Удаленная
диспетчеризация промышленных объектов
Введение
В
промышленной автоматизации объектов, распределенных на некоторой
территории (например, котельные, тепловые пункты, устройства катодной
защиты трубопроводов) а также объектов, на территории которых постоянное
присутствие человека по тем или иным причинам нежелательно или экономически
нецелесообразно, возникает необходимость дистанционного автоматического
или диспетчерского управления и контроля. При этом должны быть решены
следующие задачи:
o
передача на центральный диспетчерский пункт технологических параметров
котельного оборудования;
o
передача аварийной, охранной и пожарной сигнализации;
o
передача значений расхода электроэнергии, тепла и топлива;
o
передача величин потенциала, напряжения и тока со станций катодной
защиты;
o
дистанционное управление технологическим оборудованием;
o
опрос и диагностика контроллеров, управляющих узлами объекта диспетчеризации;
o
протоколирование всех событий (аварийных, действий диспетчера, включения
и выключения исполнительных механизмов, поступления тревожных сигналов
и т. д.).
Проблемы дистанционной
передачи информации могут быть решены с применением модемов для
коммутируемой или выделенной телефонной линии, GSM модемов для сотовой связи или
радиомодемов.
1. Архитектура системы диспетчеризации
удаленных объектов
На каждом удаленном объекте устанавливается промышленный
контроллер с устройствами ввода информации от датчиков и вывода
сигналов на исполнительные устройства (рис. 1). К порту RS-232 контроллера
подключается GSM или радио модем, который передает и принимает данные,
устанавливая связь с общим удаленным диспетчерским компьютером.
Количество контролируемых объектов может быть любым, практически
оно зависит от загруженности управляющего компьютера и пропускной
способности канала обработки поступающей в компьютер информации.
На диспетчерском пункте компьютер содержит SCADA программу,
на которой в виде мнемосхемы изображается объект диспетчеризации
и поступающая от него информация в форме таблиц и графиков. Программа
выполняет также функции аварийной сигнализации, накопления данных,
ведения архива, формирование отчетов. В нормальном режиме работы
системы информация поступает с заданным интервалом времени или по
запросу диспетчера.
В случае аварии на диспетчерский пункт поступает сигнал
аварии, передача которого инициируется контроллером и который имеет
высший приоритет. Сигнал аварии содержит информацию, позволяющую
принять решение о методах ее устранения до отправки аварийной бригады
на объект.
2. Особенности связи с применением
GSM модемов
2.1. Режимы работы GSM модемов
GSM модемы могут работать
в режиме прямой связи (как по телефону), так и с промежуточным хранением
данных у оператора сотовой связи (SMS - сообщения - "Short Message
Service" - "служба коротких сообщений"). Параметры, не являющиеся
аварийными, целесообразно передавать с помощью SMS сообщений, поскольку
они занимают 2-3 с и имеют достаточную в большинстве случаев длину
(160 символов), а поэтому стоят очень дешево (у некоторых операторов
сотовой связи SMS
сообщения вообще не тарифицируются).
Недостатком SMS сообщений
является негарантированность их доставки в определенный срок или
вообще исчезновение сообщения при переполнении буфера. Однако случаи
задержки сообщений на время более нескольких минут бывают достаточно
редко и происходят, в основном, в праздничные дни, при перегрузке
канала связи. Кроме того, сам факт отсутствия связи можно контролировать,
например, с помощью периодически посылаемых тестовых сигналов подтверждения
связи.
Поэтому аварийные сигналы
следует передавать в режиме передачи данных после установления прямой
связи между передающим и приемным модемом, а не с помощью SMS -
сообщений.
Достоинством применения
GSM модемов по сравнению с радиомодемами является отсутствие необходимости
получать лицензию и независимость качества связи от расстояния (в
пределах зоны покрытия сети).
2.2 Техническое описание рекомендуемого
модема
Наиболее удачным решением
как по стоимости, так и по своим техническим характеристикам, являются
сотовые модемы-терминалы стандарта GSM фирмы Siemens TC35Terminal
(внешний факс/модем в стандарте GSM 900/1800МГц) и MС35Terminal,
который дополнительно имеет режим GPRS для передачи информации в
формате электронной почты и интернета со скоростью 14,4 кбит/с.
Эти
модемы готовы к использованию
и комплектуются источником питания, антенной и имеют стандартный
интерфейс RS-232. Управление осуществляется от компьютера или контролера
по последовательному порту при помощи расширенного списка стандартных
AT- команд (Hyes-протокол). К модемам может быть подключена телефонная
трубка.
Иногда вместо модема используют
сотовый телефон. Сотовый телефон имеет меньшее количество команд
и не позволяет оперативно изменять настройки модема под конкретные
требования.
Модем
имеет следующие преимущества перед сотовым телефоном:
o
промышленное исполнение и высокая надежность;
o
широкий температурный диапазон;
o
GSM модем обладает большим количеством каналов (максимальная скорость
115 Мбит/с);
o
установку GSM модема сможет провести даже непрофессионал, не требуется
никаких специальных драйверов, операционная система распознаёт его
как "Стандартный модем";
o
телефоны не работают с интерфейсом RS-232 напрямую, требуется специальный
соединительный кабель;
o
телефоны не имеют разрешения Ростехнадзора (бывший Госгортехнадзор)
для применения на опасных промышленных объектах;
o
некоторые модемы имеют механизм для обнаружения факта вскрытия корпуса.
2.3. Стоимость оборудования канала
GSM связи
GSM модем MC35T в комплекте с антенной и источником питания стоит
9500 руб.
Получение телефонного номера - около 1000 руб.
Модули ввода-вывода и контроллер стоят от 3000 до 6000
руб. в зависимости от состава датчиков и исполнительных устройств.
Компьютер приобретается Заказчиком самостоятельно или
используется имеющийся в наличии.
3. Вариант связи по радиоканалу
3.1. Связь с помощью радиомодема мощностью
10 мВт
Радиомодем представляет собой функционально
и конструктивно законченное устройство для приема/передачи данных
по радиоканалу со скоростью 4800, 9600, 19200 и 38400 бод. Модем
работает в диапазоне частот (433,92±0,2%) МГц с выходной мощностью
10 мВт, для его эксплуатации не требуется получение
разрешений. Модем способен работать в различных режимах (ПРОЗРАЧНЫЙ,
ПАКЕТНЫЙ, РЕТРАНСЛЯТОР и др.) с развитой системой адресации, позволяя
пользователю максимально гибко использовать его при построении различных
конфигураций сетей беспроводной передачи данных: точка-точка, точка-много
точек, точка-много точек с базовой станцией и их комбинации. Дополнительно
имеется режим "прямого доступа к радиоэфиру", благодаря чему внешнее
устройство может использовать для обмена данными в эфире собственные
протоколы, адресацию, кодирование и т.д. Модем предназначен для
использования в различных системах сбора телеметрических данных,
удаленного управления и т.д. Работая в "прозрачном" режиме, модем
легко встраивается в уже построенные системы без необходимости доработки
программного обеспечения.
Дальность связи зависит
от скорости передачи данных и от характеристик применяемых совместно
с модемом антенн и может достигать нескольких километров
в условиях прямой видимости. Дальность связи можно увеличить благодаря
возможности работы радиомодема в режиме РЕТРАНСЛЯТОРА. Обмен данными
с источником/получателем информации осуществляется по последовательным
портам RS-232 или RS-485 (скорости 1 200…57 600 бод). Входные/выходные
потоки буферизируются (общий размер буфера - 32 Кбайт). Параметры,
необходимые для конфигурации модема: рабочая частота, скорость обмена
данными в эфире, девиация частоты передатчика, ширина полосы приемника,
параметры и состав пакетов данных, включение/выключение помехоустойчивого
кодирования, установки последовательного порта, адресация, режимы
работы модема и другие установки задаются программированием в КОМАНДНОМ
режиме с помощью команд диалогового текстового интерфейса, подаваемых
по последовательному порту, и хранятся в энергонезависимой памяти
модема. Для программирования можно пользоваться любой терминальной
программой для персонального компьютера. Имеется также возможность
удаленного (по радиоэфиру) программирования параметров.
Модем питается от источника (7…15) В. Модем выпускается в исполнении
для монтажа на DIN рейку (далее - "исполнение DIN") (рис.2) и в
пылевлагозащитном исполнении со степенью защиты IP65 (далее - "исполнение
IP65") (рис.3).
Стоимость оборудования канала радиосвязи:
|
Наименование
|
Примечание
|
Цена, руб.
|
1
|
Радиомодем (для диспетчерской)
|
Исполнение
в корпусе с креплением на DIN-рейку
|
6600
|
2
|
Антенна для радиомодема
(стационарного)
|
АШ-433 (штыревая, круговая
диаграмма направленности)
|
1100
|
|
ИТОГО для диспетчерской
|
7700
|
3
|
Радиомодем (объекта управления)
|
Исполнение в герметичном корпусе IP65
|
6900
|
4
|
Антенна для радиомодема
(объекта упрвления)
|
Многоэлементная направленная
10 дБ
|
1300
|
|
ИТОГО для объекта управления
|
8200
|
|
ВСЕГО
|
15900
|
3.1. Связь с помощью радиомодема мощностью
0,5-3 Вт
Радиомодем представляет
собой функционально и конструктивно законченное устройство для приема
/передачи данных и голоса по радиоканалам (расстояние между соседними
радиоканалами 25 кГц ) в диапазоне частот 401-469 Мгц (с разбивкой
на поддиапазоны ). Обмен данными в радиоэфире осуществляется в одно-
или двухчастотном полудуплексном режиме со скоростью 9600 или 4800
бод. Выходная мощность передатчика радиомодема регулируется и составляет
3,0 или 0,5 Вт; при соответствующем выборе антенн и их расположении
это достаточно для организации радиосвязи на расстоянии около
10-20 км в условиях прямой видимости и до 5-10 км в городе,
а при необходимости покрытия больших расстояний можно воспользоваться
возможностью радиомодема работать в качестве ретранслятора.
Применение этого
модема требует оформления соответствующих лицензий и разрешений.
Радиомодем может работать
в нескольких режимах (прозрачный, пакетный, ретранслятор и др.)
с развитой системой адресации, позволяя пользователю максимально
гибко использовать его при построении различных конфигураций сетей
беспроводной передачи данных: точка - точка, точка - много точек,
точка - много точек с базовой станцией и их комбинации.
Обмен данными с источником
(получателем) информации осуществляется по последовательному порту
RS 232 с аппаратным управлением потоком данных (линии CTS и RTS).
Входные /выходные потоки буферизируются (размер буфера - до 8 К
).
Кроме обмена данными
радиомодем может использоваться и как обычная "голосовая" радиостанция
без утраты своих основных функций - для этого к нему подключается
внешнее устройство ("тангента ") с микрофоном и громкоговорителем.
Параметры, необходимые
для конфигурации радиомодема - скорость обмена в эфире, параметры
модуляции, параметры и состав пакетов данных, включение /выключение
помехоустойчивого кодирования и перемежения, установки последовательного
порта, адресация, режимы работы радиомодема, частоты 10-ти радиоканалов
(независимые частоты приема и передачи в каждом канале) и другие
установки - задаются программированием в командном режиме с помощью
команд диалогового текстового интерфейса, подаваемых по последовательному
порту, и хранятся в энергонезависимой памяти радиостанции.
Для программирования
можно пользоваться любой терминальной программой для персонального
компьютера.
Радиомодем имеет встроенный
преобразователь напряжения с диапазоном входного напряжения от 10
до 50 В.
Радиомодем поставляется
в двух вариантах по степени защиты: IP40 и IP65
Стоимость
оборудовани канала радисвязи:
|
Наименование
|
Примечание
|
Цена, руб.
|
1
|
Радиомодем (для диспетчерской)
|
Исполнение в герметичном корпусе IP40
|
21900
|
2
|
Антенна для радиомодема
(диспетчерской)
|
Штыревая, круговая диаграмма
направленности
|
1100
|
|
ИТОГО для диспетчерской
|
23000
|
3
|
Радиомодем (объекта управления)
|
Исполнение в герметичном корпусе IP65
|
29500
|
4
|
Антенна для радиомодема
(объекта упрвления)
|
Многоэлементная направленная
10 дБ
|
1300
|
|
ИТОГО для объекта управления
|
30800
|
|
ВСЕГО
|
53800
|
4. Сравнительные характеристики каналов
связи.
Характеристики
канала связи
|
|
|
GSM
модем
|
Радиомодем 10 мВт
|
Радио-модем
0,5-3 Вт
|
Дальность
|
|
|
Ограничена зоной сотовой связи
|
Несколько км в условиях прямой видимости
|
До 10 км в условиях прямой видимости
|
Надежность:
|
|
|
средняя
|
средняя
|
высокая
|
Зависимость
от качества проводной линии
|
|
|
нет
|
нет
|
нет
|
Зависимость
от уровня атмосферных
и индустриальных помех
|
|
|
слабая
|
средняя
|
слабая
|
Зависимость
от загруженности коммутационного оборудоввания оператора связи
|
|
|
есть
|
нет
|
нет
|
Стоимость оборудования<
|
|
|
средняя
|
средняя
|
высокая
|
Стоимость связного
оборудования для
диспетчерской
|
|
|
9000
|
7700
|
23000
|
Стоимость связного
оборудования для
объекта
|
|
|
9000
|
8200
|
30800
|
Дополнительные разовые затраты:
|
|
|
|
|
|
Стоимость выделения
номера
|
|
|
1000
|
0
|
0
|
Стоимость
выделения линии связи
|
|
|
0
|
0
|
0
|
Стоимость выделения
частоты
|
|
|
0
|
0
|
По договоренности с лицензирующим органом
|
Текущие затраты на обслуживанияе
канала связи:
|
|
|
|
|
|
абонентская
плата за телефонный канал связи
|
По тарифу
|
оплата выделенной
линии связи
|
По тарифу
|
|
По тарифу
|
|
По тарифу
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нет
|
нет
|
нет
|
|
|
|
нет
|
нет
|
нет
|
|
|
|
нет
|
да
|
да
|
|
|
|
да
|
нет
|
нет
|
Типовой состав работ
o
Обследование объекта и составление схем
прокладки кабелей от датчиков и исполнительный
устройств.
o
Составление ТЗ и договора.
o
Проектирование системы.
o
Монтаж системы в шкафу и отладка макета
у Исполнителя.
o
Монтаж и пусконаладка системы у Заказчика.
o
Испытания системы и сдача заказчику.
|