Cilj projekta

Cilj projekta je razvoj aplikacije koja integrira komunikacijsko-upravljačke module za povećanje učinkovitosti različitih tipova industrijskih proizvodnih pogona s naglaskom na energetska postrojenja. Komunikacijski modul aplikacije pohranjuje podatke o postrojenju u središnju bazu. Podaci se koriste za optimizaciju rada pojedinog procesa koristeći optimizacijske algoritme integrirane u aplikaciji. Prednost u odnosu na postojeća rješenja je univerzalnost aplikacije jer će se omogućiti komunikacija sa svim industrijskim protokolima. Aplikacija uključuje učinkovito prikupljanje podataka postrojenja, provođenje kompleksnih analiza nad podacima, mogućnost pristupa drugih sustava prikupljenim podacima te donošenje upravljačkih odluka.


Opis projekta

Predloženi projekt pripada tematskom prioritetnom području S3 Energija i održivi razvoj, PTPP Energijske tehnologije, sustavi i oprema. Glavni cilj je razvoj aplikacije koja ima integrirane univerzalne komunikacijske i upravljačke module te koja rezultira povećanjem energetske učinkovitosti proizvodnog procesa u energetskim postrojenjima (hidroelektrane, mikromreže i sl.) i industrijskim proizvodnim pogonima (čeličane, pivovare i sl.). Aplikacija će sadržavati univerzalni komunikacijski modul koji uključuje komunikacijske protokole najpoznatijih i najvećih svjetskih proizvođača programabilnih logičkih kontrolera - PLC-a (SIEMENS, ABB, Allen Bradley, ... ) te centralnih nadzornih i upravljački sustava (SCADA - System Control and Data Acquisition). Navedeno omogućuje jednostavnu i učinkovitu razmjenu podataka među sustavima unutar postrojenja. Komunikacijski modul će uključivati mogućnosti podešavanja vremena ažuriranja podataka koji će se pohranjivati i razvrstavati prema određenim zahtjevima postrojenja u središnju bazu podataka koju koristi aplikacija. 


Prikupljeni podaci u skoro realnom vremenu (engl. near real-time) koristit će se za brzu optimizaciju pogona postrojenja. Optimizacija će se izvoditi koristeći zasebni programski alat s kojim će aplikacija komunicirati koristeći integrirano aplikacijsko sučelje. Budući da optimizacijski alat u sebi ima integrirane različite rješavače (engl. solver) za rješavanje različitih tipova optimizacijskih problema (linearni, mješovito-cjelobrojni, nelinearni), osigurana je primjenjivost ovog rješenja na sve vrste industrijskih procesa. Proces optimizacije, koji je nužan za učinkovit pogon postrojenja, će biti iznimno jednostavan jer će aplikacija sadržavati predloške optimizacijskih problema za različite vrste procesa. Parametri potrebni za pojedini optimizacijski problem će se učitavati, odnosno po potrebi proračunavati iz podataka koji su učitani u središnju bazu podataka, a korisnik će, pristupajući preko jedinstvenog grafičkog sučelja, u aplikaciji odabrati vrstu i podešavati parametre rješavača, kao i vremensku učestalost pozivanja optimizacijskog algoritma. Prednost ovog pristupa nad postojećim aplikacijama je što korisnik ne djeluje izravno na optimizacijski alat niti bilo koji drugi pomoćni programski alat, budući da se sva konfiguracija odvija korištenjem grafičkog sučelja razvijanog aplikativnog rješenja. Stoga je proces iznimno jednostavan, a mogućnost pogreške svedena na minimum. Rezultati optimizacijskog problema u vidu promjene postavnih vrijednosti i parametara pojedinih regulatora na razini procesa automatski se ažuriraju, što također povećava učinkovitost proizvodnog procesa i minimizira mogućnost pogreške. 


Budući da aplikacija osigurava i prikupljanje podataka mjerenja na razini procesa u skoro realnom vremenu, ti podaci će se koristiti za inicijalnu identifikaciju i ažuriranje parametara simulacijskog matematičkog modela procesa. Navedeno omogućuje primjenu različitih vrsta naprednih algoritama upravljanja poput modelskog prediktivnog upravljanja (engl. Model Predictive Control}. Ovakva vrsta upravljanja podrazumijeva korištenje internog modela procesa unutar regulatora. Matematički model procesa služi za predviđanje ponašanja sustava nekoliko koraka unaprijed čime se prilagođavaju vrijednosti upravljačkog signala kako bi odziv sustava što točnije pratio postavljenu referencu. Parametri matematičkog modela procesa će se identificirati na temelju analize trajno pohranjenih podataka iz središnje baze. Budući da svi podaci ostaju trajno pohranjeni u bazi, aplikacija nudi i različite mogućnosti analiza, odnosno simulacija procesa. 


Dodatna prednost aplikacije u odnosu na postojeća rješenja je postojanje komunikacijskih sučelja prema različitim sustavima, od kojih prvenstveno treba istaknuti vrlo raširenu poslovnu aplikaciju SAP. Mogućnosti prilagodbe podataka (primjerice, skaliranje, zbrajanje te definiranje različitih formula koje se primjenjuju na podatke) u cilju njihove pripreme prema zahtjevima poslovnih procesa prije slanja u SAP sustav u velikoj mjeri može olakšati donošenje poslovnih odluka poslovnog subjekta. 

 

Aplikativno rješenje koje je rezultat ovog projekta u skladu je sa sljedećim indikativnim IRI temama PTPP Energijske tehnologije, sustavi i oprema:

  • Nove tehnologije i poboljšanja vezana za elektrane, trafostanice, komponente i sustave vezane za obnovljive izvore energije;
  • Nova istraživanja povezana s povećanjem učinkovitosti i proizvodnim kapacitetima industrijskih postrojenja i strojeva;
  • Sustavi gospodarenja energijom za planiranje, investiranje, upravljanje u stvarnom vremenu i praćenje energetske učinkovitosti te smanjenje emisije CO2.
  • Dijagnostika i bolje upravljanje energetskom opremom;
  • Održiva pretvorba biomase u energiju.

 

Predloženo aplikativno rješenje je i u skladu s povezanim indikativnim temama u KET i ICT:

  • Procesna i ugradbena računalna automatizacija i upravljački procesi;
  • Rješenja za pametna mjerenja i Internet stvari (engl. Internet of Things).

 

Kao što je posebno istaknuto u S3, FER kao prijavitelj je relevantna institucija za istraživanje predmetnog PTPP-a. Ovaj projekt će omogućiti dodatno povećanje prepoznatljivosti FER-a u području energetike, automatizacije i upravljanja, budući da će se objaviti barem 7 znanstvenih radova u časopisima i 8 na konferencijama. Time će se dati značajan doprinos povećanju broja radova, citata te povećanju h-indeksa iz navedenih područja. Ovoj projekt će omogućiti i jačanje suradnje između velike znanstvene institucije (FER) i male tvrtke (Brodotehna) koja je partner na projektu. 
Početna razina tehnološke spremnosti projekta procjenjuje se na TRL2: Formuliranje tehnološkog koncepta, dok će projekt završiti s TRL6: Demonstracija tehnologije u relevantnom okruženju.

 

Tijekom prve dvije godine projekta provodit će se faza industrijskog istraživanja, dok će se u trećoj godinu provoditi eksperimentalni razvoj. U fazi industrijskog istraživanja radit će se na stvaranju sastavnih modula sustava koje će uključivati komunikacijski modul, integrirana sučelja prema različitim programskim alatima (npr. GAMS- General Algebraic Modeling System, SAP itd.) te predefinirane skripte optimizacijskog problema za optimizaciju rada mikromreže koja je sastavni dio Smart Grid laboratorija (SGLab) na FER-u. Tijekom ove faze razvit će se i jedinstveno grafičko korisničko sučelje aplikacije preko kojeg će se odvijati cijeli proces parametriranja. U fazi industrijskog istraživanja implementirat će se i svi potrebni algoritmi za provođenje online i offline analize prikupljenih podataka koji će se koristiti za identifikaciju i validaciju parametara modela procesa kao i za provođenje različitih offline simulacija sustava korištenjem kreiranih matematičkih modela procesa. U fazi eksperimentalnog razvoja pojedine komponente aplikacije, kao i aplikacija u cijelosti, bit će testirane i usavršene u Smart Grid laboratoriju na FER-u.

 

Validacija konačnog aplikativnog rješenja provest će se na modelu hibridne mikromreze u sklopu SGLab-a. Pojam hibridna mikromrela podrazumijeva dio elektroenergetske mreže koja se sastoji od izmjeničnog AC dijela (engl. Alternating Current) i istosmjernog DC dijela (eng/. Direct Current). Prema trenutnom laboratorijskom postovu mikromreže u SGLabu u AC dijelu su spojeni modeli hidroelektrane i termoelektrane. AC dio mikromreže spojen je s DC dijelom preko dvosmjernog AC/DC pretvarača. U DC dijelu mikromreže spojena su dva upravljiva DC elektronička tereta. U sklopu ovog projekta planirano je proširenje DC dijela mikromreže s baterijskim spremnicima ukupnog kapaciteta oko 50 kWh, dok bi se AC dio mikromreže proširio s upravljivim elektroničkim AC teretom snage oko 30 kVA. Budući da će se optimizirati rad mikromreže u različitim pogonskim uvjetima, planirano je i nabavka mrežnog simulatora no koji bi se spojilo kompletna mikromreža te na taj način simulirali različiti pogonski uvjeti.

 

Za potrebe industrijskog istraživanja i eksperimentalnog razvoja aplikativnog rješenja u projektu je planirano korištenje distribuirane arhitekture koja se sastoji od tri servera. Cilj distribuiranog sustava je distribuirati informacije preko nekoliko servera, a sve u cilju postizanja visokih performansi i skalabilnosti sustava. Jedan server će služiti za izvršavanje komunikacijskog modula, drugi za izvođenje optimizacijskog i upravljačkog modula dok će treći služiti za arhiviranje pogonskih mjerenja.