Применение телеметрии в технологическом процессе

[Виктор]

Доклад подготовил: Лабеко Виктор Олегович группа 341-об
Руководитель: доцент кафедрым АППиЭ,доцент,канд.техн. наук Ожигова Нина Михайловна
Применение телеметрии в технологическом процессе

      Телеметрия, телеизмерение  -- получение информации о значениях измеряемых параметров (напряжения, тока, давления, температуры и т. п.) контролируемых и управляемых объектов методами и средствами телемеханики.
      Передача информации по проводам берёт своё начало в 19-м столетии. Одна из первых линий передачи была создана в 1845 между Зимним дворцом российского императора и штабами армий. В 1874 французские инженеры установили систему датчиков определения погоды и глубины снега на Монблане, передающей информацию в режиме реального времени в Париж. В 1901 американский изобретатель Михалик запатентовал сельсин, индукционную машину для попеременной передачи синхронизированной информации на расстоянии. В 1906 был построен ряд сейсмических станций, связанных телеметрической связью с Пулковской обсерваторией. В 1912 Эдисон разработал телеметрическую систему для мониторинга подключаемых нагрузок к электросети. При постройке Панамского канала (законченной в 1913--1914) массово использовались телеметрические системы для мониторинга шлюзов и уровней воды.
       Беспроводная телеметрия начала применяться в радиозондах, разработанных независимо друг от друга Робертом Бюро во Франции и Павлом Молчановым в России. Система Молчанова измеряла температуру и давления и преобразовывала результаты в беспроводной код Морзе.
       В немецкой ракете Второй мировой войны Фау-2 использовалась система передачи примитивных многократных радиосигналов под названием «Мессина» для получения информации о параметрах ракеты, но эта система была столь ненадёжной, что Вернер фон Браун однажды заявил, что было бы эффективнее следить за ракетой в бинокль. Как в СССР, так и в США на смену системе «Мессина» быстро пришли более совершенные системы, основанные на импульсно-позиционной модуляции.
       В ранних советских телеметрических системах (ракетных и космических), разработанных в конце 1940-х, использовалась как импульсно-позиционная модуляция (например в телеметрической системе Трал, разработанной в ОКБ МЭИ), так и полосно-импульсная модуляция (например в системе RTS-5 разработанной в НИИ-885). В ранних американских разработках также использовались подобные системы, но позднее они были заменены на системы с импульсно-кодовой модуляцией (например, в космическом аппарате для исследования Марса «Маринер-4»). В поздних советских межпланетных аппаратах использовались избыточные радиосистемы, осуществляющие телеметрическую передачу с импульсно-кодовой модуляцией в дециметровом диапазоне и с импульсно-позиционной модуляцией в сантиметровом диапазоне
      Задачи и способы решения для телеметрии
      Перед любой компанией, имеющей распределенные энергетические и другие объекты, рано или поздно встает задача внедрения диспетчерского управления, телеметрии и/или учета. Данные задачи можно решить по-разному: либо с помощью комплекта аппаратных средств, состоящего обычно из программируемого логического контроллера, модема и модулей ввода/вывода, либо с помощью одного универсального устройства.
      Любое из этих решений имеет право на жизнь. Но оно не всегда может быть доступным по цене и по предлагаемым возможностям. Более того, любая задача имеет свойство «раздуваться». Так, например, в ходе решения задач телеметрии или уже в процессе эксплуатации у заказчика может появиться желание не только наблюдать за состоянием объекта, но и следить за потреблением энерго­ресурсов, либо возникает потребность управлять объектом с АРМ диспетчера и т. д. Однако сопоставить желания потребителя и возможности интегратора на этапе согласования требований практически невозможно или очень трудоемко.
Как показывает практика, любая компания, принявшая решение о внедрении системы учета/телеметрии/диспетчерского контроля и управления, стремится к тому, чтобы исполнитель (интегратор) реализовал все ее требования. Но при этом компания, во-первых, должна иметь уверенность, что если исполнитель по каким-либо причинам прекратил свое существование, то она сможет провести модернизацию или ремонт силами других исполнителей. Во-вторых, если компания пожелает модернизировать свои объекты, то расширение функционала не должно приводить к глобальным переделкам всей системы. И, в-третьих, компания будет максимально удовлетворена, зная, что для решения ее задачи было использовано оборудование известного производителя, которое при необходимости она всегда сможет найти у ближайшего дилера.
      Основанная в 1991 году, компания ОВЕН сегодня занимает лидирующие позиции на отечественном рынке в области производства контрольно-измерительных приборов (КИПиА) и средств автоматизации технологических процессов ПЛК323 ОВЕН с встроенным GSM/GPRS-модемом оптимально подходит для решения задач автоматизированного управления и учета энергоресурсов. С одной стороны, прибор упрощает создание систем по учету энерго­ресурсов, делает их более надежными и экономичными благодаря тому, что он один способен заменить целый набор аппаратных средств. С другой стороны, это инструмент, позволяющий обеспечить предприятию реальную экономию энерго­ресурсов за счет создания на его базе решений для контроля и управления этими ресурсами. Возможность диспетчеризации очень большого количества территориально распределенных объектов с передачей данных на единый диспетчерский пункт делает данный контроллер наиболее востребованным в сферах энергетики и ЖКХ.

Рисунок 1 - Организация телеметрии с ПЛК 323

       Система телеметрии на базе 3G модема CinterionEHSx
Компанией ПРОЕКТ-П разработана система телеметрии на базе 3G модема Cinterion серии EHSx. Каналом передачи данных служит сотовая связь: СМС-сообщения, Internet (3G). Выбор 3G модема CinterionEHSx определяется надежностью данного оборудования, возможностью удаленного обновления программного обеспечения, а также гибкостью программирования на JavaME.
       Система телеметрии на базе 3G модема CinterionEHSx применяется компанией ПРОЕКТ-П для диспетчеризации газовых котельных, газораспределительных пунктов, насосных станций, тепловых пунктов. Для частных лиц данное решение применяется как бюджетное решение для диспетчеризации загородных домов: удаленный контроль и управление системой отопления, мониторинг системы электроснабжения, системы пожарно-охранной сигнализации и мн.др.
       Система телеметрии на базе 3G модема CinterionEHSx имеет несколько схем исполнения:
       А) Схема №1. Объект телеметрии -- сотовые телефоны (СМС телеметрия).
       3G модем CinterionEHSx периодически отправляет на сотовые телефоны операторов СМС сообщения с информацией о состоянии объекта телеметрии (например, для тепловых пунктов: давление, температура, расход, количество тепла, степень открытия регулирующих клапанов, состояние охранно-пожарной системы и т.п.), в случае возникновения аварийной ситуации на объекте телеметрии на сотовые телефоны операторов отправляется аварийное СМС сообщение. Оператор имеет возможность запрашивать данные с объекта телеметрии, а также изменять настройки системы с помощью управляющих СМС сообщений.
       Применения: диспетчеризация загородных домов, телеметрия тепловых пунктов, газовых котельных, насосных станций.
       Б) Схема №2. Объект телеметрии -- диспетчерский компьютер -- сотовые телефоны (СМС телеметрия + SCADA телеметрия).
       3G модем CinterionEHSx в реальном времени отправляет на диспетчерский компьютер через сеть Internet (3G) информацию о состоянии объекта телеметрии (например, для насосных станции: давление, температура, работоспособность насосов, состояние охранно-пожарной сигнализации и т.п.). На диспетчерском компьютере SCADA система (через OPC-сервер) обрабатывает, архивирует и визуализирует полученную информацию в виде мнемосхемы, журнала событий, графиков. При возникновении аварийной ситуации 3G модем CinterionEHSx отправляет на сотовые телефоны операторов СМС сообщения об аварии на объекте телеметрии. При аварии на диспетчерском компьютере включается звуковая сигнализация. Диспетчер имеет возможность изменять настройки системы телеметрии с помощью SCADA системы.
      Применения: диспетчеризация газовых котельных, насосных станций, диспетчеризация тепловых пунктов.
      В) Схема №3. Объект телеметрии -- web-сервер -- диспетчерский компьютер, компьютеры пользователей -- сотовые телефоны (СМС телеметрия + webSCADA телеметрия).
      3G модем CinterionEHSx в реальном времени отправляет на web-сервер через сеть Internet (3G) информацию о состоянии объекта телеметрии (например, для газовых котельных: давление, температура, работоспособность насосов, котлов, состояние сигнализаторов загазованности, охранно-пожарной сигнализации и т.п.). На web-сервере работает webSCADA, которая обрабатывает и архивирует полученную информацию, генерирует web-страницы по запросам пользователей. Насгенерированныхhtml-страницах отображаются мнемосхема объекта телеметрии, журнал событий, графики параметров. При возникновении аварийной ситуации включается звуковая сигнализация, на сотовые телефоны операторов отправляются СМС сообщения об аварии на объекте телеметрии. Диспетчер имеет возможность изменять настройки системы телеметрии с помощью webSCADA системы. Любой пользователь (директор предприятия, главный инженер, начальник службы и т.п.), знающий пароль доступа к web-серверу, имеет возможность зайти с любого компьютера через web-браузер на страницу объекта телеметрии и посмотреть данные об объекте (мнемосхему, журнал событий, графики, таблицу параметров и т.п.)
       Применения: диспетчеризация газовых котельных, телеметрия систем электроснабжения.

Рисунок 2 - Система телеметрии на базе 3G модема CinterionEHSx

       В качестве примера рассмотрим систему телеметрии подогревателя ГВС газовой котельной МУП «Вологдагортеплосеть»
Основные требования к системе телеметрии котельной:
      1. Оперативный контроль параметров теплоносителя на входе и выходе котельной (температура, давление) и параметров горячего водоснабжения (температура, давление), контроль питающей сети, контроль состояния работы сетевых насосов и пожарно-охранной системы.
      2. Передача данных в диспетчерскую МУП «Вологдагортеплосеть» по каналу GPRS.
      3. Подключение системы телеметрии к существующей системе телеметрии на базе SCADA-системы TraceMode.
      В ходе реализации проекта были разработаны функциональная схема системы телеметрии, принципиальная электрическая схема шкафа телеметрии и программное обеспечение программируемого логического контроллера шкафа телеметрии, а также доработано программное обеспечение диспетчерского компьютера на базе SCADA-системы TraceMode.
В состав системы телеметрии входят: датчики давления и температуры, охранно-пожарная система на базе прибора «Гранит         4», шкаф телеметрии, OPC-сервер Lectus, монитор реального времени (МРВ) TraceMode. Для решения поставленной задачи сбора и передачи данных было принято решение использовать оборудование компании ОВЕН.
      Основное оборудование ОВЕН шкафа телеметрии:
      • программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК150;
      • модуль универсального аналогового ввода ОВЕН МВА8;
      • GSM/GPRS-модем ОВЕН ПМ01.

Рисунок 3 - Функциональная схема автоматизации

        Описание работы системы телеметрии.
        Обмен информацией между котельной и диспетчерской осуществляется следующим образом. Программируемый логический контроллер ПЛК150 через GPRS-модем ПМ01 (SIM-карта модема имеет статический IP адрес) подключается к сети Интернет и периодически опрашивает дискретные и аналоговые входы, а также аналоговый модуль ввода МВА8 по интерфейсу RS-485 (Modbus RTU), обрабатывает информацию и записывает ее в Modbus TCP регистры (работа в режиме slave). На компьютере диспетчерской установлен Modbus OPC сервер Lectus (работа в режиме master). OPC сервер через сеть Интернет по протоколу Modbus TCP непрерывно опрашивает регистры ПЛК.
Обработку, визуализацию и хранение полученной информации осуществляет программа верхнего уровня (монитор реального времени МРВ) на базе SCADA-системы TraceMode 6.06, подключенная к OPC серверу Lectus.В диспетчерской МУП «Вологдагортеплосеть» к существующей программе диспетчеризации на SCADA-системе TraceMode разработан на IDE TraceMode и добавлен объект телеметрии - «Котельная Прилукская 5».

[ran]

Виктор Олегович, скажите, пожалуйста, какие недостатки есть у рассмотренных систем телеметрии?