АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ГРАЖДАНСКОГО И ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Автоматизированная система управления объектами гражданского и промышленного назначения относится к устройствам телемеханики. Может найти применение в тех областях, где требуется оперативный учет энергоресурсов, тепла, воды и т.д. в качестве автономной системы управления или в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Известны автоматизированные системы управления технологическим процессом, включающие, как правило, единую систему операторского управления и средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, в виде датчиков, контроллеров, исполнительных устройств, объединенных для информационной связи промышленной сетью. Например, патент РФ №38971, G05B 15/00, система контроля и управления инженерными системами объекта, содержащая центральную станцию мониторинга, связанную с мастер-контроллерами, оконечные контроллеры, подключенные к шине обмена и снабженные средствами для подключения к инженерным системам объекта.
Известен комплекс программно-аппаратных средств автоматизации, диагностирования и контроля устройств и управления технологическими процессами (Патент РФ №61438, G05B 15/00), который содержит объединенные через локальную вычислительную сеть Ethernet рабочие станции, автоматизированные рабочие места и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин, а также объединенные через Ethernet контроллеры на базе промышленных компьютеров, предназначенные для сбора и обработки информации от контролируемых устройств через функциональные модули ввода, решения диагностических задач, выдачи управляющих команд функциональным модулям вывода. Но не все известные системы позволяют работать в режиме реального времени.
Наиболее близким к заявляемому по конструктивным признакам и поставленной цели является устройство по патенту РФ №66836, которое относится к гибко настраиваемым системам для контроля и управления удаленными объектами, и содержит аналоговые датчики, соединенные с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с микроконтроллером, дискретные датчики, блоки приема-передачи данных, соединенные между собой беспроводной связью, причем один из них, кроме того, соединен с микроконтроллером, а второй - с центром управления объектом, цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с микроконтроллером, и исполнительные устройства. Для сопряжения с объектом управления используется микроконтроллер с модулями расширения различными для каждого типа сигналов. Известная система обладают несколькими существенными недостатками:
1. При наличии на объекте контроля и управления большого количества различных датчиков возникает необходимость в большом разнообразии типов модулей ввода-вывода, кроме того, возникают трудности в прокладке большого количества контрольных проводов от датчиков к контроллерам.
2. Невозможно объединить аналоговые, дискретные, цифровые и импульсные датчики в одну сеть без применения специализированных контроллеров разных для различных сигналов и интерфейсов.
3. Затруднена работа с не стандартными датчиками с цифровым интерфейсом (например, счетчик воды UFM 005) в единой сети с другими приборами с цифровым интерфейсом (например счетчик электроэнергии ABB А1700)
В результате, известное устройство обладает малой оперативностью управления и контроля состоянием технологического объекта.
Предлагаемое решение позволит решить задачу повышения оперативности процесса и надежности работы системы, обеспечит работу в реальном времени.
Техническим результатом является получение данных о состоянии контролируемого объекта в реальном времени и упрощение конструкции системы.
Технический результат достигается за счет того, что, известная автоматизированная система контроля и управления состоянием промышленных и гражданских объектов, включающая объединенные через локальную вычислительную сеть дискретные, аналоговые датчики объектов контроля, преобразователи сигналов, устройство сопряжения сигналов с объектом управления, исполнительные устройства, согласно предлагаемому решению дополнительно содержит цифровые датчики контролируемых устройств, а устройство сопряжения сигналов с объектом управления соединено с шиной сети Profinet, напрямую подключено к датчикам и исполнительным устройствам и снабжено базой данных алгоритмов взаимодействия датчиков с устройством сопряжения.
Задача решается за счет применения устройства сопряжения сигналов с объектом управления, оснащенного интерфейсом PROFINET и базой данных алгоритмов взаимодействия датчиков со стандартными протоколами обмена и интерфейсами, находящихся в его постоянной памяти. Для любого типа датчиков (цифровых, аналоговых, дискретных, импульсных) используется один и тот же тип устройства сопряжения сигналов. Одно устройство сопряжения сигналов позволяет подключить аналоговый датчик, импульсный датчик, датчик дискретных и цифровых сигналов. Различные датчики подключаются к "своим" входам на устройстве сопряжения сигналов. В отличие от прототипа устройство сопряжения сигналов с объектом управления не несет в себе никаких логических и математических алгоритмов управления, оно содержит лишь базу драйверов и протоколов различных устройств, подключаемых к соответствующим входам устройства сопряжения сигналов, чем достигается высокая надежность устройства и скорость выполнения процесса контроля и управления.
Т.к. для Profinet, характерна высокая скорость, а также детерминированность во времени (ответ <20 мс) обмен данными между устройством сопряжения и пользователем или другими системами происходит в режиме жесткого реального времени, что позволяет получить релевантный отклик на управляющее воздействие, а также доставлять полученные параметры в определенный (<20 мс на один пакет) промежуток времени, что позволяет оперативно реагировать на изменения состояния объекта управления и передавать управляющие сигналы в режиме реального времени
На фиг.1 приведен пример структурной схемы рабочей модели; фиг.2 - схема устройства сопряжения сигналов с объектом управления.
Структурная схема системы (фиг.1) включает: счетчик электрической энергии 1 (счетчик А1700, цифровой выход), счетчик электрической энергии 2 (счетчик А1700, дискретный выход), аналоговый датчик 3, дискретный датчик 4, устройство сопряжения сигналов 5, для объединения всех приборов в единую промышленную сеть применен PN коммутатор 6, контроллер (PLC) 7, прибор учета воды 8, удаленный сервер Устройство сопряжения сигналов с объектом управления (фиг.2) выполнено на базе CPU 1, содержащего в своем составе модуль сетевого интерфейса PROFINET 2 для обеспечения единого сетевого интерфейса приборов контроля и учета на объекте управления, аналого-цифровой преобразователь AI 3 и ввод для подключения аналоговых датчиков, входы дискретных сигналов DI 4 для подключения датчиков дискретных сигналов, быстродействующие входы дискретных сигналов PULS 5 для дискретных датчиков, шину стандартизированных протоколов D_BUS 6 для подключения цифровых интерфейсов измерительных приборов, шину RS232 7 для программирующего устройства, выходы дискретных сигналов DO 8 для передачи управляющих сигналов к исполнительным устройствам, шину параметрирования устройства сопряжения сигналов PROG_BUS 9 для обновления баз данных прибора. Функция устройства сопряжения состоит в том, чтобы получить данные с подключенного прибора и передать их на верхний уровень по протоколу Profinet, либо передать управляющее воздействие с верхнего уровня на объект управления. Благодаря малым размерам устройства сопряжения сигналов имеется возможность их установки непосредственно на измерительные датчики и устройства, наделяя их новыми для них свойствами Profinet-устройств.
Устройство работает следующим образом.
Протокол Profinet в устройстве сопряжения с объектом управления реализован с помощью драйвера, а управление интерфейсами осуществляет операционная система реального времени.
После включения питания устройств 1 - счетчик электроэнергии, либо 8 - счетчик воды и устройства сопряжения 5, устройство сопряжения 5 определяет по изменяющимся уровням сигнала на шине D_BUS наличие подключения счетчика 1(8). Затем устройство сопряжения 5 выбирает один из алгоритмов взаимодействия из заложенной базы данных, отправляет запросы счетчику 1(8) и ждет ответ. После получения ответа, сверяет его со своей базой на верность и, если ответ верный выбирает соответствующий алгоритм взаимодействия. Если ответ не совпадает с заложенным в базу устройства сопряжения 5, алгоритм пропускается и выбирается следующий. После перебора всей базы данных, цикл запросов повторяется снова и может повторяться какое-то заданное количество раз, после чего считается, что алгоритма в базе устройства сопряжения 5 нет. Для возобновления цикла запросов необходимо выключить и включить снова оба устройства.
Подключение датчиков аналоговых 3, и дискретных 4 сигналов производится к заранее запрограммированным входам аналоговых AI и дискретных DI сигналов. Программирование производится с помощью WEB-интерфейса с указанием параметров сигнала. Аналогично происходит подключение импульсных датчиков 2.
После определения типов датчиков (счетчиков) и параметров сигналов, устройство сопряжения 5, транслирует данные на верхний уровень по протоколу Profinet на компьютер 9 или на PLC 7. Коммутатор 6 служит для организации сети Profinet.
Наличие шины PROFINET позволяет при помощи устройства сопряжения сигналов строить на базе любых типов датчиков сети по аналогии с СКС, любой сложности и любой конфигурации.
Устройство сопряжения с объектом управления решает проблему не детерминированности, значительно увеличивает скорость передачи за счет подключения непосредственно к контролируемому устройству, обладает универсальностью (имеет несколько различных интерфейсов), а так же обладает простотой подключения и настройки, благодаря автоматической системе распознавания подключенных устройств.