Распределенная информационно- управляющая система поток-С

- задание режимов теплорегулирования (настройка параметров теплорегулятора).

Функции автоматизации   

- контроль ПО верхнего уровня системы нештатных ситуаций в автоматическом режиме

 

4.1.2 Сравнение с существующими аналогами

 

Обзор систем класса ИС и ИУС для автоматизации, мониторинга и управления показал, что в настоящее время идет большой спрос на подобного рода системы в различных областях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства страны. Всвязи с этим, на рынке представлено большое количество систем класса ИС и ИУС. Большинство систем класса ИУС обладают схожими функциональными возможностями. Основные недостатки существующих систем:

• Большой объем работ по адаптации системы к существующей архитектуре объектов (замена большинства аппаратной части оборудования)
• Ограничение на количество распределенных объектов (многие системы позволяют обслуживать не более 100 объектов)
• Высокая стоимость аппаратно-программных ресурсов;

Разработанная в рамках проекта РИУС ПоТок-С, отчасти лишена этих недостатков. Разработанная система ПоТок-С для дистантного мониторинга и управления режимами теплоснабжения объектов отвечает всем требованиями к подобного рода системам, изложенными ранее. Также в системе используется ряд интересных решений и уникальных разработок.

 

4.1.3 Использование продукта

 

Данные продукт, прежде всего, предназначен для использования  в филиале ПТС ОАО “Северо-Западный Телеком”. Однако многие компоненты системы являются универсальными, и система, в целом, может использоваться во многих областях жилищно-коммунального хозяйства. РИУС ПоТок-С может быть легко переконфигурирована для различной топологии объектов в системе; в качестве узлов может быть использовано любое оборудование, поддерживающее соединение по стандартным интерфейсам RS232 или CANBus.

 

4.2 Оценка результатов разработанного ПО контроллера ASK-Lab

 

Разработанное низкоуровневое ПО предназначено для конкретного типа контроллера (ASK-Lab). Выполняя оценку разработанного ПО контроллера, рассматриваются в основном функциональные возможности контроллера ASK-Lab, которые обеспечиваются использованием данного ПО в контроллере.

 

4.2.1 Основные технические характеристики

 

Основные технические  характеристики ПО контроллера ASK-Lab:

• Возможность обращения к 3-м устройствам по одной линии связи (контроллер ASK-Lab, теплосчетчик и теплорегулятор ECL Comfort 300);
• Настройка параметров контроллера;
• Энергонезависимое хранение параметров контроллера;
• Обмен данными с ПК по линии связи (телефонная линия или прямое соединение контроллера и ПК);
• Использование протокола ASK-bus 3.1 в качестве протокола сетевого и транспортного уровня для обмена данными с ПК;
• Обеспечение режима “прозрачности” (поддержка работы программного обеспечения предыдущей версии системы (РИС ПТС-1) для обмена данными с теплосчетчиками)
• Защита данных. Использование алгоритма ГОСТ 28147-89 для кодирования-декодирования команд управления и особо важных данных;
• Считывание данных (параметров) с теплосчетчиков и теплорегулятора ECL Comfort 300;
• Изменения параметров теплорегулятора ECL Comfort 300;
• Управление силовыми устройствами (до 8-и);
• Протоколирование событий;
• Контроль времени выполнения задач.

 

4.2.2 Сравнение с существующими аналогами

 

В настоящее время  существует много различных предложений  контроллеров и встраиваемых компьютеров  таких известных производителей, как Siemens, Advantech, SCADAPack, WAGO, Контар. Продукция большинства этих производителей обладает многофункциональностью, универсальностью, модульностью. Продукция разных производителей имеет свои преимущества и недостатки. Большинство устройств являются универсальными, сочетая в себе большую избыточную функциональность, и как следствие большую стоимость.

В РИУС ПоТок-С требовалось устройство, обеспечивающее возможность работы с 3-мя устройствами по одной линии связи, работы со стандартными 56К модемами и выполняющее функции коммуникации, мониторинга, управления и защиты информации. Разработанное ПО позволило использовать контроллер ASK-Lab в качестве такого устройства. Использование продукции других производителей существенно увеличило бы стоимость устройства, поскольку для реализации требуемых функции потребовалось бы использование нескольких аппаратных модулей и дорогостоящих средств разработки ПО.

 

4.2.3 Использование продукта

 

Основным назначением  разрабатываемого программного продукта (запрограммированного в контроллер ASK-Lab) является обеспечение возможности работы контроллера ASK-Lab в составе РИУС ПоТок-С в качестве основного узла объектов, оснащенных теплорегулирующим оборудованием (теплорегулятор ECL-300 Comfort, датчики и исполнительные механизмы), и выполнение им коммуникационных и управляющих функций.

Разрабатываемый программный  продукт позволяет сделать контроллер ASK-Lab недорогим, надежным и многофункциональным устройством для построения большинства систем коммерческого учета на бытовых и промышленных объектах. Программный продукт разработан на основе мОСРВ А3. В дальнейшем возможно совершенствование данной мОСРВ, добавление новых библиотек функций и драйверов. Конструктор А3 позволяет легко описать структуру ПО под мОСРВ А3, предоставляя простые возможности по модификации ПО. Тем самым, возможна быстрая и простая доработка ПО контроллера для использования в различных применениях, с возможностью построения распределенных систем на его основе, или автономной работы.

Так, например, за время  работы над проектом контроллер ASK-Lab был использован в качестве контроллера системы управления движением автономного робота (некое подобие 4-х колесной тележки), а также основного звена в контуре управления тепловым режимом здания.

 

4.3 Результаты применения системы видеоконтроля

 

В рамках первого этапа  реализации проекта в первом полугодии 2005 г. проводились инженерные эксперименты для проверки ряда новых подходов по обеспечению надежности управляющей подсистемы ПТС-2 в режимах ручного управления исполнительными механизмами с ДПС (с АРМ инженера). Для экспериментов была применена система видео контроля (высокоуровневое ПО для этой системы разработано в рамках дипломной работы), которая находился в одном здании с центральным ДПС. Структурная схема эксперимента представлена на рисунке 4.2.

Оператор подсистемы ПТС-2 с АРМ инженера может контролировать положение вентилей с помощью четырех камер, и таким образом у него появляется возможность контролировать результат собственных действий. Для передачи данных использовался 4-х канальный IP-видео контроллер с вейвлетовским сжатием. 

Для отработки вопросов системной интеграции для передачи изображений использовалась локальная сеть и четыре малогабаритных черно-белых камеры. Принимаемая с видеокамер информация отображалась на виртуальной панели АРМ инженера.

ПО системы видеоконтроля  АРМ инженера обеспечивает широкий спектр возможностей для оператора по управлению, как дистантного управления режимами работы камер, так и режимами отображения видеоинформации на виртуальной панели.

Контроллер ASK-Lab обеспечивает возможность дистантного управления 8 каналами дискретного выхода (подключены силовые устройства). Для визуализации используется видеоизображение текущего состояния исполнительных механизмов.

 При проведении  экспериментов выявилась необходимость  обеспечить должный уровень освещенности  контролируемых зон. Для этого был использован один из каналов управления контроллера ASK-Lab, что обеспечило возможность оператору дистанционно управлять освещением. Возможной альтернативой такому подходу является использование видеокамер со встроенной, либо специально организованной ИК-подсветкой объекта наблюдения.

К настоящему времени  проведен ряд эксперименты как по визуальному контролю за текущими положением задвижек, так и по визуальному  способу съема показаний с  манометров. При этом сжатый видеопоток передавался по 100 Мбитной локальной сети на АРМ инженера, так как эксперимент проводился в теплопункте здания, в котором размещается диспетчерский пункт филиала ПТС ОАО “Северо-Западный Телеком”. При отображении информации с одной контрольной точки оператору представлялась возможность отслеживать ситуацию на объекте в телевизионном режиме, т.е. 25 кадров в секунду.

 

Следует отметить, что  использованный модуль “IP-Видеокамера” использует мультиплицированный видеовход и при необходимости отображения двух и более точек возникают задержки, обусловленные тем, что минимальное время переключения между каналами составляет 250-300 мсек, что соответствующим образом ограничивает качество видео. Таким образом, при передаче команд управления по одному из каналов оказалось целесообразным отслеживать ее выполнение с помощью закрепленной за этим каналом камеры. При необходимости отслеживать ситуацию в 2-х и более контрольных точках разработанное ПО обеспечивало две возможности.

Во-первых, можно сканировать  каналы по очереди с задаваемым оператором периодом переключения каналов, а во-вторых, использовать режим программного квадратора. В этом режиме на виртуальной панели экране отображается от двух до четырех видеопотоков с отображением времени получения последнего кадра с объекта. При расширении этого способа контроля на все объекты архитектура системы несколько усложниться. В этом случае потребуется обеспечить возможность подключения IP-контроллера к сети Интернет, что в условиях ОАО “Северо-Западный Телеком” не составляет проблемы, так как объекты ПТС сами образуют коммуникационную среду мегаполиса. 

Был также выполнен ряд  поддерживающих экспериментов по использованию  модемов для передачи видеоизображений по коммутируемым линиям общего пользования. Как показали проведенные эксперименты, в этом случае в условиях г. Санкт-Петербурга имеется возможность передавать видеоизображение со скоростью 0.5-1 кадр/сек, что обеспечивает возможность контроля по видеоканалу в реальном времени. 

Фактически, проведенные  эксперименты продемонстрировали состоятельность подобного подхода, и открывают дорогу к широкому использованию визуального способа контроля за состоянием объекта управления в РИУС, реализованных на коммутируемых линиях общего пользования. Одним из дополнительных аргументов в пользу предлагаемого решения является тот факт, что в связи с бурным развитием цифровых технологий в настоящее время аппаратная составляющая такого рода систем в настоящее время стремительно дешевеет.

В настоящее время  этот компонент системы передан  в опытную эксплуатацию в филиал ПТС ОАО “Северо-Западный Телеком”.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Начавшаяся вторая волна  цифровой революции привела к  резкому сокращению сроков морального старения, как приборов учета, так  и телекоммуникационного оборудования. Из-за того, что использование новой  элементной базы является экономично более выгодным, при запуске новых образцов, производители, как правило, прекращают выпускать изделия старых моделей. В системах учета и автоматизации, в которых имеется большое число объектов, замена всего оборудования представляет собой весьма проблематичную задачу, из-за большого объема работ и высокой стоимости. С точки зрения системной интеграции это обстоятельство приводит к необходимости обеспечения возможности замены аппаратных средств без коренной модернизации, что и обеспечивается использованием контроллеров и программного обеспечения собственной разработки, при условии, что может быть обеспечено их сопровождение на всем жизненном цикле. 

В настоящее время  существуют разные подходы к выбору аппаратного и программного обеспечения нижнего уровня для систем промышленной автоматизации, диспетчерского мониторинга и контроля. Есть примеры использования как готовых ПЛК [5], так и разработки собственных контроллеров [4], [6], [7]. Разработка уникальных контроллеров и программного обеспечения для них обеспечивает требуемую гибкость проекта, что является необходимым условием при реализации пилотных проектов и обеспечивает возможность эффективной поддержки системы за счет унификации ряда решений в коммуникационной составляющей систем. 

Верификация разработанного ПО и работоспособности всей системы  осуществлялась на протяжении отопительного  сезона 2004-2005 посредством параллельной работы с комплексами Аструм и  Кливер. При этом представляется важным подчеркнуть, что полученные с этих комплексов учетные данные использовались в качестве эталонных, что позволило существенно сократить время отладки и, соответственно, снизить стоимость разработки ПО.

Разработанное ПО (низкоуровневое ПО контроллера ASK-Lab и высокоуровневое ПО системы видеоконтроля), рассматриваемое в рамках всего проекта в целом, позволило выполнить ряд особо важных функций по переводу существующей РИС ПТС-1 в разряд РИУС (ПоТок-С). Предложенные решения имеют универсальный характер и легко масштабируются для аналогичных применений в предприятиях жилищно-коммунального хозяйства, крупных компаниях с сетевой структурой. РИУС ПоТок-С отвечает всем требованиям к системам дистанционного мониторинга и управления [5], и имеет ряд интересных решений, таких как использование системы видеоконтроля на объектах (контроль действий оператора при выполнении им функций управления, визуальный мониторинг состояния объекта), применение алгоритмов шифрации при обмене конфиденциальной информацией и д.р.

В настоящее время  РИУС ПоТок-С передан в опытно-промышленную эксплуатацию в диспетчерский центр АУЭ филиала ПТC ОАО “Северо-Западный Телеком”. При этом к системе подключено около сотни станций, из которых 10 оснащены автономными узлами регулирования, оборудованных контроллерами ASK-Lab. Одна станция оборудована системой видеоконтроля. На 2006 год запланировано подключение к этой подсистеме еще 14 узлов с автономным регулированием, и последующей установкой на всех таких узлах системы видеоконтроля.

Результаты работы были представлены на первый европейский конкурс студенческих работ ESPC-2005, проводимый под эгидой ISA (21.05.2005, Корк, Ирландия) и удостоены Золотой медали. Демонстрационный показ работы РИУС ПоТок-С представителям ГК ОАО “Ленэнерго” получил положительный отзыв. 12.12.2005 был подписан акт внедрения системы ПоТок-С. В настоящее время по результатам выполненной работы готовится серия публикаций с целью популяризации полученного при разработке опыта.