Система дистанционного мониторинга тепловых пунктов (стр. 1 из 3)
СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
АННОТОЦИЯ
Рассматривается система дистанционного мониторинга и управления объектами, реализованная для сети тепловых пунктов г.
Описана структура системы и её функциональные возможности.
Приведены некоторые специфические особенности использования каналов сотовой связи и микроконтроллеров фирмы Advantech.
ВВЕДЕНИЕ
В промышленности и жилищно - коммунальном хозяйстве страны имеется огромное количество таких объектов, как котельные, теплопункты, канализационные насосные станции, водоподкачивающие станции и т.п. Функциональные обязанности персонала подобных объектов (часто малоквалифицированного) сводятся, как правило, к наблюдению за работой агрегатов и механизмов и простейшим функциям управления (включение/выключение оборудования в заданные моменты времени и т. п.). Для устранения возникших нештатных ситуаций или аварий обслуживающий персонал вынужден вызывать квалифицированных специалистов. Современный уровень развития вычислительной техники и средств связи позволяет перевести большинство подобных объектов на автоматический режим работы с предоставлением возможности дистанционного мониторинга и управления сетью объектов с единых диспетчерских пунктов [1]. Такой подход приводит к снижению затрат на эксплуатацию объектов, позволяет сокращать численность их персонала при одновременном существенном улучшении качества обслуживания, решении задачи автоматизированного учета и оптимизации регулирования технологических процессов. Получение объективной информации позволяет реально оценивать истинное состояние объектов и их оборудования, что обеспечивает принятие обоснованных решений для планирования организационно - технических мероприятий.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Требования к системам дистанционного мониторинга и управления (СДМУ) в зависимости от сферы их применения могут, естественно, отличаться. Типовая СДМУ должна обеспечивать:
● немедленное получение в едином диспетчерском пункте сети (ДПС) сигналов тревоги при возникновении аварийных ситуаций на объекте;
● получение на мнемосхеме (компьютер ДПС) в режиме реального времени полной информации о технологическом процессе и состоянии оборудования объекта;
● представление в графическом виде и отображение в удобной для восприятия форме состояния контролируемых объектов, а также принятой и сохраненной информации;
● возможность оперативного вмешательства из ДПС в работу оборудования объекта при возникновении нештатных ситуаций;
● контроль прохождения команд управления и генерацию сигналов тревоги при их невыполнении;
● возможность анализа работы отдельных объектов или группы объектов по любым технологическим параметрам за произвольный промежуток времени;
● возможность дистанционной настройки и диагностики технологических контроллеров объектов;
● возможность ведения отчетных документов (журналов действий оператора, аварийных ситуаций, связи и т.п.) и др.
Специфика создания СДМУ определяется разнообразием конструктивных и технологических особенностей объектов, применяемых на них локальных систем управления и контроля. Это разнообразие простирается от обслуживаемых объектов, оснащенных измерительными приборами для визуального контроля и простейшей пускорегулирующей аппаратурой, до автоматизированных объектов, оборудованных современными контроллерами с системами датчиков и регулирующей аппаратуры, включая частотные приводы.
Аппаратура СДМУ, устанавливаемая непосредственно на объектах, должна обладать возможностью гибкого конфигурирования в зависимости от технических особенностей объекта. Основой такой аппаратуры, как правило, являются технологические контроллеры (ТК). Каждый ТК должен иметь возможность подключения:
● аналоговых датчиков для контроля температуры, давления, уровня, положения исполнительных механизмов и т.п.;
● дискретных датчиков охранной и пожарной сигнализации, срабатывания исполнительных механизмов и т.п.;
● измерительных приборов, имеющих стандартный интерфейс и открытые протоколы связи;
● контроллеров локальных систем автоматики, имеющих стандартный интерфейс и открытые протоколы связи;
● дискретных силовых устройств сопряжения с исполнительными устройствами.
Соответствие таким требованиям позволит легко «вписать» контроллер в технологические схемы разнообразных объектов.
ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ
В 2002 году авторами данной статьи была разработана и установлена СДМУ для сети из 11 теплопунктов (система «КАРАТ», г. Калининград). При разработке архитектуры системы, наряду с общими требованиями, изложенными ранее, были учтены дополнительные требования заказчика. СДМУ должна:
● иметь пространственно распределенную структуру, позволяющую включать в свой состав до 50 ТК и ДПС (ведущий и резервный диспетчерские пульты, реализованные на персональных компьютерах);
● осуществлять обмен информацией по сети сотовой связи стандарта GSM (дуплексная связь и SMS - сообщения);
● обеспечивать на нижнем уровне (в ТК теплопункта) контроль входных параметров и формирование аварийных запросов;
● обеспечивать сбор статистической информации на уровне ТК, формирование буфера параметров объекта по временным отметкам и хранение записанных в нём данных при отключении питания;
● реализовывать функции «черного ящика» для анализа динамики развития нештатных ситуаций;
● обеспечивать поддержку ТК протокола системного мониторинга и управления по запросам от ДПС;
● обеспечивать возможность мониторинга любого теплопункта по выбору диспетчера в произвольный момент времени и постоянный прием аварийных сообщений от ТК (постоянного мониторинга нет ввиду экономической и функциональной нецелесообразности);
● обеспечивать запрос и прием статистической информации и данных «черного ящика» по инициативе диспетчера ДПС в любое время или автоматически в заданное время;
● обеспечивать передачу аварийных сообщений с ТК на ДПС в течение не менее двух часов при отсутствии электропитания на теплопункте.
Выбранная архитектура СДМУ обеспечивает более высокую устойчивость работы и сохранность информации, чем часто используемые в настоящее время централизованные системы. Структура СДМУ, соответствующая выбранной архитектуре, приведена на рис. 1.
Рис. 1 Структура системы дистанционного мониторинга и управления
На данном рисунке приняты следующие условные обозначения:
Д1 - Дm - дискретные и аналоговые датчики (охранной и пожарной сигнализации, давления, температуры и др.);
ПУЭ1 - ПУЭn - приборы контроля и учета потребления энергоресурсов со стандартным интерфейсом RS - 485 (теплосчетчики, электросчетчики и т.п.); ОУ1 - ОУi – агрегаты и механизмы объекта со стандартными интерфейсами (например частотные приводы);
ОУj - ОУр - коммутационная аппаратура (пусковые контакторы электроприводов насосов и задвижек);
ББП - блоки бесперебойного питания; РМ - рабочий модем; ТрМ - «тревожный» модем.
Технологический контроллер
Очевидно, что для реализации заявленных функций необходимо использовать в составе технологического контроллера (ТК) свободно программируемый микроконтроллер. Фирма Advantech предоставляет достаточно широкий набор устройств, включая и микроконтроллеры, для реализации СДМУ.
ТК включает в свой состав:
● программируемый микроконтроллер ADAM - 5510 с 8 - канальными модулями аналогового ввода ADAM - 5017Н и 16 - канальными универсальными модулями дискретного ввода - вывода ADAM - 5050 (Advantech);
● модули 4 - канального релейного вывода ADAM - 3854 (Advantech);
● модем сотовой связи Siemens TC35 Тerminal;
● антенну АММ - 590 (5 дБ);
● блок питания контроллера и модема PWR - 242 (Advantech);
● блок питания датчиков PWR - 242;
● преобразователь интерфейса М - bus/RS - 485 для связи с теплосчетчиками SKM - 1;
● клеммные соединители фирмы WAGO для подключения датчиков и исполнительных устройств;
● автоматический выключатель;
● блок бесперебойного питания (расположен вне шкафа ТК).
К достоинствам выбранного микроконтроллера следует отнести возможность подключения достаточно широкого набора модулей промышленного ввода - вывода, что позволяет легко адаптировать контроллер к особенностям объекта. В частности, в рассматриваемой системе были использованы аналоговые датчики с токовым выходом 4 - 20 мА, что обусловило применение модулей аналогового ввода ADAM - 5017Н. Для подключения выходов дискретных датчиков типа «сухой» контакт (положение исполнительных механизмов, срабатывание контакторов, сигнализации) использованы модули ADAM - 5050. Управляющие сигналы с модуля ADAM - 5050 на силовые контакторы электроприводов насосов подаются через модули 4 – канального релейного вывода ADAM - 3854. Наличие у микроконтроллера ADAM – 5510 трех независимых коммуникационных портов предоставляет широкие возможности для подключения периферийных устройств. Через порт СОМ1 (RS - 232) подключен модем сотовой связи TC35 Тerminal, обеспечивающий двухстороннюю связь с ДПС. К порту СОМ2 (RS - 485) подключены счетчик электрической энергии СЭТ - 4ТМ и (через дополнительный интерфейс М - bus и соответствующий преобразователь) два теплосчетчика SKM - 1. Третий порт СОМ3 используется для подключения пульта настройки и диагностики, выполненного на базе ноутбука.
С помощью этого пульта можно быстро сменить прошивку ADAM - 5510, настроить блок, провести калибровку аналоговых датчиков, проверить работу каналов дискретного ввода - вывода и т.п. ADAM - 5510 имеет 60 кбайт ОЗУ с батарейным питанием, что вполне до статочно для создания архива данных о технологическом процессе за несколько суток с интервалом записи в 15 минут и реализации функции «черного ящика», а при отключении питания будет гарантировано сохранение архива в течение достаточно длительного времени.