Споры о том, что лучше, беспроводное или проводное оборудование не утихают уже много лет. Однако, по мнению большинства специалистов создание сетей беспроводных датчиков являются одной из самых перспективных направлений развития электроники [1].
Распределенные сети беспроводных датчиков обещают стать для крупных систем тем же, чем стали для компьютеров портативных устройств интегральные микросхемы, полностью изменив методы их изучения, разработки и управления.
В промышленности такие системы могут быть использованы на больших площадях для контроля влажности, температуры, давления и бесконечного числа других параметров и способны обеспечить предсказание состояния производственных систем.
Использование датчиков в военной технике позволит получать такую жизненно важную информацию, как наличие мин, ядовитых веществ или источников электромагнитного излучения не только для немедленного предупреждения об опасности, но и для изучения поведения техники на поле боя. Это позволит разработчикам усовершенствовать следующие поколения военной техники.
Для контролируемого пункта телемеханики применяются проводные системы для связи оператора с датчиками давления, что создает определенные трудности и опасности для работы оператора находящегося вблизи пункта телемеханики. Потенциально возможно использование беспроводных технологий позволяющие обезопасить работу оператора и сократить время на обход всех датчиков. разработать подсистему беспроводной связи ближнего радиуса действия.
С учетом сказанного тема дипломного проекта «Организация беспроводного ближнего канала связи контрольного пункта телемеханики с переносным пультом управления» безусловно является актуальной.
Целью дипломного проектирования является повышение качества обслуживания контрольного пункта телемеханики за счет разработки для него программно-аппаратного средства, решающего задачи автоматизации и безопасности.
Объектом исследования в ходе дипломного проектирования
выбрано предприятие ООО «АСУ ПРО», а предметом исследования является процесс
сбора информации контрольного пункта телемеханики.
программный технологический автоматизированный телемеханика
ООО «АСУ ПРО» организовалась на базе специалистов отдела автоматизации «Научно-производственного управления» ОАО «Оренбургнефть», основным профилем деятельности которых являлась разработка и последующее внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Зарегистрирована в 2004 г. Производственная деятельность началась в 2005 г. [2]
Общество осуществляет следующие основные виды деятельности (в соответствии с разрешительными документами аккредитующих и надзорных ведомств):
подготовка технических решений по созданию автоматизированных систем АСУ ТП, телемеханики технологических объектов и реализация решений «под ключ»;
комплексное проектирование, строительно-монтажные работы и пуско-наладочные работы, а также сервисное обслуживание законченных объектов и систем, метрологическое обеспечение;
автоматизация отдельных видов технологических процессов транспорта и подготовки нефти и газа, технический и коммерческий учёт энергоресурсов;
приемо-сдаточные испытания на всех стадиях пуско-наладочных работ, разработка необходимых методик измерений и испытаний (МИ);
создание и внедрение автоматизированных систем контроля и учёта энергоресурсов (АСУЭ), метрологическое обеспечение средств измерений (СИ) и из-мерительных каналов автоматизированных систем телемеханики, АСУ ТП, АСУЭ, АСТУЭ, АСКУЭ, и др.);
метрологическая экспертиза технической документации;
инжиниринговые услуги;
инструментальные измерения и испытания (в электроустановках) измерительных комплексов и систем энергообеспечения;
энергетические обследования (в части испытаний и измерений в электро-установках).
внедрение на автоматизируемых объектах современных методов и средств измерений, автоматизированного контрольно-измерительного оборудования, информационно-измерительных систем и комплексов;
внедрение средств управления и регулирования в соответствии со стандартами отрасли или концепцией перспективного развития создаваемого объекта;
при разработке систем автоматизации высокопрофессиональные специалисты компании разрабатывают и адаптируют программное общесистемное и уникальное программное обеспечение (ПО) среднего и верхнего уровней, выполняют стыковки программно-технических средств различных производителей;
на нижнем уровне СА (уровне сбора данных, управления и регулирования) разрабатываются технические решения по привязке микропроцессорной техники и ПО к конкретному технологическому оборудованию, составу базы данных, алгоритму обработки данных, учитывающие специфику каждого автоматизируемого объекта;
монтаж (демонтаж), наладка, испытания, ремонт, калибровка, регулировка, пуск, аттестация и поверка средств измерений на технологических объектах;
организация сборочного производство сертифицированных шкафов и щитов телемеханики, АСУ и других;
производство программно-технических комплексов (ПТК) шкафного исполнения (шкафы автоматизации ША, ШТ., ШДП, ШС).
Компания ООО «АСУ ПРО» обладает необходимым для производства этой продукции потенциалом.
Вся серийно выпускаемая продукция сертифицирована в системе ГОСТ Р и соответствуют высоким стандартам качества и надежности.
Для реализации производственных задач ООО «АСУ ПРО» обладает не-обходимым парком метрологического, испытательного, измерительного и вспомогательного оборудования.
Актуализированная нормативная база, аттестованные методики измерений (МИ), стандарты системы менеджмента качества ООО «АСУ ПРО» (СТО СМК) обеспечивают реализацию всех необходимых требований к качеству, составу и технологии выполняемых работ.
Квалифицированный персонал, работающий в Обществе, имеет необходимую техническую базу, профессиональную подготовку, свидетельства и право допуска на особо опасные производства и энергообъекты предприятий.
ООО «АСУ ПРО» на основе договоров (контрактов) обеспечивает единичное производство и поставку потребителям шкафов управления, систем телемеханики и АСУЭ, осуществляет гарантийное и сервисное обслуживание всей выпускаемой продукции.
В роли потребителя могут выступать любые организации (ведомства, фирмы и др.), которые либо используют продукцию непосредственно, либо заказывают ее в интересах других организаций.
Задачи в области качества:
всестороннее изучение рынка профильных услуг;
мониторинг непрерывно изменяющихся запросов потребителей;
расширение спектра и совершенствование структуры оказываемых услуг;
внедрение и постоянного совершенствования Системы менеджмента качества, соответствующей требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2008 (ISO 9001:2000), позволяющее повышать конкурентоспособность ООО «АСУ ПРО»;
развитие и постоянное улучшение процессов управления, основных и поддерживающих процессов СМК;
регулярное установление и анализ реализуемости измеримых целей в области качества на соответствующих уровнях и во всех направлениях деятельности предприятия;
построение устойчивых взаимовыгодных отношений с Потребителями и Поставщиками;
систематическое повышение квалификации и уровня профессиональной подготовки персонала ООО «АСУ ПРО»;
рациональное использование всех видов ресурсов;
чёткое исполнение своих обязательств по отношению ко всем заинтересованным сторонам.
На сегодняшний день организация имеет в своём составе 3 филиала (Уфимский, Самарский и Дальневосточный).
Профессиональный состав организации - более 500 человек.
Организационная структура предприятия приведена в приложении А на рисунке А.1.
Объект исследования - контрольный пункт (КП) телемеханики.
Основной функциональной составляющей КП телемеханики является шкаф телемеханики (ШТ.).
Шкаф телемеханики энергонезависимое устройство телемеханики, уличного исполнения, предназначенное для дистанционного автоматизированного контроля технологических параметров в условиях отсутствия внешнего сетевого электроснабжения.
Предназначен для функционирования в составе системы телемеханики с обеспечением взаимодействия с диспетчерским пунктом по каналам связи системы линейной телемеханики или по промышленной вычислительной сети. ШТ. является проектно-компонуемым изделием, состав и количество функциональных устройств которого определяется в соответствии с конфигурацией конкретного объекта.
Благодаря данному оборудованию осуществляются следующие действия:
собирается вся информация об аналоговых сигналах с датчиков, при помощи блоков аналогичных вводов телемеханического устройства;
собираются данные со всех агрегатов через проводную канальную связь либо используется вся информация шкафов расширения через проложенные цифровые каналы;
предварительно обрабатывается вся собранная информация;
обрабатывается собранная информация по заданным параметрам;
вся собранная информация передается при помощи верхового уровня автоматизированной системы управления.
Источниками обеспечения электроэнергией оборудования являются штатные блоки аккумуляторных батарей, подзаряжаемые солнечным модулем и ветровым электрогенератором.
К ШТ. подключаются датчики давления предназначенные для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал входных из-меряемых величин давления. Измеряемые среды взрывоопасны: жидкости, в том числе нефтепродукты, пар, газ, газовые смеси.
Таким образом, «АСУ ПРО» является одним из ведущих предприятии по подготовке технических решений по созданию автоматизированных систем АСУ ТП в России, имеющий довольно разветвленную структуру.
Выбранный технологический процесс представляет из себя систему телемеханики.
Телемеханика - отрасль науки и техники, охватывающая теорию и технические средства контроля и управления объектами на расстоянии с применением специализированных преобразований сигналов для эффективного использования каналов связи.
Особое значение телемеханика приобретает в связи с созданием автоматизированных систем управления (АСУ). Обработка данных, полученных по каналам телемеханики, на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль за технологическим процессом и упростить управление. Поэтому в настоящее время вместо понятия «телемеханика» всё чаще и чаще используется сокращение АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом. Современная система телемеханики также немыслима без компьютера, поэтому можно сказать, что телемеханика и АСУТП - близнецы-братья. Разница между этими понятиями улавливается лишь по времени появления и по традиции использования. Например, в энергетике предпочитают использовать слово телемеханика, на промышленных предприятиях - АСУТП.
Предприятия химической, атомной, металлургической, горнодобывающей промышленности, электрические станции и подстанции, насосные и компрессорные станции (на нефте- и газопроводах, в системах ирригации, тепло- и водо-снабжения), аэропорты, усилительные и ретрансляционные установки на линиях связи, системы охранной сигнализации и т.д.
Аппаратура телемеханики (обычно называемая контроллером) на КП собирает информацию об объекте посредством датчиков и преобразователей.
Датчиками могут быть простые двухпозиционные переключатели, состоя-ние которых изменяется при изменении состояния объекта (включен / выключен, норма / авария и т.п.). Обычно контроллер КП следит за состоянием датчиков и при изменении хотя бы одного из них передает на ПУ посылку, которую называют Телесигналом (ТС). Контроллер ПУ, получив ТС, передает его на ЭВМ и контроллер щита. Программа на ЭВМ изменяет состояние изображения контролируемого объекта на схеме и предупреждает диспетчера звуковым сигналом. Контроллер щита зажигает на щите соответствующий индикатор.
Для количественной оценки состояния объекта на КП применяют преобразователи, которые преобразуют физические параметры (температура, давление, напряжение, ток) в нормированные электрические сигналы. Контроллер КП из-меряет значения этих сигналов и передает их на ПУ в цифровом виде в посылках Телеизмерений (ТИ). Аналогично ТС, ТИ поступают на ЭВМ и щит для отображения. Программа для ЭВМ может отслеживать уровни приходящих измерений и сигнализировать, например, о превышении критического порога (уставки).
Современные контроллеры КП могут получать информацию не только с датчиков и преобразователей, но и с различных микропроцессорных устройств, например, приборов учета, токовых защит. Для стыковки с такими устройствами применяют один из локальных интерфейсов, например, RS-485. Информационный обмен идет с использованием одного из совместимых протоколов, например, Modbus.
В современной системе телемеханики большое внимание уделяется программному обеспечению системы и интеграции с действующими системами и программными комплексами. Стандартом стало графическое представление схем контролируемого процесса (мнемосхем) с «живым» отображением текущего со-стояния, управление объектом с кадров мнемосхем.
В программном обеспечении наблюдается тенденция к стандартизации программных интерфейсов систем сбора данных и обрабатывающих программ (технология OPC), возрастает потребность экспорта собранных данных в специализированные программы (расчета режимов, планирования, аналитические, АРМ специалистов). В условиях усложнения систем повышается роль средств диагностики и отладки.
С технической стороны в системах всё чаще используются современные скоростные каналы связи (оптоволокно, Ethernet) и беспроводные технологии (например сотовая связь). Вместе с тем сохраняется потребность стыковки с морально (а иногда и физически) устаревшими «унаследованными» системами, с сохранением их протоколов связи. На контролируемых объектах всё чаще возникает необходимость стыковки с локальными технологическими системами.
Наряду с усложнением самих систем и их программного обеспечения наблюдается изменение требований к реализуемым функциям. К традиционным функциям телемеханики (телесигнализация, телеизмерение, телеуправление) добавляются функции энергоучета, транспорта данных с локальных автоматических приборов. К обычным функциям контроля за изменением состояния и превышения предельных значений добавляются возможности текущих расчетов и логического анализа (например, балансные расчеты).
Современная автоматизация индустрии предъявляет все большие требования к центральному управлению всеми приводами, также как и датчиками (например, фотодатчики, температурные датчики, бесконтактные датчики и т.д.).
Система телемеханики построена по трехуровневому иерархическому принципу. Она представляет собой распределенный комплекс, состоящий из системы информационного обеспечения диспетчера и удаленно расположенных контролируемых пунктов, объединенных по каналам связи телемеханическими протоколами.