Системы дистанционного управления и сбора данных (SCADA)

Системы дистанционного управления и сбора данных (SCADA)

В настоящее время, в связи с увеличением парка используемого автоматизированного оборудования и широким развитием "безлюдных" технологий особое значение получают системы автоматизированного управления производственными процессами и удаленного сбора данных. Кроме того, существуют ситуации, когда присутствие людей в определенных помещениях нежелательно, либо контролируемые объекты расположены на большой территории и не могут быть оперативно обслужены разумным количеством персонала. Для подобных применений все чаще используются системы дистанционного управления и сбора данных (SCADA).

Система ULTRAc фирмы ZEТRON

Система ULTRAc фирмы ZETRON - один из наиболее экономичных и универсальных вариантов системы для удаленного сбора и обработки данных при небольшом числе контрольных точек в каждой контролируемой зоне. ULTRAc позволяет интегрировать оборудование и программное обеспечение различных производителей, поддерживающее протокол ModBus, ставший в последнее время индустриальным стандартом для таких систем. Кроме того, к данной системе могут подключаться устройства автоматизированного оповещения персонала о нештатных ситуациях.

Центральный процессор (CPU) - модель 1700
Удаленный терминал (RTU) - модель 1708
Удаленный терминал (RTU) - модель 1716
Удаленный терминал (RTU) - модель 1732

Модели 1708 и 1716 отличаются лишь числом входов/выходов. Все вышеперечисленные устройства содержат встроенный модем и могут подключаться непосредственно к радиостанции. Используемый протокол (FFSK) и скорость (1200 бод) позволяют использовать без существенных модификаций практически любые из существующих моделей профессиональных радиостанций. Данная система может быть использована как в составе обычных, так и транковых систем связи.

Сравнительно небольшая длина передаваемых пакетов (0.08 - 0.24 сек.) и использование эффективного протокола управления передачей данных позволяют использовать в системах с малой загрузкой один радиоканал как для передачи данных, так и для голосового радиообмена. Контроллеры системы ULTRAc могут при необходимости работать в качестве интеллектуального ретранслятора пакетов данных, что позволяет за счет некоторого снижения пропускной способности радиоканала значительно расширять зону действия системы.

Оборудование каждого из удаленных объектов системы может состоять из одного или нескольких терминальных устройств, использующих общий радиоканал для связи с центральной станцией.

При необходимости аппаратура на удаленных объектах может быть смонтирована в стандартных герметичных шкафах типа NEMA-4 и дополнена источником резервного электропитания. Стандартный диапазон рабочих температур - 0 - +60^оC, при необходимости по специальному заказу могут быть произведены устройства, использующие элементную базу, рассчитанную на работу в диапазоне температур -30 - +60 ^оC.

В небольших системах вместо персонального компьютера может использоваться кнопочная панель модели 4115, представляющая собой устройство со светодиодной индикацией и кнопочным управлением, монтируемое в стандартную 19-дюймовую стойку. Данное устройство позволяет контролировать до 36 объектов (с возможностью расширения до 96 объектов), при этом для каждого объекта контролируется до 16 входных и до 16 выходных сигналов. Панель питается от источника постоянного тока напряжением 12 вольт и потребляет ток до 1.5 ампер.

SentriDiаl - модель 1512
Устройство автоматического оповещения об аварийных ситуациях по телефонной линии либо сотовому телефону.

BookWMF0.JPG (5908 bytes) Модель 1512 может сообщать об аварийных событиях путем обзвона по списку телефонных номеров (до 120 номеров) и оповещать персонал об аварийной ситуации цифровой записью голоса (до 40 секунд). Кроме того, возможна передача информации об аварийной ситуации на пейджер при помощи модема с использованием протокола TAP (для использования этой возможности пейджинговый провайдер должен подерживать данный тип сервиса).

Возможна поставка данного устройства в защищенном NEMA корпусе с встроенной системой резервного электропитания и местом для установки сотового телефона. Кроме перечисленных выше функций оповещения данное устройство может по командам, передаваемым по телефону тональным набором, управлять четырьмя логическими выходами ( 3 выхода с открытым коллектором и один релейный выход).

SDial.GIF (9336 bytes) DevicePage - модель 1514
Устройство автоматического оповещения при помощи пейджинга

При возникновении аварийной ситуации DevicePage автоматически набирает номер пейджингового терминала и передает заранее запрограммированное для каждого типа вызова алфавитно-цифровое сообщение длиной до 180 символов, информирующее персонал о нештатной ситуации. Набрав номер телефонной линии, подключенной к DevicePage, оператор может используя тональный набор подтвердить прием сообщения, а также изменить состояние управляющих выходов устройства.

При необходимости, устройство может быть запрограммировано на периодическую выдачу сообщений о нормальном функционировании системы.

SentriVoice - модель 1516

Данное устройство подключается к радиостанции и может оповещать персонал об аварийных ситуациях записью голоса (до 80 секунд), пейджингом или тональными сигналами. Поддерживаются протоколы POCSAG, 5/6 tone, и DTMF.
При использовании пейджинга для оповещения, устройство может передать заранее запрограммированное сообщение длиной до 35 символов на три различных алфавитно-цифровых пейджера. Текст и адресаты сообщения программируются индивидуально для каждого из 8 входов (зон) системы.
SentriVoice позволяет дистанционно управлять двумя релейными выходами при помощи DTMF клавиатуры радиостанции с передачей голосового подтверждения о выполнении команды. Может монтироваться в защищенный NEMA корпус с резервным электропитанием.

SentriMax - модель 1550

SentriMax сочетает в себе функции SentriDial и SentriVoice и имеет множество дополнительных возможностей по дистанционному оповещению и управлению. В частности, кроме аналоговых входов и дискретных входов и выходов данное устройство имеет таймеры и счетчики импульсов. SentriMax может оповещать персонал и принимать команды управления как по телефону, так и по радиоканалу. Для обеспечения возможности ручного включения сигнала тревоги на корпусе устройства может монтироваться аварийная кнопка. Устройство поставляется в стеклопластиковом NEMA -4X корпусе со встроенной системой резервного электропитания. В корпусе предусмотрено место для установки обычной или транковой радиостанции, либо сотового телефона.

Примеры применения систем дистанционного управления
и телеметрии в различных отраслях хозяйства.

...В энергетике.

Одним из наиболее уязвимых мест в энергетической отрасли являются линии электропередач. Поиск повреждений и перекоммутация с целью максимального восстановления зоны обслуживания при авариях во многих случаях требует выезда обслуживающего персонала с целью поиска места повреждения. Далеко не всегда удается с первого раза обнаружить поврежденный участок, и аварийной бригаде может понадобиться по нескольку раз объезжать множество подстанций и щитов, на что при неблагоприятных погодных условиях может потребоваться значительное время.

Использование систем дистанционного управления и сбора данных способно значительно ускорить процесс поиска неисправностей в сетях электропередач, а также значительно снизить трудозатраты при их обслуживании. Использование для этой цели телеметрического оборудования с передачей данных по радиоканалу и резервным питанием от аккумуляторов способно гарантировать постоянную работоспособность системы даже при физическом повреждении линий электропередач.

При организации подобной системы в щитах и на подстанциях устанавливаются программируемые логические контроллеры, ко входам которых подсоединяются датчики тока и напряжения, а выходами управляются пускатели. Обмен данными с диспетчерским пунктом обеспечивается при помощи терминала системы SCADA и радиостанции. Электропитание оборудования обеспечивается сетевым блоком питания с буферной аккумуляторной батареей. Незадействованные входы программируемого логического контроллера и терминала могут быть задействованы для выполнения некоторых дополнительных функций, например для подключения датчиков охранной сигнализации.

Рабочее место диспетчера на центральном диспетчерском пункте состоит из персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением, терминала системы SCADA и радиостанции. Периодический опрос показаний приборов на удаленных точках, а также их протоколирование производятся автоматически через заданные периоды времени. При необходимости, диспетчер может в любой момент снять показания с любого из удаленных пунктов, а также выдать команды на подключение или отключение необходимых участков сети. При возникновении неисправностей диспетчер в состоянии проанализировать обстановку и направить ремонтную бригаду к наиболее вероятному месту повреждения. Также, при наличии резервных линий диспетчер в состоянии произвести переключение с целью максимального восстановления обслуживания потребителей.

Использование подобной системы позволяет значительно ускорить процесс поиска неисправностей, а также обеспечивает диспетчера постоянной полной информацией об обстановке в системе. Кроме того, данное решение позволит обслуживать большую територию меньшим количеством персонала.

...В нефтяной и газовой промышленности.

Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, а также трубопроводных сетей является одной из тех отраслей, где несвоевременное получение информации о нештатной ситуации может привести к крайне неприятным последствиям, включающим значительные финансовые потери, повреждение дорогостоящего оборудования и загрязнение окружающей среды. В то же время прокладка надежных проводных линий связи во многих случаях затруднена, а постоянное присутствие персонала на некоторых объектах может оказаться затруднительным. Одним из возможных решений, позволяющих обеспечить надежную связь с удаленными объектами и уменьшить количество необходимого для обслуживания персонала, является использование радиоканала для передачи телеметрической информации и сигналов управления. Данное решение имеет целый ряд существенных преимуществ перед проводными системами. В частности отсутствует необходимость в дорогостоящих работах по прокладке кабелей (которые и сами по себе недешевы) к удаленным объектам. Исключается одно из наиболее уязвимых звеньев, которое может быть легко повреждено, но поиск и устранение повреждений которого связан с значительными сложностями, особенно при неблагоприятных погодных условиях. Кроме того, значительно упрощается оснащение телеметрическим оборудованием мобильных объектов (например передвижных насосных станций или дизель-электростанций).

Типичная система радиотелеметрии и дистанционного управления для использования в данной отрасли состоит из центрального диспетчерского поста, оснащенного персональным компьютером, контроллером и радиостанцией, а также из удаленных контрольных пунктов, расположенных на контролируемых объектах, каждый из которых включает удаленный терминал системы SCADA, радиостанцию и, при необходимости, дополнительные программируемые логические контроллеры (PLC), расширяющие возможности удаленного терминала. Оснащение удаленных контрольных пунктов системами резервного электропитания позволяет гарантировать работоспособность системы даже при перебоях с энергопитанием на удаленном объекте.

При наличии взрывоопасной среды в помещении удаленного объекта аппаратура может быть смонтирована вне помещения в защищенном от погодных воздействий NEMA корпусе, при этом в помещении располагаются только датчики и исполнительные устройства, выполненные во взрывобезопасном исполнении.

В нормальном режиме система функционирует по принципу периодического опроса удаленных контрольных пунктов центральной станцией. Обмен данными происходит по инициативе центральной станции, либо для автоматического обновления информации о состоянии удаленных объектов, либо для дистанционного управления оборудованием объектов.

При возникновении аварийных ситуаций (срабатывание охранной сигнализации, появление сигнала о неисправности оборудования, выход некоторых из контролируемых параметров за пределы безопасных значений, перебои с энергопитанием) удаленный терминал немедленно передает информацию о данном событии на центральный диспетчерский пост, после чего персонал имеет возможность немедленно произвести необходимое вмешательство, используя дистанционное управление.

Использование радиоканала для передачи данных обеспечивает возможность дублирования всех или некоторых функций центрального диспетчерского поста на аварийном транспорте, что позволяет выехавшей аварийной бригаде начать диагностику неисправностей уже по пути к аварийному объекту.

... В коммунальном хозяйстве.

Городское коммунальное хозяйство - одна из отраслей, в которой имеется огромное количество территориально распределенных объектов, требующих установки охранно -пожарной сигнализации и периодического обслуживания установленных на них приборов и счетчиков. Обычно, сигнализация выполняется проводными линиями, а снятие показаний приборов и управление установленным на объектах оборудованием производит персонал, по необходимости посещающий места установки оборудования. Зачастую, для регистрации изменения контролируемых параметров во времени используются самописцы, требующие периодического обслуживания и пополнения расходных материалов.

Использование оборудования беспроводной телеметрии и управления (SCADA) позволяет создать интегрированную диспетчерскую систему, обеспечивающую диспетчеру непрерывный доступ к информации о состоянии обслуживаемых объектов, а также возможность дистанционного управления объектами.

Учитывая то, что существует огромное многообразие возможных комбинаций объектов, в каждом конкретном случае необходима разработка оптимальной конфигурации системы.

Датчики охранно-пожарной сигнализации чердачных, подвальных и служебных помещений, объектов инфраструктуры (либо резервирование существующих проводных линий к ответственным объектам).
Датчики температуры воды, воздуха.
Датчики давления воды, газа.
Датчики тока, напряжения, cos j в электросетях.
Датчики расхода воды, газа.
Показания электронных счетчиков расхода воды, газа, электрической и тепловой энергии.
Данные малых метеостанций и других устройств экологического мониторинга.

Функции управления могут включать в себя управление пускателями, насосами, вентиляторами, освещением и другими устройствами.

В зависимости от территориального расположения объектов, оборудование SCADA может устанавливаться как на каждом объекте индивидуально, так и на группу компактно расположенных объектов, при этом возможна комбинация проводных и радиолиний связи с объектами.

Диспетчер получает информацию о состоянии объектов непосредственно на свое рабочее место, что позволяет исключить излишний дежурный персонал.
Наличие текущей информации о состоянии системы позволяет повысить оперативность реагирования на нештатные ситуации и упростить диагностику повреждений.
Автоматически протоколируются все параметры объектов, без необходимости вмешательства персонала и без потребности в самописцах и расходных материалах для них.