Система дистанционного мониторинга тепловых пунктов

     Первый  модем («тревожный» - ТрМ) служит только для приема коротких аварийных сообщений, которые в приоритетном порядке фиксируются программным комплексом диспетчерского пульта и немедленно отражаются на экране (всплывающее окно и звуковой сигнал). В режиме дистанционного измерения и управления (мониторинг состояния объекта контроля, снятие статистической информации с ТК, управление механизмами и агрегатами) диспетчерский пульт ДПС работает через второй модем (рабочий - РМ). Работа в этом режиме обеспечивает приоритетное прохождение аварийных сообщений с других теплопунктов через ТрМ.

     При нормальном функционировании объектов ДПС работает в режиме ожидания аварийных сообщений (канал связи не используется). В случае возникновения нештатных режимов (выход параметра технологического процесса за пределы заданной зоны, срабатывание датчиков аварийной сигнализации и т.п.) ТК посылает на ДПС короткое сообщение, содержащее код аварии. Сообщение принимается «тревожным» модемом ТрМ, код аварии и ее краткая характеристика отражаются на экране диспетчерского пульта (рис. 2).

     

     Рис. 2 Пример аварийного сообщения на экране пульта ДПС

     По  решению оператора может быть установлена связь с любым теплопунктом (например, приславшим аварийное сообщение) для получения исчерпывающей информации о состоянии оборудования или вмешательства в его работу (для этого ис пользуется модем РМ диспетчерского пункта).

     В современной литературе можно найти достаточно много ссылок на устройства и системы, использующие для передачи информации SMS - сообщения. Объем SMS - посылки вполне достаточен для передачи коротких, например, аварийных сообщений, они имеют сравнительно низкую стоимость (несколько центов США). Но способ передачи информации с помощью SMS - сообщений обладает принципиальным недостатком: время доставки сообщения не фиксировано и существенным образом зависит от загрузки сети.

     Это не позволяет использовать SMS - сообщения в системах, требующих немедленной реакции на события. В большей степени это касается каналов дистанционного управления при работе в режиме реального времени (что характерно для всех задач, перечисленных в начале статьи). Необходимо не только передать команду управления, но и проконтролировать ее исполнение. Такие операции целесообразно реализовывать при дуплексной связи.

     В описываемой системе SMS - посылки используются для передачи одиночных сообщений, не имеющих принципиального значения для функционирования объекта. При возникновении аварийных ситуаций модем ТК теплопункта и ТрМ диспетчерского пункта устанавливают дуплексную связь, и из памяти микроконтроллера ADAM - 5510 считывается весь буфер аварий (при серьезном нарушении технологического процесса может быть сгенерировано сразу несколько аварийных сообщений). В этом случае использование SMS - сообщений может привести к недопустимому увеличению времени их поступления на диспетчерский пульт. Стоимость передачи аварийных сообщений в режиме дуплексной связи сравнима со стоимостью SMS - сообщений. Время передачи даже нескольких аварийных сообщений не превышает нескольких секунд, поэтому при вводимой в настоящее время посекундной тарификации (или даже при 10 - 15 секундных единицах тарификации) стоимость сеанса связи невысока. Режим SMS - сообщений целесообразно использовать для оповещения персонала (передача с пультов ДПС адресных информационных сообщений на индивидуальные пейджеры или сотовые телефоны).

     В последнее время стали доступны сотовые модемы GPRS, однако этот стандарт поддерживается очень ограниченным количеством оператором сотовой связи и для многих регионов пока неприменим.

     При использовании модемов Siemens TC35 Тerminal следует обратить внимание на вариант «прошивки». Не все версии программного обеспечения поддерживают заявленные АT - команды. Например, в версии 4.0 не выполняется команда ATC0=<n> (модем «не берет» трубку в автоматическом режиме после заданного числа звонков с любого телефона, в том числе стандарта GSM). При использовании этой версии не обеспечивается связь между сотовыми модемами и модемами телефонных сетей общего пользования, а соединение сотовых модемов часто осуществляется после многократных попыток (сигнал «занято»). В более ранней версии 3.10 подобных проблем не возникало.

     Статистическая информация с теплопунктов считывается по запросу диспетчера в произвольный момент времени или в автоматическом режиме (эту процедуру целесообразно проводить в ночное время, когда тарифы сотовой связи снижаются вдвое).

     Блок связи диспетчерского пункта включает в свой состав 2 модема TC35 Тerminal (РМ и ТрМ), блок питания PWR - 242 и 2 антенны АММ - 590.

     «Привязка»  диспетчерского пульта к сети и конкретным теплопунктам заключается в смене экранных форм, отражающих технологические схемы (рис. 3 и 4).

     

     Рис. 3 Расположение контролируемой сети на карте города

     Регистрация событий, связанных с контролируемыми объектами и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы, производится в форме журналов, фрагмент одного из них приведен на рис. 4.

     Рис. 4 Пример технологической схемы теплового  пункта

 

      Контроль параметров и анализ нештатных ситуаций 

     В ТК СДМУ реализован режим «черного ящика». В энергонезависимую память ТК записываются все контролируемые параметры технологического процесса. В буфер статистики информация пишется через фиксированные интервалы времени (в нашем случае 15 минут). В буфер «черного ящика» значения параметров записываются лишь при их изменениях (порог изменения задается оператором и составляет 1 - 10% от диапазона определения каждого параметра). Таким образом, глубина записи варьируется в зависимости от заданного порога записи и сложившейся на объекте ситуации и может меняться от нескольких часов (при значительных колебаниях параметров функционирования объекта) до нескольких суток (при штатном режиме работы объекта). Буфер «черного ящика» может быть считан из ТК по запросу с ДПС в произвольный момент времени (при отключении питания он сохраняется в энергонезависимой памяти ТК практически неограниченное время). На компьютере ДПС содержимое «черного ящика» можно просмотреть непосредственно на технологической схеме интересующего объекта в произвольном масштабе времени (выбирается оператором). На рис. 5 приведен фрагмент технологической схемы теплопункта с панелью настройки режима просмотра содержимого «черного ящика». В данном примере установлена глубина просмотра с 23:25:48 28.06.06 до 00:25:30 29.06.06, скорость просмотра выбирается в поле «Скорость». Наличие «черного ящика» предоставляет возможность детального анализа причин возникновения нештатных ситуаций на объектах контроля. (Рис. 6) 
 
 
 
 

       

Рис. 5 Панель настройки режима просмотра содержимого «черного ящика» 

Рис. 6 Фрагмент журнала событий

 

      Конфигурирование, диагностика, настройка 

     Особо важными моментами для систем управления с пространственно - распределенной структурой являются, монтаж системы на объекте, конфигурирование, диагностирование и настройка контроллеров нижнего уровня системы, а также техническое обслуживание системы в процессе ее эксплуатации.

     Так как центральный диспетчерский пункт (верхний уровень управления) и локальные пункты (нижний уровень сбора данных и управления) зачастую находятся друг от друга на большом расстоянии, то конфигурирование, диагностика и качественная настройка локальных контроллеров с центрального диспетчерского пункта становится для технического персонала делом трудновыполнимым, а в некоторых случаях и невозможным.

     Очевидным решением этой проблемы является создание программно - аппаратного комплекса  для настройки и диагностики, который возьмёт на себя часть функций верхнего уровня по конфигурированию локальных контроллеров и будет обеспечивать:

     ● установку связи с локальным контроллером системы, используя команды протокола обмена;

     ● диагностику аппаратуры;

     ● мониторинг показаний всех датчиков, подключённых к контроллеру;

     ● выдачу тестовых сигналов на периферийные исполнительные устройства;

     ● работу с внутренней энергонезависимой памятью контроллера;

     ● чтение статистической информации из памяти контроллера.

     В системе дистанционного мониторинга и управления центральными тепловыми пунктами города Калининграда (система «КАРАТ») для этих целей разработан комплекс технического монитора, который представляет собой переносной компьютер (ноутбук) с установленным на нём программным обеспечением, подключаемый к контроллеру через порт СОМ1. Комплекс позволяет установить связь с контроллером, используя команды протокола обмена, произвести мониторинг датчиков; произвести тестовое управление исполнительными устройствами, чтение и редактирование констант и конфигурационных данных, выполнить приём и удаление кодов аварий, а также получить доступ к ячейкам энергонезависимой памяти контроллера.

     В целях предотвращения несанкционированного подключения к сети и защиты информации доступ в программу комплекса технического монитора защищён паролем.

     Для установления связи с контроллером пользователю в окне подключенияb(рис. 7 а) нужно ввести номер контроллера и пароль, которые должныbсовпасть со значениями, установленными в памяти контроллера, а также параметры канала связи (номер COM - порта и физическую скорость передачи данных).

     В режиме мониторинга входов (рис. 7 б) программа выводит показания всех аналоговых и дискретных входов в абсолютных величинах. Чтобы узнать о назначении того или иного входа, пользователю достаточно нажать на кнопку со знаком вопроса, находящуюся справа от показаний его состояния.

     В режиме управления исполнительными устройствами (рис. 10 в) пользователю предоставляется возможность на выбор самому сформировать управляющее воздействие или задействовать встроенные алгоритмы управления. Индикация состояния объектов оперативно информирует о результатах подачи команд управления. В режиме просмотра и редактирования уставок контроллера (рис. 7 г) пользователю предоставляется возможность поменять основные конфигурационные и настроечные данные. 

Рис. 7 Вид окон программы комплекса технического монитора системы «КАРАТ» в режимах подключения (а), мониторинга входов (б), управления объектами (в), редактирования уставок (г), мониторинга аварий (д) и работы с энергонезависимой памятью контроллера (е) 

 

       Для чтения данных из контроллера пользователь должен нажать на кнопку «Прочитать». Соответственно, чтобы изменения вступили в силу, их нужно записать в память контроллера с помощью кнопки «Записать». Во время работы системы могут возникнуть различного рода аварии и нештатные ситуации (обрыв цепи датчика, выход значений за допустимые пределы и т. п.). Время возникновения и идентификационные коды аварий хранятся в энергонезависимой памяти контроллера. Режим мониторинга аварий (рис. 10 д) предназначен для получения полной картины аварийных ситуаций. Для удобства пользователя программа даёт расшифровку идентификационных кодов аварий. Также существует возможность подачи контроллеру команды на генерацию тестовой аварии.

     В режиме работы с энергонезависимой памятью контроллера (рис. 10 е) пользователь может изменять содержимое любой её ячейки. Кроме того, есть возможность записи дампа памяти в виде файла на жёсткий диск компьютера, а также чтения дампа памяти из файла. Чтобы изменения вступили в силу, дамп из памяти компьютера нужно записать в память контроллера. Сохранение и восстановление данных на компьютере позволяет иметь несколько вариантов конфигурации контроллера, которые можно быстро и оперативно поменять.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

      Внедрение системы «КАРАТ» и подобных ей систем дистанционного мониторинга и управления позволяет сократить штатный состав обслуживающего персонала контролируемых объектов, что неизбежно приводит к существенной экономии фонда заработной платы. Дополнительный экономичес кий эффект от внедрения СДМУ достигается в результате снижения энергозатрат за счет оптимизации режимов работы объектов, а также уменьшения вероятности возникновения аварийных ситуаций в условиях непрерывного контроля за ходом технологического процесса и прогнозирования возможных отказов путем анализа накопленной статистической информации.

     Внедрение систем дистанционного мониторинга и управления отвечает современным тенденциям развития и распространения энергосберегающих технологий, обеспечивает эффективное управление и объективный контроль работы технологического оборудования объектов. 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

     1. Григорьев М.В., Шафер Е.С., Балихин И.Н., Плющаев В.И. Аппаратно-программный комплекс для канализационных насосных станций// Водоснабжение и санитарная техника. - 2000. - № 6. 

     Авторы - сотрудники кафедры радиоэлектроники Волжской государственной академии водного транспорта Телефон/факс: (8312) 19 - 9307