visa alla typer av processinformation på storbildskärmen har ytterligare fördelar: att diskutera problem operatörerna emellan underlättas, eftersom de ser samma information. I samband med demonstrationer kan en av de fritt definierbara bildskärmarna tas i anspråk för visning under pågående drift, utan att processtyrningen störs. Totalöversikt över block B. De karakteristiska storheterna redovisas i form av normerade staplar i bildens övre vänstra del. 6 ABB Tidning 1/

6 Kontrollrummet för de båda blocken i brunkolskraftverket Schkopau på 900 MW 7 Utformningen av kontrollrummet och dess kommunikationsmedel är baserade på väletablerade ergonomiska rön. Som exempel kan nämnas: Metoder och verktyg för säker processtyrning, som uppgiftsorienterad gestaltning av bilderna, bildvalsmetoderna och betjäningsmetoderna. Färgkodning av informationen som motsvarar människors kulturellt betingade förväntningar: signalfärger för störmeddelanden och mediafärger för markering av materialflöden. Arbetsplatserna är utformade i enlighet med nya ergonomiska rön. Sist men inte minst bör understrykas att kontrollrummets utformning i övrigt, med stora fria ytor samt god ventilation och akustik, bidrar till ett inspirerande och behagligt arbetsklimat. Referenser [1] PROCONTROL P: Leitanlage für das 900-MW-Kraftwerk Schkopau. ABB Kraftwerksleittechnik. Druckschrift Nr. D KWL [2] Braunkohlekraftwerk Schkopau. eb Elektrische Bahnen, Jg. 93 (1995) 9/10, [3] Karweina, D.: Perspektiven der Leittechnik am Beispiel des Kraftwerks Schkopau. VGB Kraftwerkstechnik 6/96. [4] Thierfelder, H. G.: Modernisierung bestehender Kraftwerke. Sonderdruck VGB Kraftwerkstechnik 5/96. [5] Thierfelder, H. G.: PROCONTROL P framtidens kraftverksstyrsystem för hög automatiseringsgrad. ABB Tidning 3/93, [6] Kahle H.: Ekonomisk modernisering med kraftverksstyrsystemet PROCON- TROL P. ABB Tidning 9/92, Författarnas adress Ludwig Herbst Winfried Rieger ABB Kraftwerksleittechnik GmbH Postfach D Mannheim Fax: +49 (0) 621/ ABB Tidning 1/1997