Организация оперативного сбора,
хранения и передачи технологических данных современными
средствами электроавтоматики
А.В. Афанасьев,
инженер, магистрант, afestos@gmail.com,
Н.В. Козак,,
в.н.с., к.т.н., kozak@ncsystems.ru,
ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г. Москва
В статье рассматриваются
особенности использования оборудования автоматизации для удаленного сбора, передачи
и хранения технологических данных. В работе используется оборудование отечественного
производства. Выявлены преимущества использования беспроводных технологий для
передачи данных на производстве.
At present article considered basic features of using automation
equipment to remote acquisition, transmitting and safekeeping of technological
data. There were used blighty produced equipment. There were identified advantages
of using wireless techologies for transmitting data at productionю.
Введение
Целью данной работы[1]
ставилось исследование принципов работы устройств удаленного сбора, передачи и
хранения технологических данных, а также моделирование возможных случаев их
интеграции в состав систем управления.
На сегодняшний день основной
тенденцией в автоматизации технологических процессов является применение
распределенных систем управления и сбора данных. Системы сбора данных
применяются в научных исследованиях, управлении производственными процессами,
мониторинге в промышленности, медицине и других областях деятельности человека.
Такие системы могут применяться в реальном времени для наблюдения за различными
технологическими процессами, идентификации аварийных и исключительных ситуаций
в системах управления производством, а также для архивирования данных, когда их
сбор и обработка разделены неопределенным интервалом времени [1].
Сохранение технологических
данных в архивирующих системах и системах реального времени (СРВ) производится
различными способами. В СРВ данные записываются в кольцевой буфер в течение
некоторого заданного времени, по истечении которого перезаписываются вновь
поступившими. Архивирующие системы используют для хранения информации
накопители большой емкости, и обработка данных ведется только после завершения
процедуры их сбора.
Основная часть
Дистанционный сбор данных с
приборов автоматизации предоставляет разработчикам систем АСУТП такие преимущества,
как удобство и скорость получения информации с объектов управления.
Система сбора данных может
быть распределенной. В этом случае
устройства сбора, временного хранения и передачи технологической информации
находятся на большом удалении друг от друга, с нахождением непосредственно на
объекте сбора данных. Полученные данные сходятся к единому накопителю и
обработчику информации посредством сетевых технологий.
Применение распределенных
систем управления и сбора данных позволяет:
· значительно сократить затраты на кабельные
коммуникации, идущие к датчикам;
· приблизить мощность современных вычислительных средств
к объекту управления;
· повысить живучесть всей системы, легко заменять
отказавшие элементы, дублировать критически важные узлы;
· использовать принцип модульности, делая отдельные элементы
и узлы системы относительно независимыми и автономными;
· вводить в строй не всю систему сразу, а поэтапно;
· снизить расходы на модернизацию системы, быстрое
расширение и наращивание возможностей;
· быстро интегрировать вновь создаваемые системы в общую
информационную сеть предприятия.
Наиболее востребованным и
доступным среди беспроводных технологий в распределенных системах сбора данных является
сбор данных с помощью GSM сетей, основным плюсом которых является построение
связи на базе уже существующих сотовых сетей, покрывающих большую территорию.
Большая часть сущеcтвующиx систем с
использованием GSM сетей для передачи данных работают в режиме модемного
соединения двух узлов, с передачей данных в режиме CSD (Circuit Switched Data).
Режим CSD является надежным способом передачи данных, но экономически
невыгодным, поскольку тарифицируется повременно, а не по количеству переданной
информации, как в GPRS. Также с учетом современного развития мобильных
технологий и увеличения скоростей передачи данных в GPRS, использование режима CSD заметно ослабит
технические возможности системы удаленного сбора и передачи данных.
Передача данных в GPRS
позволяет создавать распределенные сети, где возможна работа одновременно с несколькими
модемами сети, причем в таком случае требуется установка сервера.
В работе использовалось
следующие типы оборудования (см. рис.
1):
·
GSM/GPRS модем
ОВЕН ПМ01.
·
Программируемый
логический контроллер ОВЕН ПЛК304.
·
Модуль
ввода-вывода дискретных сигналов МК110-8Д.4Р.
·
Модуль
скоростного ввода аналоговых сигналов МВ110-8АС.
Модем предназначен для
удаленного обмена данными через беспроводные системы связи стандарта GSM с
оборудованием, оснащенным последовательными интерфейсами связи RS232 или RS485.
Устройство имеет встроенную защиту от зависания – автоматическая перезагрузка и
поддерживает два варианта напряжения питания: 24В постоянного тока и 220В
переменного. Использование модема наиболее целесообразно в таких областях, как:
o Системы сбора данных, диспетчеризации и управления.
o Удаленный контроль датчиков и различного оборудования,
оснащенными последовательными интерфейсами.
o Дистанционные измерения.
o Доступ в Интернет.
Используемые модули
ввода/вывода предназначены для преобразования измеряемых аналоговых сигналов в
цифровой код и передачи результатов измерения в сеть RS-485. Модули применяются
построения автоматизированных систем сбора данных в различных областях
промышленности, а также для управления по сигналам из сети RS-485 встроенными
дискретными выходными элементами, используемыми для подключения исполнительных
механизмов с дискретным управлением.
рис. 1 Общая
схема подключения оборудования
На Рис. 1 представлена система сбора данных, построенная на
базе персонального компьютера. Такой способ построения системы позволяет
собирать, хранить и обрабатывать технологические данные в одном месте, в том
числе с использованием прикладного программного обеcпечения (CoDeSys).
Система сбора данных может
быть построена и без использования персонального компьютера, как показано на Рис. 2. Такие варианты целесообразно использовать в задачах,
не требующих высокой производительности системы или незамедлительной обработки
собранных данных.
Устройство МСД-100
применяеися для получения и архивирования данных. Оно осуществляет опрос или прослушивание
приборов, устройств ввода/вывода, контроллеров, позволяющих передавать данные
по протоколу RS-485 производства компании ОВЕН,
а также для получения данных с приборов и ПЛК других производителей.
Устройство позволяет
опрашивать до 64 точек измерения с сохранением архивов на внешний носитель. В
свою очередь каждая точка может опрашиваться по одному из протоколов передачи
данных: ОВЕН, Modbus RTU/ASCII. Данные могут записываться по времени (в
статическом режиме), при отклонении какой-либо величины от установленного
значения (динамический режим) или при наступлении аварийной ситуации.
Персональный компьютер используется в данных заданиях для настройки параметров
работы модуля сбора данных.
рис. 2 Общая
схема подключения оборудования
Выводы
В ходе работы были определены
преимущества, как каждого используемого прибора автоматизации, так и организованной
с их помощью информационной вычислительной системы. Основные функции системы это:
-
получение данных
с приборов учета удаленно, в режиме он-лайн;
-
оперативная
запись, хранение и анализ полученной информации различными режимами;
-
возможность
записи заархивированных данных на внешних носителях;
-
своевременное
оповещение о выходе из строя технологического оборудования.
Разработана схема интеграции
данного оборудования в состав открытой архитектуры отечественной системы ЧПУ на
основе протокола Modbus RTU.
Литература
1.
Денисенко В.В.
Рапределенные системы сбора данных RealLab!
/ Электронные компоненты, 2007, №4, стр. 1-6
2.
Мартинов Г. М.,
Мартинова Л. И. - Современные тенденции в области числового программного управления
станочными комплексами // СТИН. 2010. №7. C. 7-10.
3.
Мартинов Г. М.
Современные тенденции развития компьютерных систем управления технологического
оборудования // Вестник МГТУ
"Станкин". 2010. №1. C. 74–79.
4.
Официальный сайт
компании «ОВЕН» – http://www.owen.ru
5. Официальный сайт компании 3S - Smart Software Solutions GmbH – http://www.3s-software.com