Разработка системы удаленного сбора информации в SCADA-среде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка системы удаленного сбора информации в SCADA-среде

Введение

Диспетчерское управление и сбор данных SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) в настоящее время является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. На принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности, энергетике, на транспорте, в космической и военной отраслях. За последние 10-15 лет резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и надежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. Так, на сегодняшний день технологии в области передачи данных, такие как Internet, GSM-SMS и WAP, представляют особый интерес в связи с возможностью их использования в АСУ ТП.

При разработке распределенных или рассредоточенных систем, для которых удаленность объекта измеряется в десятках километрах, для проектировщика предоставляются следующие пути решения:

– прокладка физического канала связи;

– беспроводная связь.

Беспроводная связь, в свою очередь делится на радио, спутниковую, сотовую и т.д.

Сотовая связь получила наибольшее развитие в последние годы. Среди стандартов сотовой связи по своей распространенности выделяется цифровой стандарт GSM. В настоящее время цифровые сети GSM являются наиболее безопасными беспроводными телефонными сетями общего назначения в мире. Для аутентификации мобильного телефона применяются трехуровневые алгоритмы с длиной ключа до 128 бит. Эти алгоритмы настолько надежны, что несанкционированное подключение в сеть практически исключено. По крайней мере без физического копирования SIM-карты (Subscriber Identification Module), находящегося внутри телефона или сотового модема. Вся передаваемая информация также автоматически шифруется при помощи алгоритма A5 с длиной ключа в 114 бит. Хотя, в последнее время появились сообщения о взломе алгоритма A5, прослушивание GSM-разговоров недоступно без применения спецсредств и вряд ли может вестись в реальном времени.

Наиболее перспективной для телемеханики на базе GSM является технология SMS (Short Message Service) позволяющая осуществлять обмен между персональными компьютерами, контроллерами и сотовыми телефонами текстовыми сообщениями, каждое из которых не превышает 160 байт. SMS является составной частью бурно развивающейся технологии WAP (Wireless Application Protocol) предназначенной для беспроводного доступа в Internet. Но все-таки для активного применения в промышленности на сегодняшний день это довольно "молодая" технология, которая имеет свои плюсы и минусы. Для систем подобного рода необходимо учесть ряд ограничений, которые накладывает SMS-технология. Ограничения:

– невысокая скорость обмена. Связано это с тем, что передача информации происходит пакетами посредством SMS-сообщений по 160 символов за сеанс;

– негарантированная по времени доставка информации. (Но в то же время - передача сообщения гарантирована уведомлением от оператора о статусе передачи)

Последний параметр весьма относительный, так как в большинстве случаев время доставки зависит от пропускной способности оператора и уровня сигнала в районе объекта управления.

Наши тесты показывают, что минимальное время прохождение команд управления, при международном роуминге, составляет не более 8 секунд с момента отправки сообщения.

Исходя из этих ограничений, можно с уверенностью использовать данный метод связи для построения информационных систем АСУ ТП не критичных ко времени доставки. Все функции сбора, обработки данных и управления можно выполнять локально. А накопленные результаты и технологические показания можно передавать на центральный диспетчерский пульт, например, раз в час или в сутки, все зависит от требований к динамике отображения информации. Для многих технологических процессов такие системы телеуправления очень актуальны. Например: АСУ штанговыми насосами на кустах нефтяных скважин, АСУ тепловыми пунктами, системы учета энерго-, газо- и водопотребления и т.д. На крупных предприятиях GSM может служить централизованной системой оперативного оповещения специализированного рабочего персонала при возникновении нештатных ситуаций. На сегодняшний день для руководящего персонала (а на некоторых предприятиях и для технического персонала) уже не в новинку иметь собственный сотовый телефон. Таким образом, применение GSM телемеханики на производстве значительно расширяет функциональность системы. Помимо информационных систем АСУ ТП, GSM может с успехом применяться в системах управления, там, где время доставки команды не критично для технологического процесса. Например, подать команду на перевод в резервный режим одного из пары насосов, работающих на удаленных водозаборах. Тем не менее, GSM-технология в современных SCADA-системах не являются глобальным решением звена коммуникационных систем. Однако, это эффективное частное решение для определенного круга задач распределенных АСУ ТП. Причем, заметим, - решение довольно дешевое и быстрое в реализации.

1 Постановка задачи

Предлагаемые решения по составу и структуре автоматизированной системы контроля радиационной обстановки соответствуют структуре действующих в настоящее время постов и системы в целом. Разрабатываемая система, как и ныне действующая, решает задачу радиационного контроля территорий, находящихся под потенциальной угрозой радиоактивного заражения, информирование соответствующих структур о радиационной обстановке и оповещение об обстановке, сопровождающейся превышением уровнем облучения естественных фоновых значений.

Как и эксплуатирующаяся система, вновь разрабатываемая информационно-измерительная система является системой с распределенной структурой, функционирующей в реальном масштабе времени. В ней можно выделить два уровня: нижний уровень обеспечивает сбор и обработку данных от блоков детектирования, контролирующих радиационные параметры, и датчиков других параметров; верхний уровень образует централизованную систему сбора и обработки информации.

Нижний уровень системы образуют датчики и блоки детектирования, осуществляющие измерение основных контролируемых параметров, аппаратура передачи информации, поступающей от датчиков и блоков детектирования, на локальные устройства представления информации и аппаратуру каналов передачи информации на устройства верхнего уровня.

В состав технических средств нижнего уровня входят:

- датчики контроля мощности дозы фотонного излучения;

- устройства приема информации от датчиков, временного хранения, индикации и управления процессами сбора и передачи информации (контроллеры);

- средства передачи информации от постов в систему верхнего уровня по выделенным или коммутируемым проводным каналам связи, по радиоканалам, по сети GSM- и/или GPRS-связи.

В дальнейшем система должна допускать возможность увеличения числа параметров контроля и управления за счет включения в ее состав, например, постов метеорологического контроля, измерения режимов работы постов, обеспечивающих их нормальное функционирование, реализации некоторых функций управления дополнительными устройствами и т. п.

При нормальном режиме работы все посты контроля на местности функционируют в автоматическом режиме и с заданной периодичностью, по вызову или по прерыванию передают информацию по каналам связи на центральный и резервный посты контроля, где также в автоматическом режиме ведется непрерывный контроль и осуществляется периодическая регистрация текущих значений контролируемых параметров. Режим работы системы - непрерывный, круглосуточный.

Программно-технические средства верхнего уровня должны представлять собой информационно-вычислительную систему, обеспечивающую решение следующих задач:

– сбор, накопление и архивация информации, поступающей от устройств нижнего уровня;

– предоставление оператору интерактивных средств взаимодействия с программно-техническими средствами при помощи современного человеко-машинного интерфейса;

– обеспечение иерархии видео-слайдов, представляющих данные по сигнализации и состоянию контролируемых параметров;

– обработка и представление контролируемых параметров в форме, удобной для восприятия, диагностики и принятия решений;

– предоставление оператору средств документирования и архивации.

Система АСТРК-СХК - двухуровневая информационно-измерительная система с распределенной структурой, функционирующая в реальном времени:

– нижний уровень представляет собой оборудование постов контроля, обеспечивающее измерения и предварительную обработку информации о контролируемых параматрах на местности и передачу на верхний уровень, с возможностью сохранения информации в энергонезависимой памяти в случае аварийного отключения электропитания;

– верхний уровень представляет собой оборудование для получения и сбора данных с нижнего уровня, ее обработку, анализ, долговременное хранение, визуальное отображение на мониторе ПЭВМ и представление в требуемой форме.

Связь между верхним и нижним уровнями системы АСТРК-СХК осуществляется с использованием линий связи сотовых (стандарта GSM) или проводных телефонных станций. При этом предпочтение должно быть отдано сотовой связи.

2 Технические требования к системе (интерпретация технического задания)

2.1 Структура нижнего уровня разрабатываемой системы АСТРК-СХК

Нижний уровень образует оборудование постов контроля. Структура нижнего уровня макета системы АСТРК-СХК должна обеспечивать возможность подключения датчиков различных типов. Оборудование поста контроля должно содержать минимальное количество блоков и структурных элементов и включать:

– стандартные датчики контроля параметров, например, блоки детектирования, осуществляющие измерение МЭД гамма-излучения, типа БДМГ-08Р, БДМГ-02Р или аналогичные по характеристикам;

– блок предварительной обработки информации (вновь разрабатываемый блок на основе стандартных контроллеров), поступающей от первичных приборов;

– стандартный IBM-совместимый модем.

2.2 Алгоритм функционирования оборудования нижнего уровня разрабатываемой системы АСТРК-СХК

С датчиков контроля параметров информация поступает на блок предварительной обработки информации, который производит измерения величин контролируемых параметров. Полученные данные с использованием модема передаются по запросу на оборудование верхнего уровня по линиям связи сотовых (стандарта GSM) телефонных станций (должна быть предусмотрена возможность передачи данных с использованием линий связи проводных телефонных станций).

2.3 Структура верхнего уровня разрабатываемой системы АСТРК-СХК.

Верхний уровень образует оборудование пунктов сбора данных. Структура верхнего уровня макета системы АСТРК-СХК должна обеспечивать прием, обработку и отображение информации. Оборудование пункта сбора данных должно включать:

– стандартный IBM-совместимый модем или GSM-модем;

– ПЭВМ.

2.4 Алгоритм функционирования оборудования верхнего уровня разрабатываемой системы АСТРК-СХК

Автоматический циклический опрос оборудования нижнего уровня системы АСТРК-СХК производится с использованием оборудования пункта сбора данных с заданной периодичностью штатного опроса. С помощью ПО ПЭВМ через модем обеспечивается вызов автоматической телефонной станции (АТС), анализ ответного сигнала, анализ состояния соединения, приём данных, анализ достоверности принятой информации, преобразование информации в установленную форму, запись данных и их хранение, отключение от телефонной линии. При отрицательном результате попытки получения данных, процесс опроса повторяется заданное число раз, после чего автоматически уменьшается период опроса до заданного значения аварийного опроса. После положительного результата осуществления сеанса связи период опроса автоматически возрастает до заданной периодичности штатного опроса.

В макете системы АСТРК-СХК должна быть предусмотрена возможность оперативного изменения числа попыток получения информации, периодичности штатного и аварийного опросов.

контроллер модуль удаленный сервер

2.5 Требования к передаче информации

Для передачи информации на верхний уровень от оборудования нижнего уровня в макете системы АСТРК-СХК должны использоваться линии связи сотовых телефонных станций:

– стандарт сотовой связи - GSM-900;

– оператор сотовой связи - компания МТС.

В макете системы АСТРК-СХК должна быть предусмотрена возможность передачи данных с использованием линий связи проводных телефонных станций.

2.6 Технические характеристики

Первичные приборы должны быть стандартных типов. В качестве примера даны характеристики для блока детектирования МЭД гамма-излучения типа БДМГ-08Р.

Блок детектирования:

– диапазон измерения МЭД гамма-излучения от 10мкР/ч до 100000мкР/ч;

– диапазон рабочих температур от -30С до +60С;

– выходной сигнал - цифровой сигнал или импульсный поток;

– питание - от блока предварительной обработки информации.

В качестве блоков детектирования МЭД гамма-излучения в макете АСТРК-СХК могут применяться, например, блоки детектирования типа БДМГ-08Р, БДМГ-02Р или аналогичные им по характеристикам согласно ЖШ 2.328.655.

Блок предварительной обработки информации, должен обеспечивать питание первичных приборов и согласование с их сигналами в зависимости от выбранного типа датчика:

– - сигнал обмена информацией между модемом нижнего уровня и блоком предварительной обработки информации - цифровой в формате интерфейса RS 232, со стандартным набором команд (без дополнительной прошивки стандартного модема);

– напряжение питания 220В/50Гц;

– диапазон рабочих температур от +5С до +35С;

– энергонезависимая память с возможностью накопления информации о мощности дозы гамма-излучения (1000 значений);

– предел измерений - согласно документации на применяемый блок детектирования;

– основная погрешность измерения не более 30%;

– индикатор - семисегментный с диапазоном индикации от 0 мкР/ч до 100 000 мкР/ч;

– режим работы - непрерывный круглосуточный;

– возможность подключения внешнего информационного табло.

Стандартный IBM-совместимый модем:

– тип модема - IDC 5614 BXL/VR ext или аналогичный по характеристикам;

– конструктивное исполнение - внешний модем;

– напряжение питания - 220В/50Гц;

– диапазон рабочих температур от +5С до +35С;

– режим работы - непрерывный круглосуточный.

ПЭВМ - IBM-совместимый компьютер под управлением операционной системы «Windows».

2.7 Технические требования к программному обеспечению.

ПО должно работать под управлением операционной системы «Windows» и обеспечивать выполнение следующих функций (см. документацию на «Программный комплекс «Мониторинг»» инв. №26/2747):

– сбор данных от постов контроля действующей системы АСТРК_СХК на основе разрабатываемой аппаратной части в автоматическом и ручном режимах путём периодического опроса постов контроля;

– оперативное представление информации о результатах контроля на экране монитора с использованием карт-схем района расположения комбината;

– обработка собранных данных на основе методов обработки ПО действующей системы АСТРК-СХК;

– представление результатов измерений в виде таблиц, графиков и диаграмм на экране монитора с возможностью вывода на печать;

– подача тревожной (световой и звуковой) сигнализации при обнаружении превышения заданных уровней;

– подготовка и печать отчетов за заданный оператором период времени.

– автоматическая диагностика состояния оборудования действующей системы АСТРК-СХК на основе разрабатываемой аппаратной части в соответствии с перечнем стандартных неисправностей (перечень стандартных неисправностей предоставляется ЗАКАЗЧИКОМ).

Конкретные требования к ПО: организация и функции базы данных, главное окно программы, дизайн, организация интерфейса, настройки и опции программы и т.п. - определяются в рабочем порядке по согласованию сторон на этапе разработки первой версии программного обеспечения по п.3.4.

Настоящие исходные данные и технические требования могут уточняться в процессе выполнения работ по взаимному согласию сторон в рабочем порядке.

2.8 Структура и состав разрабатываемой системы АСТРК-СХК

Рисунок 1 Структура и состав разрабатываемой системы АСТРК-СХК

3 Обзор и анализ типов датчиков для работы в системе

3.1 Классические и интеллектуальные подходы к разработке системы

На предшествующих этапах развития атомной промышленности на предприятиях были установлены приборы, объединенные в систему по принципу, который условно можно обозначить, как классический. Он предполагает реализацию функций накопления и обработки данных с устройств нижнего уровня на промежуточных устройствах (УНО), находящихся между датчиками нижнего уровня и устройствами верхнего уровня в соответствии с наилучшими достигнутыми на определенный момент времени техническими и эксплуатационными параметрами. На эти устройства поступают сигналы с разного рода детекторов. В этом случае обеспечивается передача в общем случае ненормированных сигналов через различное число промежуточных цепей преобразования. Таким образом, к устройствам верхнего уровня, либо на исполнительные устройства (ИУ) данные приходят с искажениями. В течение достаточно продолжительного периода времени упомянутый подход устраивал потребителей, позволяя удовлетворительно решить стоявшие перед ними задачи.

На сегодняшний день положение изменилось. Стали очевидны неустранимые недостатки классической реализации систем радиационного контроля. Во-первых, в подавляющем большинстве случаев каждый датчик нуждается в разработанной специально для него уникальной плате, требуя отдельного коэффициента преобразования. Во-вторых, возникающие в ходе разработки трехуровневых систем проблемы с рассогласованием линий передачи информации, приводят к утрате измерительными каналами идентичности, усложняя процессы смены рабочей конфигурации и в предельных ситуациях делая их невозможными. Кроме того, перечисленные негативные черты систем с УНО на практике не позволяют быстро провести их точную диагностику, настройку и перенастройку. Любое изменение состава подобных систем радиационного контроля (как при наращивании, так и при сокращении числа контролируемых параметров) неизбежно приводит к необходимости переработки большей части документации, значительным изменениям в проекте и как следствие, его удорожанию.

Классический подход принципиально расходится с объективными тенденциями к унификации, универсализации и минимизации числа узлов и блоков, необходимых для построения надежно функционирующей гибкой системы. Разработчики ограничены в выборе средств повышения надежности измерительного канала, а учет индивидуальных особенностей каждого детектора в пределах одной серии недостижим в принципе. Все современные изделия обычно должны быть программно управляемыми.

В связи со всем перечисленным выше, актуальным представляется построение технических средств на основе именно "интеллектуальных" устройств детектирования, удовлетворяющих современным требованиям к ремонтопригодности, эргономическим показателям, показателям технической эстетики, удобству технического обслуживания, ремонта и хранения. Прежде всего, за последние несколько лет произошел качественный скачок в развитии элементной базы для нужд приборостроения. В частности, внедрение новых совершенных микроконтроллеров наделяет новую технику такими недоступными ранее программно-аппаратными функциями, как самодиагностика, индивидуальная настройка и возможность гибкой интеграции оборудования в действующую систему.

Фактически, потребителю предоставляется законченный аттестованный измерительный канал, с заранее определенными идентичными свойствами. При этом собственно процесс поверки канала сводится к контролю частоты в двух точках. Особенно упрощается процесс проверки связи. Обычно в энергонезависимую память устройств детектирования помещается подробная спецификация изделия, все потенциально востребованные коэффициенты и пороговые значения. Интеллектуальные устройства детектирования, таким образом, становятся взаимозаменяемыми из состава ЗИП без дополнительной настройки.

Обмен данными происходит строго в соответствии с разработанным протоколом обмена данными, поддерживающем работу в нескольких режимах при формировании диагностических отчетов по запросам устройства верхнего уровня (УВУ).

В изделиях рассматриваемого комплекта основные узлы унифицированы для всех приборов, что облегчает их эксплуатацию, размещение и ремонт. Система становится по настоящему гибкой. Для коммутации широко используется распространенный промышленный электрический интерфейс RS 485, что, в свою очередь, также значительно способствует повышению надежности и удобству обращения с устройствами.

Следует обратить внимание на то обстоятельство, что для успешного обслуживания оборудования благодаря продуманным конструкторским решениям больше нет необходимости ни демонтировать изделие, ни нарушать его целостность. Наряду с органами управления существуют отдельные технологические разъемы, через которые и проводятся необходимые операции.

Изделия выполняют в составе системы функцию периферийного устройства и лишены возможности самостоятельно инициировать обмен данными с УВУ.

Вследствие интеллектуализации устройств детектирования достигается ориентация верхнего уровня системы исключительно на задачи управления потоками данных и выполнению алгоритма работы системы в целом, вопреки сложившейся традиции дополнительно возлагать на центральный процессор общего назначения процедуры обработки. Все скоростные операции переносятся на периферийные контроллеры.

После подачи напряжения питания изделия автоматически начинают работу под управлением встроенной программы, выдерживается время установления рабочего режима, после чего изделия должны начать исполнение действий режима измерений. Приборы в составе системы по истечению времени установления рабочего режима готовы к исполнению измерительных функций, используя исключительно начальные действующие значения. Время установления готовности изделия к обмену данными по шинам обмена не превосходит 5 с.

Устройства могут функционировать в одном из двух режимов обмена. В подготовительном режиме обмена данными задаются скорость обмена и сетевой адрес, а также закладываются и считываются коэффициенты преобразования частоты импульсов детектора в значение измеряемой величины. В основном режиме обмена данными работа начинается с проверки работоспособности (самодиагностирования). Помимо этого, изделие по команде УВУ переходит в режим самодиагностирования. Завершение режима самодиагностирования происходит автоматически, после чего производится возврат в режим измерения. После завершения режима самодиагностирования ведущее устройство может запросить его результаты специальной командой.

3.2 Интеллектуальные блоки детектирования

В качестве примера интеллектуального подхода рассмотрим продукцию фирмы «Атомтех».

Интеллектуальный блок детектирования гамма-излучения БДКГ-08

Широкодиапазонный интеллектуальный блок детектирования гамма-излучения, предназначенный для проведения контроля радиационной обстановки на территории радиационно-опасных помещений и объектов, а также для проведения радиационного мониторинга окружающей среды.

Измерение мощности амбиентной эквивалентной дозы гамма-излучения в диапазоне энергий 60 кэВ - 3 МэВ до 5 Зв/ч.

Особенности:

– Широкий диапазон измерения мощности амбиентной эквивалентной дозы гамма-излучения;

– Является интеллектуальным блоком детектирования (интерфейс RS485);

– Возможность работы в широком диапазоне температур в полевых условиях (IP57).

Области применения:

– Предприятия атомной промышленности;

– Радиологические медицинские учреждения;

– Промышленные предприятия;

– Радиоизотопные и дозиметрические лаборатории;

– Объекты гражданской обороны.

Основные характеристики:

– Детектор счетчик Гейгера-Мюллера СИ-29БГ;

– Диапазон измерения мощности амбиентной эквивалетной дозы гамма-излучения 0,1 мкЗв/ч - 5 Зв/ч;

– Диапазон энергии 60 кэВ - 3 МэВ;

– Основная погрешность измерения не более ± 15 %;

– Энергетическая зависимость чувствительности -25 - +35 %;

– Чувствительность по 137Cs 6 имп*с-1/мкЗв*ч-1;

– Диапазон рабочих температур - 30 - + 50°С;

– Относительная влажность воздуха;

– при температуре 35°С до 98 %;

– Класс защиты IP57;

– Время непрерывной работы не менее 24 ч.

Интеллектуальный блок детектирования гамма-излучения БДКГ-08 может входить в комплект поставки измерителя-сигнализатора СРК-АТ2327 (системы автоматического радиационного контроля), а также работать автономно в реальном режиме времени путем подключения через кабель к ПЭВМ.

Интеллектуальный блок детектирования гамма-излучения БДКГ-02

Широкодиапазонный интеллектуальный блок детектирования гамма-излучения, предназначенный для проведения контроля радиационной обстановки на территории радиационно-опасных помещений и объектов, а также для проведения радиационного мониторинга окружающей среды.

Измерение мощности амбиентной эквивалентной дозы гамма-излучения в диапазоне энергий 60 кэВ - 3 МэВ до 10 Зв/ч.

Особенности:

– Широкий диапазон измерения мощности амбиентной эквивалентной дозы гамма-излучения;

– Является интеллектуальным блоком детектирования (интерфейс RS485);

– Возможность работы в широком диапазоне температур в полевых условиях (IP57).

Области применения:

– Предприятия атомной промышленности;

– Радиологические медицинские учреждения;

– Промышленные предприятия;

– Радиоизотопные и дозиметрические лаборатории;

– Объекты гражданской обороны.

Основные характеристики:

– Детектор счетчик Гейгера-Мюллера СИ-42Г;

– Диапазон измерения мощности амбиентной эквивалетной дозы гамма-излучения 0,1 мкЗв/ч - 10 Зв/ч;

– Диапазон энергии 60 кэВ - 3 МэВ;

– Основная погрешность измерения не более ± 15 %;

– Энергетическая зависимость чувствительности -25 - +35 %;

– Чувствительность по 137Cs 4 имп*с-1/мкЗв*ч-1;

– Диапазон рабочих температур - 30 - + 50°С;

– Относительная влажность воздуха;

– при температуре 35°С до 98 %;

– Класс защиты IP57;

– Время непрерывной работы не менее 24 ч;

Интеллектуальный блок детектирования гамма-излучения БДКГ-02 может входить в комплект поставки измерителя-сигнализатора СРК-АТ2327 (системы автоматического радиационного контроля), а также работать автономно в реальном режиме времени путем подключения через кабель к ПЭВМ.

3.3 Неинтеллектуальные блоки детектирования

Несмотря на несомненные преимущества использования интеллектуальных блоков рассмотрим также классические.

Блок детектирования БДМГ-08Р

Блоки детектирования БДМГ-08Р предназначены для измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения. Блоки применяются в составе измерительных каналов аппаратуры контроля радиационной безопасности на объектах с атомными энергетическими установками, а также на других объектах, связанных с получением, переработкой и использованием радиоактивных материалов.

Блок регистрирует гамма-излучение в диапазоне энергий от 19,2 до 500 ФДж ( от 0,12 до 3,0 МэВ), при этом энергетическая зависимость чувствительности не более 25 % по отношению к радионуклиду кобальт-60. Энергетическая зависимость чувствительности в диапазоне энергий от 6,0 до 8,0 МэВ составляет для блоков, ВДМГ-О8Р-01 и БДМГ-08Р-02 +45 %, для блока БДМГ-08Р +200 %.

Уровень собственного фона блока не превышает значения 1,5 с-1 .

Время установления рабочего режима не превышает 9 с (0,15 шш).

Среднее время наработки на отказ составляет не менее 8000 ч.

Нестабильность импульсного потока с выхода блока за 24 ч составляет не более ±5 %.

Питание блока осуществляется от источника питания с параметрами:

– Напряжение питания, +12 В;

– Допустимые пульсации, не более 20 мВ;

– Ток потребления, не более 40 мА.

4 Промышленные контроллеры и выбор для системы

Ниже выполнен краткий обзор контроллеров - наиболее вероятных претендентов на роль контроллеров для ввода информации и минимального управления процессами в системе нижнего уровня. Для обзора выбраны контроллеры, наиболее полно удовлетворяющие следующим требованиям:

– наличие одного или нескольких каналов частотного и числоимпульсного ввода сигналов от радиометрических датчиков;

– минимальность конфигурации;

– минимальная стоимость;

– возможность автономной работы отдельных контроллерных модулей;

– возможность технического расширения для выполнения дополнительных функций при увеличении числа входов;

– наличие входа-выхода на типовые и стандартные проводные и беспроводные модемы;

– относительная простота программного обеспечения, предпочтительно в SCADA-системах автоматизации проектирования и диспетчерского управления системой;

– высокая надежность, обусловленная промышленным предназначением выбираемых контроллеров.

4.1 Моноблочный технологический контроллер ТКМ410

Рисунок 2 - Моноблочный технологический контроллер ТКМ410

Контроллер ТКМ410 предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов малого и среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности. На его базе можно создавать системы с широким динамическим диапазоном изменения технологических параметров, а также отдельные подсистемы сложных АСУ ТП. Контроллер используется для сбора, обработки информации и управления объектами в схемах автономного управления или в составе распределенной системы управления на основе локальных сетей уровней LAN и Fieldbus.

Высокая надежность ТКМ410 обеспечивается за счет применения простой моноблочной конструкции, современного однокристального микроконтроллера и оригинальных схемотехнических решений.

Контроллер соответствует современному уровню технического прогресса и требованиям эксплуатирующих организаций. ТКМ410 создавался с учетом всех требований, предъявляемых при автоматизации объектов теплоэнергетики и жилищно-коммунального хозяйства. На базе ТКМ410 создан программно-технический комплекс ТЕПЛОНИК® - экономичное решение для эффективного управления технологическим оборудованием тепловых пунктов любой сложности и учета расходования электроэнергии, теплоносителя и холодной воды. Реализована возможность использования ТКМ410 в системах телеметрии территориально-распределенных, в том числе необслуживаемых объектов, и встраивания локальной системы управления, построенной на базе ТКМ410, в единую автоматизированную систему оперативного диспетчерского управления (АСОДУ).

4.2 Состав контроллера

Контроллер имеет металлический моноблочный корпус и предназначен для крепления на вертикальную плоскость или DIN-рейку. Внешние разъемы выведены на верхнюю и нижнюю сторону контроллера. ТКМ410 имеет средства индикации включения питания и состояния контроллера, активности сети Ethernet и состояния дискретных входов и выходов. Корпус контроллера имеет степень защиты IP20 и предназначен для установки в монтажном шкафу. Цвет корпуса контроллера - оранжевый.

ТКМ410 имеет 82 канала ввода-вывода (36DI, 24DO, 16AI, 2AO, 4 частотных входа) со встроенными блоками питания для датчиков. При необходимости количество каналов ввода-вывода ТКМ410 может быть увеличено с помощью модулей ТЕКОНИК® и интеллектуальных датчиков ТСТ11. Контроллер имеет широкий спектр коммуникационных интерфейсов: Ethernet TCP/IP, 3хRS232, 1хRS232/485, 1xRS485 с гальванической развязкой, обеспечивающих подключение графической панели оператора V04M, различных приборов учета, частотно-регулируемого привода, а также телефонных, радио- и GSM/GPRS -модемов (например, TELECON 100).

Конфигурация контроллера определяется по карте заказа. Для упрощения заказа существует несколько типовых конфигураций.

4.3 Особенности применения ТКМ410

Программирование контроллера

Программирование ТКМ410 осуществляется с помощью системы ISaGRAF PRO на языках стандарта МЭК 61131-3. Для быстрой и удобной разработки пользовательской приложений рекомендуется использовать библиотеку алгоритмов TIL PRO Std, которая включается в состав поставки при заказе контроллера либо заказывается пользователем отдельно и активируется самостоятельно. Конфигурирование контроллера осуществляется с помощью встроенных средств (Конфигуратора), доступ к которым осуществляется через Web-интерфейс по сети Ethernet или с помощью терминала через COM1. Обмен данными со SCADA-системой реализуется посредством OPC-сервера TeconOPC.

Телеметрия и мониторинг

Контроллер ТКМ410 может применяться в качестве устройства телеметрии, работающего в системах мониторинга и осуществляющего контроль за функционированием необслуживаемых промышленных объектов и объектов ЖКХ: тепловых пунктов, котельных, насосных станций, газораспределительных пунктов и трансформаторных подстанций. Контроллер архивирует контролируемые параметры, передает текущие и архивные данные, а также предупредительные и аварийные сообщения в систему верхнего уровня (уровень оперативного диспетчерского управления). В качестве канала связи для передачи сообщений о функционировании контролируемого объекта применяются: сеть Ethernet (в том числе волоконно-оптическая), коммутируемые и выделенные телефонные линии, радиоканал и сети стандарта GSM.

Система верхнего уровня (СВУ) должна иметь как минимум один модем для подключения к телефонному или к GSM-каналу. Для организации аварийного канала можно использовать отдельный модем. По основному каналу система верхнего уровня будет вести периодический опрос контроллеров, для оперативной доставки инициативных сообщений от контроллеров имеется другой свободный канал.

Использование TELECON 100

Наиболее простым и дешевым решением передачи данных в сотовых сетях является передача данных в режиме GPRS. Контроллер ТКМ410 рекомендуется применять совместно с GSM/GPRS модемом TELECON 100.Применение GSM/GPRS модема TELECON 100 позволяет оптимально реализовать передачу данных с приборов учета (тепловычислителей, расходомеров, электросчетчиков), а также текущих и архивных данных о ходе технологического процесса из энергонезависимой памяти контроллера. Для передачи данных контроллер использует режим GPRS или модемное соединение. Для обмена данными с контроллером ТКМ410 используется протокол на базе TCP/IP.

Поддержка приборов учета

ТКМ410 имеет встроенную поддержку следующих тепловычислителей:

- SA-94 производства АО "АСВЕГА-М" (всего 11 модификаций);

- ВЗЛЕТ ТСРВ-022 производства ЗАО "ВЗЛЕТ";

- ВИС.Т производства НПО "ТЕПЛОВИЗОР".

Номенклатура поддерживаемых приборов учета постоянно расширяется.

Характеристики каналов ввода-вывода

Каналы дискретного ввода:

– количество каналов ввода - 36;

– величина входного тока при напряжении сигнала 24 В (9±1) мА;

– постоянная времени входной цепи 2 мс;

– период опроса значений дискретного ввода 1мс;

– групповая гальваническая изоляция;

– подавление дребезга контактов.

Встроенный источник питания:

– напряжение (24±2) В;

– максимальный ток 400 мА;

– защита от короткого замыкания.

Каналы частотного и числоимпульсного ввода:

– количество каналов ввода - 4;

– тип входного сигнала: положительные однополярные импульсы прямоугольной формы с амплитудой 24 В ±10%;

– величина входного тока при напряжении сигнала 24 В (9±1) мА;

– диапазон измерения частоты входного сигнала 0…10000 Гц;

– период обновления значений числоимпульсного ввода 10 мс;

– измерительный интервал для частотного ввода 5 с;

– групповая гальваническая изоляция;

– два режима работы: ввод импульсных сигналов; ввод частотных сигналов.

Каналы дискретного вывода:

– встроенные цепи защиты от коммутационных помех и перенапряжений;

– встроенный настраиваемый режим ШИМ.

Каналы аналогового вывода:

– количество каналов вывода сигналов тока - 2;

– диапазон выходных сигналов 0…20 мА; 4…20 мА и 0…5 мА;

– пределы основной приведенной погрешности ± 0,25%;

– период обновления аналоговых выходов 10 мс.

Основные особенности:

– встроенные источники питания для датчиков;

– возможность расширения модулями ТЕКОНИК® и ТСТ11;

– встроенная поддержка приборов учета.

Информационная мощность:

– процессор c RISC-архитектурой 33МГц;

– Flash-память 4 Мб, оперативная память 2 Мб, энергонезависимая память 512 Кб;

– 36 каналов дискретного ввода 24В;

– 24 каналов дискретного вывода;

– 16 каналов аналогового ввода;

– 2 канала аналогового вывода;

– 4 входных частотных/числоимпульсных канала.

Основные интерфейсы:

– Ethernet 10BASE-T, 3хRS232, 1хRS232/RS485, 1xRS485.

Дополнительное оборудование:

– панель оператора V04М;

– GSM/GPRS-модем TELECON 100.

Эксплуатационные характеристики:

– температура окружающего воздуха от -40 до +50oС;

– относительная влажность от 5 до 95 % при t +30oС;

– атмосферное давление от 66 до 106,7 кПа;

– вибрация от 5 до 9 Гц с амплитудой не более 0,075 мм;

– вибрация для частот от 9 до 150 Гц с ускорением 10 м/с2.

– питание контроллера: переменный ток напряжением 220 (+22; -33) В и частотой 50 (+2;-3) Гц..

– потребляемая мощность: не более 100 Вт.

– габаритные размеры: 424х180х72 мм.

– вес контроллера: не более 5 кг.

Габаритно-присоединительные размеры ТКМ410

Рисунок 3 - Габаритно-присоединительные размеры ТКМ410

4.4 Модуль связи с приборами учета Т4902 ТС-RS-COM1

Модуль предназначен для применения на объектах тепловой энергетики и коммунального хозяйства для организации сбора и передачи информации в распределенных системах. Модуль предназначен для работы с приборами коммерческого учета энергоресурсов -- водомерами, счетчиками газа, тепла (например, теплосчетчиками SA-94 или др.) с целью передачи телеметрической информации данных приборов на верхний информационный уровень. Модуль также обеспечивает подключение приборов коммерческого учета, имеющих частотный или числоимпульсный выходы.

В случае использования специализированного встроенного программного обеспечения модуль может использоваться в качестве интеллектуального шлюза (конвертора) на основе интерфейсов RS-232, RS-485, CAN с протоколами Т4000/ASCII, CAN (CANopen), M-LINK или модемной беспроводной связи стандарта GSM.

Информация о подробных характеристиках модуля приведена в документе «Модуль связи с приборами учета Т4902. Руководство по эксплуатации. ДАРЦ.426449.502РЭ».

Информация о заказе модуля приведена в Приложении 6 и руководстве по эксплуатации.

Пример записи условного обозначения изделия при заказе:

– Модуль связи с приборами учета с системным коммуникационным интерфейсом СОМ1/RS-485 (протокол Т4000), портами СОМ2/RS-232 и СОМ3/RS-232 для подключения приборов коммерческого учета в системе «ТЕКОНИК» и наличием аппаратных ФНЧ частотного/числоимпульсного ввода: Т4902/1/2/2/0/1 ДАРЦ.426449.502

– Модуль связи с приборами учета с системным коммуникационным интерфейсом СОМ2/RS-232, портом СОМ3/RS-232 для подключения приборов коммерческого учета к GSM_модему и отсутствием аппаратных ФНЧ частотного/числоимпульсного ввода: Т4902/0/2/2/1/0 ДАРЦ.426449.502

Технические характеристики

Модуль имеет три последовательных коммуникационных интерфейса: СОМ1, СОМ2 и СОМ3.

Коммуникационный порт COM1 может иметь следующие типы физического интерфейса:

– RS-232 (только сигналы RXD/TXD);

– RS-485 (одна витая пара, полудуплекс);

– CAN (ISO11898).

Коммуникационный порт COM2 может иметь следующие типы физического интерфейса:

– RS-232 (полный набор модемных сигналов);

– RS-485 (одна витая пара, полудуплекс).

Коммуникационный порт COM3 может иметь следующие типы физического интерфейса:

– RS-232 (полный набор модемных сигналов);

– RS-485 (одна витая пара, полудуплекс).

Модуль имеет 4 канала ввода дискретных сигналов.

Тип входного сигнала -- уровень напряжения постоянного тока с амплитудой 24 В ±10%.

Уровень логического «0» -- от 0 до +5 В.

Уровень логической «1» -- от +15 до +48 В.

Модуль имеет 2 канала ввода частотных/числоимпульсных сигналов.

Каждый измерительный канал имеет два режима работы:

– режим ввода импульсных сигналов;

– режим ввода частотных сигналов.

Выбор режима работы осуществляется программным путем.

Тип входного сигнала -- положительные однополярные импульсы прямоугольной формы с амплитудой 24 В ±10%.

Уровень логического «0» -- от 0 до +5 В.

Уровень логической «1» -- от +15 до +30 В.

Диапазон измерения частоты входного сигнала -- 0,2…10000 Гц.

Диапазон измерения количества импульсов входного сигнала -- 1…4294967295 импульсов (32-разрядный двоичный счетчик). При переполнении 32-разрядного счетчика (при максимальной частоте импульсов период наступления события -- один раз за 5 суток), счет продолжается с нуля.

Ток потребления модуля -- не более 60 мА.

Испытательное напряжение между сигналами последовательного коммуникационного интерфейса COM1 и землей источника питания -- 500 В.

Масса модуля -- не более 0,3 кг.

Более подробная информация о применении модуля и его технических характеристиках приведена в документе «Модуль связи с приборами учета Т4902. Руководство по эксплуатации. ДАРЦ.426449.502РЭ».

Устройство и работа

Структурная схема модуля T4902 приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 4 - Структурная схема модуля T4902

Модуль T4902 имеет встроенный 16-разрядный микроконтроллер с внутренней памятью программ и интегрированными периферийными устройствами. Программно-управляемый мультиплексор переключает порты СОМ1, СОМ2 или СОМ3 на 2 внутренних приемопередатчика UART или CAN-контроллер. При этом, системный интерфейс (по карте заказа СОМ1 или СОМ2) подключен всегда, а интерфейс приборов переключается программно между остальными двумя СОМ-портами. Для хранения переменных данных и параметров конфигурации модуля предназначено электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ). Входные гальванически изолированные каналы ввода позволяют ввести 4 сигнала состояния датчика типа «сухой контакт». Входные гальванически изолированные каналы частотного или числоимпульсного ввода подключены к внутренним таймерам процессора. Поступающие на модуль дискретные и частотные/числоимпульсные сигналы ограничиваются входными цепями и изолируются с помощью оптронов. Информация обрабатывается микроконтроллером (подавление «дребезга контактов»). По команде микроконтроллер передает данные в систему верхнего уровня.

Для исключения «зависания» или некорректного выполнения программы модуль имеет сторожевой таймер аппаратного сброса Watchdog.

Подключение к объекту

Внешний вид модуля и расположение разъемов приведено на рисунке 2.3.

Рисунок 5 - Модуль Т4902 (вид сверху)

Назначение контактов разъема XP2 (вилка) для подключения внешнего источника питания +24 В идентично другим модулям и приведено в таблице.

Назначение контактов разъема XP1 (вилка) для интерфейсов RS_232, RS_485 и CAN порта COM1 приведено в таблицах.

Таблица 1 - Назначение контактов разъема ХР1 для интерфейса RS_232

№ контакта	Обозначение для RS_232	Назначение
1	RXD	COM1	Принимаемые модулем данные
2	GND		Общий провод линии передачи
3	TXD		Передаваемые модулем данные

Таблица 2 - Назначение контактов разъема ХР1 для интерфейса RS_485

№ контакта	Обозначение для RS_485	Назначение
1	D-	COM1	Данные отрицательной полярности
2	SH		Экран линии передачи
3	D+		Данные положительной полярности

Таблица 3 - Назначение контактов разъема ХР1 для интерфейса CAN

№ контакта	Обозначение для CAN	Назначение
1	CANL	COM1	Данные отрицательной полярности
2	SH		Экран линии передачи
3	CANH		Данные положительной полярности

Назначение контактов разъема COM2 XP3 и COM3 ХР4 (вилка типа DB_9M) для интерфейсов RS_232 (полный набор сигналов) или RS_485 приведено в таблицах.

Таблица 4 - Назначение контактов разъемов ХР3 и ХР4 для интерфейса RS_232

№ контакта	Обозначение для RS_232	Назначение
1	COM2 (для ХР3) или СОМ3 (для ХР4)	DCD (Несущая частота обнаружена)
2		RXD (Принимаемые модулем данные)
3		TXD (Передаваемые модулем данные)
4		DTR (Готовность модуля к работе)
5		GND (Общий провод)
6		DSR (Готовность модема или прибора к работе)
7		RTS (Запрос модуля на передачу)
8		CTS (Готовность модема или прибора к приему)
9		RI (Индикатор вызова модема)
Корпус		Клемма защитного заземления

Таблица 5 - Назначение контактов разъемов ХР3 и ХР4 для интерфейса RS_485

№ контакта	Обозначение для RS_485	Назначение
1	COM2 (для ХР3) или СОМ3 (для ХР4)	Не используется
2		D - (Данные отрицательной полярности)
3		D + (Данные положительной полярности)
4		Не используется
5		SHIELD (Экран линии передачи)
6		Не используется
7		Не используется
8		Не используется
9		Не используется
Корпус		Клемма защитного заземления

Назначение контактов разъема XP5 (вилка) для подключения 4-х дискретных и 2-х частотных/числоимпульсных сигналов с индивидуальной гальванической развязкой приведено в таблице.

Таблица 6 - Обозначение контактов разъема ХР5

№ контакта	Обозначение	Назначение
1	DI1+	Положительный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI1
2	DI1-	Отрицательный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI1
3	DI2+	Положительный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI2
4	DI2-	Отрицательный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI2
5	DI3+	Положительный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI3
6	DI3-	Отрицательный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI3
7	DI4+	Положительный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI4
8	DI4-	Отрицательный сигнал канала ввода дискретных сигналов DI4
9	FI1+	Положительный сигнал канала ввода частотных/числоимпульсных сигналов FI1
10	FI1-	Отрицательный сигнал канала ввода частотных/числоимпульсных сигналов FI1
11	FI2+	Положительный сигнал канала ввода частотных/числоимпульсных сигналов FI2
12	FI2-	Отрицательный сигнал канала ввода частотных/числоимпульсных сигналов FI2

Подключение к модулю выходных цепей следует производить проводами сечением от 0,5 до 2,5 мм2.

Подключение выходных сигналов к модулю производится при выключенном питании выходных каналов в соответствии с рисунком 2.4. Несоблюдение этого условия может привести к повреждению модуля.

Рисунок 6 - Подключение модуля Т4902

4.5 Система интеллектуальных модулей "ТЕКОНИК"

Рисунок 7 - Система модулей ТЕКОНИК

Система модулей ТЕКОНИК представляет собой гибкую и расширяемую систему ввода-вывода для построения распределенных систем управления.

Система интеллектуальных модулей ТЕКОНИК® предназначена для построения распределенных автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления производственными процессами, технологическими линиями и агрегатами.

Система ТЕКОНИК® соответствует ГОСТ Р 51841-2001 и относится к изделиям государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации.

В отличие от упрощенных зарубежных аналогов модули имеют специальные средства защиты для применения в условиях сильных промышленных помех по ГОСТ Р 51317.6.2 (МЭК 61000-6-2). Система ТЕКОНИК® адаптирована для применения в отечественных условиях, имеет большую гибкость при конфигурировании, обладает мощными вычислительными ресурсами (процессоры семейств х86) и большим количеством каналов ввода-вывода. Модули ввода-вывода системы ТЕКОНИК® используются также для расширения информационной мощности контроллеров серий МФК и ТКМ, широко применяемых на объектах СХК

Состав системы

Система ТЕКОНИК® имеет проектно-компонуемый состав и поставляется в соответствии с заказной конфигурацией. Пользователь может самостоятельно наращивать или изменять конфигурацию системы.

Система может содержать один процессорный модуль P04 T7101, коммуникационный модуль или преобразователь интерфейсов (конвертор) RS232/485 TCC485A, панель оператора V04 и до 250 модулей ввода-вывода в произвольной конфигурации. Модули ввода-вывода ТЕКОНИК® имеют коммуникационный интерфейс RS485 с максимальной скоростью 115 кбит/cек (ASCII-протокол Т4000). В составе системы ТЕКОНИК® применяется также интеллектуальный датчик температуры ТСТ11.

PC-совместимый процессорный модуль P04 T7101 имеет несколько исполнений, которые отличаются наличием дополнительных COM-портов, интерфейса для местного подключения клавиатуры и монитора, а также поддержкой той или иной системы программирования. Существует также исполнение процессорного модуля P04М T7102* с встроенным преобразователем интерфейсов RS232/485. Дополнительно в процессорный модуль может устанавливаться один модуль расширения формата РС104.

В состав системы ТЕКОНИК® входит сервисное программное обеспечение Tecon Tool Kit. Это Windows-приложение обеспечивает полный набор функций для конфигурирования, настройки и проверки всех режимов работы модулей ввода-вывода по протоколу Т4000. Перед началом работы программа позволяет сканировать сеть, определять состав подключенных модулей и их параметры.

Особенности применения системы ТЕКОНИК®

– Работа системы под управлением персонального компьютера

Роль программируемого контроллера в этом случае выполняет РС-совместимый компьютер обычного или индустриального исполнения. Программа выполняется на компьютере, а управление объектом производится с помощью удаленных распределенных модулей ввода-вывода.

Модули подключаются к компьютеру с помощью конвертора ТСС485А. Количество модулей в сети определяется характеристиками интерфейса RS485, каждый сегмент сети может включать до 30 модулей. Для увеличения количества модулей используется ретранслятор сети RS485. Максимальное количество модулей в сети может достигать 250.

Такое использование системы ТЕКОНИК® характерно для небольших, преимущественно лабораторных и стендовых систем.

– Работа в составе распределенных систем управления

Роль программируемого контроллера в этом случае выполняет процессорный модуль P04 T7101 или P04М T7102, который подключается к единой локальной сети АСУ ТП предприятия. Такая сеть позволяет объединить технологические контроллеры различных типов, серверы технологических баз данных, операторские и инженерные станции. Для подключения к сети используется интерфейс Ethernet с протоколами ТСР/IP или NetBEUI.

Модули ввода-вывода подключаются к процессорному модулю P04 T7101 или P04М T7102 по интерфейсу RS485 через конвертор ТСС485А.

Такая структура в полной мере использует большие коммуникационные возможности системы ТЕКОНИК®, позволяющие с помощью стандартных интерфейсов и протоколов подключиться к вычислительным средствам верхнего уровня, и наиболее интересна при автоматизации крупных объектов.

– Работа в качестве удаленных модулей ввода-вывода контроллеров серий МФК и ТКМ

В этом варианте модули ввода-вывода ТЕКОНИК® подключаются к программируемым контроллерам серий МФК или ТКМ и служат выносными модулями УСО. Модули подключаются к порту RS232 с помощью автоматического конвертора ТСС485А (МФК3000, МФК, ТКМ52) или непосредственно к порту RS485 (ТКМ410). Одновременно с модулями ввода-вывода ТЕКОНИК® может применяться интеллектуальный датчик температуры ТСТ11. Средства конфигурирования и тестирования указанных контроллеров поддерживают работу с модулями ТЕКОНИК® и датчиком ТСТ11. Для разработчика технологических программ техника работы с дополнительными средствами ввода-вывода не отличается от работы с традиционной подсистемой ввода-вывода контроллеров серий МФК и ТКМ.