Распределенная информационно- управляющая система поток-С

Государственный Университет  Аэрокосмического Приборостроения 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дипломная работа

РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА  ПОТОК-С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель: к.т.н., начальник СКБ ГУАП  Астапкович А. М.

Студент:  Рочев М.С.

 

Содержание

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ…………………………………………………………………3

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………….……4

 

1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ПАТЕНТОВ…………….…….…….6

1.1 Обзор систем  мониторинга и управления распределенными  объектами ……….…....6

1.2 Обзор контроллеров и встраиваемых компьютеров ……………………………………..21

  

2  ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ…………………………………………………………………………40

2.1 Описание проблематики……………………………………………………………………40

2.2 Общие требования  к системам класса ИУС (СДМУ)…………………………………….41

2.3 Особенности построения  и концепция РИУС ПоТок-С………………………………….43

2.4 Требования к программному  обеспечению системы……………………………………..46

 

3  РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО  ОБЕСПЕЧЕНИЯ…………………………………….……..48

3.1 Низкоуровневое ПО  контроллера ASK-Lab……………………….……………………...48

3.2 Высокоуровневое ПО  системы видеоконтроля……………….………………………….68

 

4  ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗРАБОТКИ…………………………………………….…….......76

4.1 Оценка результатов разработанной системы…………………………………………….76

4.2 Оценка результатов разработанного ПО контроллера ASK-Lab……………………….78

4.3 Результаты применения системы видеоконтроля ……………………………….………80

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………...….83

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………….……………………………..85

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

ПТК   – программно-технический комплекс;

АПК   – аппаратно-программный комплекс;

ИС   – информационная система;

ИИС   – информационно-измерительная система;

ИУС   – информационно-управляющая система;

РИУС  – распределенная информационно-управляющая система;

ПК   – персональный компьютер;

КИП   – контрольно-измерительный прибор;

УСО  – устройствами связи с объектом;

АСУТП  – автоматическая система управления технологическим процессом;

ЭЦРТ   – Электронный Цифровой Регулятор Температуры;

ТК   – технологический контроллер;

СДМУ  – система дистанционного мониторинга и управления;

ББП   – блок бесперебойного питания;

«ГТС»  – «Городские Тепловые Сети»;

ПД   – пульт диспетчера;

АРМ   – автоматизированные рабочие места;

АТС   – автоматическая телефонная станция;

ДПС   – диспетчерский пункт системы;

АУЭ  – автоматизированный учет энергии;

ЖК   – жидкокристаллический;

ПО   – программное обеспечение;

СУБД  – система управления базой данных;

ОСРВ  – операционная система реального времени;

мОСРВ  – микрооперационная система реального времени;

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве страны имеется огромное количество таких объектов, как котельные, теплопункты, канализационные насосные станции, водоподкачивающие станции и т.п. Функциональные обязанности персонала подобных объектов (часто малоквалифицированного) сводятся, как правило, к наблюдению за работой агрегатов и механизмов и простейшим функциям управления (включение/выключение оборудования в заданные моменты времени и т. п.). Для устранения возникших нештатных ситуаций или аварий обслуживающий персонал вынужден вызывать квалифицированных специалистов. Для обеспечения работы таких объектов требуется большая численность персонала, и в целом, весь комплекс эксплуатационных и противоаварийных мероприятий является дорогостоящим.

Современный уровень развития вычислительной техники и средств связи позволяет перевести большинство подобных объектов на автоматический режим работы с предоставлением возможности дистанционного мониторинга и управления сетью объектов с единых диспетчерских пунктов [13]. Такой подход приводит к снижению затрат на эксплуатацию объектов, позволяет сократить численность их персонала при одновременном существенном улучшении качества обслуживания, решении задачи автоматизированного учета и оптимизации управления технологическими процессами. Получение объективной информации позволяет реально оценивать истинное состояние объектов и их оборудования, что обеспечивает принятие обоснованных решений для планирования opганизационно-технических мероприятий.

Реформа ЖКХ, проводимая в России, делает чрезвычайно актуальной проблематику, связанную с распределенными информационно-управляющими системами, предназначенными для управления системами жизнеобеспечения объектов городского хозяйства. В России работы по созданию экспериментальных систем такого рода ведутся на протяжении последних десяти лет. Толчком к их развитию послужило принятие в 1996 году закона РФ “Об энергосбережении”.

Анализ сложившейся  ситуации к началу работ по созданию коммерческих систем учета был выполнен в работах [1], [2]. В этих работах рассмотрена специфика и системные аспекты создания чисто информационных систем.

Дипломная работа посвящена  описанию опыта создания распределенной информационно-управляющей системы  ПоТок-С для филиала ПТС ОАО  “Северо-Западный Телеком”, которая в настоящее время сдана в опытную эксплуатацию. Следует сказать, что ОАО “Северо-Западный Телеком” была одной из первых организаций в России, в которой в 1996 году начались работы по использованию систем для мониторинга режимов теплоснабжения и коммерческого учета потребления тепла сооружениями этой организации. Сложившаяся инфраструктура позволила в рамках выполнения этого проекта провести ряд исследований и демонстрационных экспериментов, результаты которых представляют интерес для системных интеграторов подобного рода проектов, а также для целого ряда смежных областей.

 

1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ И ПАТЕНТОВ

1.1 Обзор систем мониторинга и  управления распределенными объектами

Научно-библиографический  поиск проводился для обзора современных идей, методов и примеров практического построения информационных и информационно-управляющих систем для диспетчерского контроля и управления распределенными объектами. Поиск вёлся по следующим источникам: журнал «Датчики и системы», журнал «Энергосбережение», журнал «Системная интеграция», труды конференции «Коммерческий учет энергоносителей», журнал «Системы Технологической автоматизации», материалы сайтов www.rtservice.ru, www.logika.spb.ru за период с 2000 по 2005 год.

 

1. “КРУГ-2000”

 

В работе [3] приведено описание программно-технического комплекса серии "Круг-2000", предназначенного для автоматизированных систем учета и диспетчеризации отпускаемой или потребляемой тепловой энергии ("Круг-2000/Т"), а также добываемого, перерабатываемого, транспортируемого и потребляемого газа и его компонентов ("Круг-2000/Г"). Дано описание преимуществ, функций, типовой структуры комплекса, приведены технические характеристики и данные об опыте внедрения.

 

Преимущества, отличительные особенности

• ПТК серии "Круг-2000" сертифицированы, занесены в Гос-реестр средств измерений и имеют свидетельства об утверждении типа;
• высокая точность расчета энергоносителей;
• быстрая адаптация учета к изменяющемуся гидравлическому режиму контролируемых сред;
• широкий динамический диапазон измерения расхода;
• возможность проведения метрологической поверки отдельных измерительных каналов системы в рабочем состоянии, без останова всей системы в целом;
• широкий спектр и масштабируемость выполняемых задач вследствие модульного принципа построения программного обеспечения и однородных технических средств;
• минимизация затрат при монтаже системы и ее дальнейшем развитии за счет возможности ее поэтапного ввода в эксплуатацию, что обеспечивается модульным принципом построения ПТК и его распределенной архитектурой;
• снижение издержек на эксплуатацию системы вследствие применения однородных программных и технических средств.

 

Функции

Коммерческий и технический  учет энергоносителей:

• измерение аналоговых электрических сигналов от устройств нижнего уровня и преобразование их в эквивалентное значение физической величины;
• автоматическое переключение диапазонов измерения составных измерительных каналов;
• прием цифровой информации от интеллектуальных датчиков по интерфейсам  RS-232, RS-48S и Ethernet, Radio Ethernet.
• вычисление теплофизических параметров теплоносителя;
• вычисление расхода теплоносителя, природного газа и его компонентов в рабочих и нормальных условиях в трубопроводе или узлах учета любой конфигурации методом переменного перепада давлений в соответствии с ГОСТ 8.563.2 или методом измерения по скорости в одной точке сечения трубы в соответствии с ГОСТ 8.361;
• автоматическое определение фазы теплоносителя (воды, перегретого или насыщенного пара) в узлах учета с нестабильным состоянием измеряемой среды;
• вычисление массы и объема теплоносителя, природного газа и его компонентов;
• вычисление тепловой энергии, отпускаемой или потребляемой с теплоносителем;
• восстановление учетных данных за время простоя системы;
• формирование и вывод на печать отчетных ведомостей в форме, регламентированной "Правилами учета тепловой энергии и теплоносителя", а также в произвольной форме, задаваемой самим пользователем.

Регулирование, контроль и управление технологическим  оборудованием:

• контроль, дистанционное управление и регулирование по известным законам (ПИ, ПД, ПИД) исполнительными механизмами;
• реализация противоаварийных защит и блокировок технологического оборудования;
• охранная сигнализация, контроль загазованности и поддержка других функций жизнеобеспечения технологических помещений.

 

Взаимодействие  с обслуживающим персоналом:

• визуализация на экранах мониторов операторских станций общих мнемосхем с динамической индикацией выведенных на них измеряемых и вычисляемых параметров в цифровом, табличном виде или в виде графиков изменения во времени (трендов);
• ввод в режиме реального времени исходных данных для учета (договорные значения, коэффициенты и т. п.);
• ведение протокола событий системы;
• формирование световой и звуковой сигнализации при выходе текущих значений параметров за регламентируемые границы, а также при других нештатных ситуациях (обрыв связи, выход из строя отдельного модуля и т.п.); 
• архивация информации (тренды, отчетные ведомости, протокол событий) на магнитооптический диск, на CDR/RW-диск и на жесткий диск ПК;
• удаленное проведение работ по сервисному обслуживанию абонентов сети системы (удаленное программирование, работа с файловыми операциями, вызов удаленного терминала);
• предоставление информации пользователям сети предприятия посредством программного обеспечения "WEB-Контроль";
• передача/прием данных в сторонние системы посредством файл-сервера и ОРС технологий.

 

Архитектура

В общем случае автоматизированная система учета энергоресурсов на базе ПТК серии "Круг-2000" представляет собой многоуровневую систему распределенного типа, интегрированную в сеть предприятия. Типовая структурная схема такой системы показана на рисунке 1.1.

Нижний уровень — условно уровень КИП, может быть представлен любыми устройствами, обладающими выходными аналоговыми сигналами по ГОСТ 26.011 и ГОСТ 6651 или имеющих стандартные интерфейсы RS-232, RS-485 или Ethernet. Такими устройствами могут быть датчики температуры, давления и разности давлений, газовые анализаторы и хроматографы, плотномеры, измерители влажности. Кроме того, в устройства нижнего уровня могут входить различные типы исполнительных механизмов, обладающие входными/выходными дискретными сигналами, электрозадвижки, клапаны, насосное оборудование, датчики загазованности и т. д.

Средний уровень представлен микропроцессорными контроллерами и/или устройствами связи с объектом (УСО), которые представляют собой совокупность измерительных модулей ввода/вывода сигналов нижнего уровня. УСО размещаются непосредственно вблизи объекта автоматизации (узла учета), и выдают управляющие сигналы на исполнительные механизмы, собирают информацию с датчиков и устройств нижнего уровня, после чего в цифровом формате передают ее в контроллер. Полученные данные обрабатываются в контроллере, где осуществляется вычисление тепло-физических и количественных параметров энергоносителя, а также реализуются алгоритмы управления исполнительными механизмами.

Верхний уровень  — условно операторский, в общем случае выполнен с использованием архитектуры клиент-сервер и может быть представлен серверами станций оператора-архивирования, станциями оператора-клиентами (СА, СО), станцией инжиниринга и станцией Web-контроля.

Серверы станции  оператора-архивирования, обычно выполненные по схеме 100 % "горячего" резервирования и зеркализации, осуществляют ведение сервера базы данных в режиме реального времени, хранение и заданную обработку данных, поступающих с контроллера.

Станции оператора-клиенты не имеют своего сервера базы данных и предназначены для визуализации данных с сервера станции оператора-архивирования, обеспечивают оперативный контроль и диспетчеризацию отпускаемого или потребляемого энергоносителя, а также дистанционное управление исполнительными механизмами и технологическим процессом в целом.

Станция инжиниринга и станция Web-Контроля реализуют функции удаленного доступа к абонентам системы.

Технические характеристики ПТК