Система диспетчеризации удаленных объектов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ(71) Заявитель Матвеев Сергей Анатольевич(72) Автор Матвеев Сергей Анатольевич(73) Патентообладатель Матвеев Сергей Анатольевич(57) 1. Система диспетчеризации удаленных объектов, содержащая технологическое оборудование, рабочее место оператора в виде поста телемеханики и диспетчеризации, совокупность датчиков, устройство включения-выключения технологического оборудования, а также контроллер, входы которого соединены с совокупностью датчиков, а выход приемопередающим устройством связан с постом телемеханики и диспетчеризации, причем технологическое оборудование подключено к сети, отличающаяся тем, что узлы, элементы системы скомпонованы в блок, выполненный с возможностью подключения питающих линий и оснащенный для соединения блоков между собой в общую информационную сеть, а система образована группой блоков, при этом группа содержит, по меньшей мере,два блока, и образована из универсальных блоков, либо из диспетчерских и исполнительных блоков, либо из универсальных, диспетчерских и исполнительных блоков, при этом универсальный блок оборудован логическим модулем, шиной входных сигналов и шиной выходных сигналов, защитно-разъединительным устройством с контактными зажимами для подключения питающих линий, блоком питания, оснащенным трансформатором и выпрямителем со сглаживающим фильтром, а каждая из питающих линий оборудована устройством для ее подключения и защиты, блок питания через набор контактных зажимов соединен с логическим модулем и с элементами, подключенными к шине входных и к шине выходных сигналов, логический модуль содержит либо контроллер, либо микропроцессор с оперативным запоминающим устройством и с постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством и связан с группой датчиков входной информации и 76362011.10.30 органами ручного управления, выходы которых соединены через шину входных сигналов с входами логического модуля, а через шину выходных сигналов логический модуль подключен к исполнительным устройствам коммутации и регулирования и набору органов сигнализации и оповещения, блок также содержит приемопередающее устройство, которое подключено своими входными линиями к шине выходных сигналов, а выходными линиями - к шине входных сигналов, соединенной линией обратной связи с исполнительным аппаратом коммутации и регулирования, диспетчерский блок оборудован логическим модулем, шиной входных сигналов и шиной выходных сигналов, защитно-разъединительным устройством с контактными зажимами для подключения питающих линий, блоком питания, оснащенным трансформатором и выпрямителем со сглаживающим фильтром, а каждая из питающих линий оборудована устройством для подключения и защиты, блок питания соединен через набор контактных зажимов с логическим модулем и с элементами, подключенными к шине входных и к шине выходных сигналов, логический модуль содержит либо контроллер, либо микропроцессор с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством и оборудован органами ручного управления, подключенными к шине входных сигналов, а через шину выходных сигналов логический модуль подключен к устройствам сигнализации и оповещения, система также содержит приемопередающее устройство, которое подключено своими входными линиями к шине выходных сигналов, а выходными линиями - к шине входных сигналов, а исполнительный блок оборудован логическим модулем, шиной входных сигналов и шиной выходных сигналов, защитно-разъединительным устройством с контактными зажимами для подключения питающих линий, блоком питания, оснащенным трансформатором и выпрямителем со сглаживающим фильтром, а каждая из питающих линий оборудована устройством для ее подключения и защиты, блок питания соединен с логическим модулем и с элементами, подключенными к шине входных и к шине выходных сигналов, логический модуль содержит либо контроллер, либо микропроцессор с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством и связан с группой датчиков входной информации,выходы которых соединены через шину входных сигналов с входами логического модуля,а через шину выходных сигналов логический модуль подключен к устройствам коммутации и регулирования, система также содержит приемопередающее устройство, которое подключено своими входными линиями к шине выходных сигналов, а выходными линиями - к шине входных сигналов, соединенной линиями обратной связи с исполнительными аппаратами коммутации и регулирования. 2. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что блок оснащен ограничителем импульсных перенапряжений и устройством подключения к автономному источнику питания. 3. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что блок оснащен ограничителем импульсных перенапряжений и устройством подключения к резервному источнику питания. 4. Система диспетчеризации удаленных объектов по любому из пп. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что блок оборудован устройством автоматического выбора источника питания. 5. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что к шине входных сигналов подключены источники входной информации, выполненные в виде или группы контактов, или ключа, или потенциометра, или регулятора, или источника тока, или источника напряжения, или набора сенсоров панели операторов, или стандартного порта передачи данных, или линии обратной связи исполнительного аппарата,или совокупности этих источников. 6. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что к шине выходных сигналов подключены исполнительные устройства в виде панели оператора, или светосигнальной арматуры, или звукового извещателя, или жидкокристалличе 2 76362011.10.30 ской панели, или стандартного порта передачи данных или исполнительного аппарата коммутации и регулирования, или совокупности этих устройств. 7. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве диспетчерского блока применен установленный на рабочем месте оператора компьютер, входы и выходы которого через шины входных и выходных сигналов соединены с входами и выходами приемопередающего устройства. 8. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве диспетчерского блока применено мобильное переносное приемопередающее устройство в комплекте с логическим модулем с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством, оборудованное органами ручного управления и устройствами сигнализации и оповещения. 9. Система диспетчеризации удаленных объектов по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве диспетчерского блока применено такое приемопередающее устройство, как телефон мобильной связи либо радиотелефон.(56) 1. Патент РФ 2102563, МПК 03 5/22, 1998. 2. Патент на полезную модель РФ 66755, МПК 03 5/00 (2006.01), 2007 (прототип). Полезная модель относится к электротехнике и адаптирована к решению широкого спектра задач на функционирующих в условиях безлюдных технологий взаимосвязанных объектах промышленных предприятий, жилищно-коммунального хозяйства и агропромышленного комплекса, разнесенных в пространстве на значительное расстояние, требующих комплексной автоматизации, телемеханики и диспетчеризации для надежной,долговечной и эффективной работы без сооружения кабельных линий управления, сигнализации и связи. Примером такого объекта может быть группа объединенных в сеть локальных канализационных насосных станций (КНС), работающих в системе городского хозяйства. При управлении КНС в ручном режиме существует вероятность аварий и неэффективной работы из-за недостаточно квалифицированного технического обслуживания, использования несовершенного электрооборудования и несистемного подхода при реализации технологического процесса, а также необходимости организации кабельных линий дистанционного управления и сигнализации или постоянного наличия на объекте дежурного персонала, что не всегда удобно. Плотность городской застройки постоянно растет, насыщенность ее объектами разного рода усиливается. Поэтому выполнение технологических процессов в рамках нескольких КНС требует комплексной автоматизации с использованием средств силовой электроники, телемеханики и диспетчеризации. Известна канализационная система 1, которая включает насосное машинное отделение с двигателями и устройством их включения-выключения. Система также снабжена управляемыми задвижками с устройством управления поочередным открыванием и закрыванием этих задвижек. Устройство включения-выключения двигателя насоса снабжено счетчиком числа включений насоса и соединено с системой автоматического резервного включения и управления поочередным открыванием и закрыванием задвижек. Однако система контролирует процесс и управляется только в месте своего физического расположения, поэтому ненадежна, приводит к увеличению расхода электроэнергии и заиливанию гидротехнических сооружений. Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является автоматизированная система управления работой канализационной насосной станции 2. Она содержит насосные агрегаты с асинхронными двигателями, запитанными от сети через устройства включения-отключения. Она также содержит систему автоматического ре 3 76362011.10.30 зервного включения, систему управления устройствами мягкого пуска и торможения, а также в нее введена система автоматики и контроллерного управления, обменивающаяся информацией с совокупностью интеллектуальных датчиков параметров и постом телемеханики и диспетчеризации через радиомодем с антенно-фидерным устройством. Техническим результатом использования автоматизированной системы является надежная и эффективная работа всех канализационных насосных станций в автоматическом режиме с управлением с единого диспетчерского поста. Система ориентирована на применение в канализационных сетях и не допускает использования с целью контроля и управления другими, даже подобными технологическими процессами, к примеру отопительными сетями или системой водоснабжения. Отсутствует возможность осуществления автоматизированной оценки уровня угроз подконтрольному технологическому процессу, обслуживающему персоналу, окружающей среде и организации автоматических действий системы по аварийному алгоритму работы в случае необходимого, но неосуществленного, либо чрезмерно затянувшегося во времени вмешательства в создавшуюся ситуацию контролирующего и/или обслуживающего персонала. Из-за отсутствия линий обратной связи система не в состоянии проводить анализ степени выполнения переданных и (или) сформированных для исполнения команд. В основу полезной модели поставлена задача разработки такой унифицированной системы диспетчеризации удаленных объектов, которая позволит введением необходимого количества узлов, элементов и организацией связей между ними обеспечить контроль за состоянием технологического агента независимо от его природы, контролировать положение и состояние исполнительных механизмов системы, выполнить анализ полученных сигналов и выработать соответствующий обстановке управляющий сигнал с контролем его исполнения. Также она позволит сравнить текущее состояние системы с параметрами,принятыми для неекак рабочие или нормальные, выработать сигнал об аварийной обстановке при отклонении текущих параметров от нормальных. Выполнит безаварийную остановку технологического процесса, с учетом специфики входящего в нее оборудования, в случае отсутствия возможности ее дальнейшего безопасного функционирования и с наименьшими затратами на ее восстановление. Не допустит лавинообразного нарастания последующих неполадок по причине несвоевременной реакции на предыдущие, обеспечит функционирование линейного персонала системы, обеспечит доступ к управлению системой руководителей и контролеров по раздельным каналам с различным уровнем доступа. Для решения поставленной задачи система диспетчеризации удаленных объектов содержит технологическое оборудование, рабочее место оператора в виде поста телемеханики и диспетчеризации, совокупность датчиков, устройства включения-выключения и регулирования технологического оборудования, а также контроллер или микропроцессор,входы которого соединены с совокупностью датчиков, а выход приемопередающим устройством связан с постом телемеханики и диспетчеризации. Технологическое оборудование подключено к сети. В соответствии с предложенным решением узлы, элементы системы скомпонованы в блок, выполненный с возможностью подключения питающих линий и оснащенный для соединения блоков между собой в общую информационную сеть. Система образована группой блоков, при этом группа содержит, по меньшей мере,два блока, и образована из универсальных блоков либо из диспетчерских и исполнительных блоков, либо из универсальных, диспетчерских и исполнительных блоков. Универсальный блок оборудован логическим модулем, шиной входных сигналов и шиной выходных сигналов, защитно-разъединительным устройством с контактными зажимами для подключения питающих линий, оборудован блоком питания, оснащенным трансформатором и выпрямителем со сглаживающим фильтром, а каждая из питающих линий оборудована устройством для ее подключения и защиты. Блок питания через набор контактных зажимов соединен с логическим модулем и с элементами, подключенными к шине входных и к шине выходных сигналов. Логический модуль содержит или контрол 4 76362011.10.30 лер, или микропроцессор с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством. Он связан с группой датчиков входной информации и органами ручного управления, выходы которых соединены через шину входных сигналов с входами логического модуля, а через шину выходных сигналов логический модуль подключен к исполнительным устройствам коммутации и регулирования и устройствам сигнализации и оповещения. Блок также содержит приемопередающее устройство, которое подключено своими входными линиями к шине выходных сигналов, а выходными линиями - к шине входных сигналов, соединенной линией обратной связи с исполнительным аппаратом коммутации и регулирования. Исполнительных аппаратов с линиями обратной связи в системе может быть несколько. Диспетчерский блок оборудован логическим модулем, шиной входных сигналов и шиной выходных сигналов, защитно-разъединительным устройством с контактными зажимами для подключения питающих линий, оборудован блоком питания, оснащенным трансформатором и выпрямителем со сглаживающим фильтром, а каждая из питающих линий оборудована устройством для ее подключения и защиты. Блок питания соединен через набор контактных зажимов с логическим модулем и с элементами, подключенными к шине входных и к шине выходных сигналов. Логический модуль содержит либо контроллер, либо микропроцессор с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством. Он оборудован органами ручного управления, подключенными к шине входных сигналов, а через шину выходных сигналов логический модуль подключен к устройствам сигнализации и оповещения. Система также содержит приемопередающее устройство, которое подключено своими входными линиями к шине выходных сигналов, а выходными линиями - к шине входных сигналов. Исполнительный блок оборудован логическим модулем, шиной входных сигналов и шиной выходных сигналов, защитно-разъединительным устройством с контактными зажимами для подключения питающих линий, блоком питания, оснащенным трансформатором и выпрямителем со сглаживающим фильтром, а каждая из питающих линий оборудована устройством для ее подключения и защиты. Блок питания соединен с логическим модулем и с элементами, подключенными к шине входных и к шине выходных сигналов. Логический модуль содержит либо контроллер, либо микропроцессор с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством и связан с группой датчиков входной информации о состоянии подконтрольного технологического оборудования, выходы которых соединены через шину входных сигналов с входами логического модуля. Логический модуль оборудован контактными зажимами для подключения через шину выходных сигналов исполнительных устройств, система также содержит приемопередающее устройство, которое подключено своими входными линиями к шине выходных сигналов, а выходными линиями - к шине входных сигналов, соединенной линией обратной связи с исполнительным аппаратом коммутации и регулирования. В системах, не допускающих перебоя электроснабжения, каждый блок может быть оснащен ограничителем импульсных перенапряжений и автономным (резервным) источником питания с блоком управления этим источником. Удобно, что к шине входных сигналов подключены источники входной информации,выполненные в виде группы контактов или ключа, или потенциометра, или регулятора,или источника тока, или источника напряжения, или стандартного порта обмена данными,или линии обратной связи исполнительного аппарата, или совокупности этих устройств. В свою очередь к шине выходных сигналов подключены исполнительные устройства в виде панели оператора или светосигнальной арматуры, или звукового извещателя, или жидкокристаллической панели, или стандартного порта передачи данных, или исполнительного аппарата коммутации и регулирования, или совокупности этих устройств. 5 76362011.10.30 В качестве диспетчерского блока можно применить установленный на рабочем месте оператора компьютер, входы и выходы которого через шины входных и выходных сигналов соединены с приемопередающим устройством. В качестве устройства, выполняющего функции диспетчерского блока, может быть использовано мобильное переносное приемопередающее устройство в комплекте с логическим модулем с оперативным запоминающим устройством и постоянным перепрограммируемым запоминающим устройством, оборудованное органами ручного управления и устройствами сигнализации и оповещения. Современные средства позволяют применить в качестве устройства, выполняющего функции диспетчерского блока, такое приемопередающее устройство, как телефон мобильной связи либо радиотелефон. Аппаратная организация системы диспетчеризации может быть любой. Это зависит лишь от количества входящих в нее элементов и контролируемых параметров. Удобно формировать ее в виде блока в едином корпусе, компактно разместив в нем узлы, элементы (органы контроля и управления) и предоставив диспетчеру возможность использовать персональный компьютер. Но это не обязательно. Система может быть образована группой из нескольких блоков. Блоки могут быть как идентичными (универсальными), так и разными (диспетчерскими, исполнительными или универсальными). Если в одном блоке собрано все необходимое оборудование, логично назвать такой блок универсальным. Если в блоке собрано только специализированное оборудование,можно для фиксации различий один вид блоков назвать диспетчерским, а другой исполнительным. Такие блоки могут иметь заводскую готовность, готовность для объединения в систему любой сложности и иерархии и поставляться заказчику в готовом виде, пригодном для немедленного выполнения конкретных задач. Цель полезной модели - комплексная диспетчеризация распределенного в пространстве технологического процесса с использованием высоконадежных средств автоматики и контроллерного управления, а также сбор и передача информации, передача команд с одного или нескольких постов телемеханики через известные приемопередающие устройства. На фигуре приведена блок-схема универсального блока. Система диспетчеризации удаленных объектов может иметь структуру любой сложности. Удобнее всего представить ее как набор типовых блоков, смонтированных из узлов и элементов. Блок содержит защитно-разъединительное устройство 1 с контактными зажимами, посредством которых блок подключен к сети питания. Блок защищен этим устройством от токов короткого замыкания и перегрузки. Для защиты от импульсных перенапряжений блок оборудован ограничителем 2 импульсных перенапряжений. Блок обязательно содержит блок 3 питания. Для увеличения надежности систем, не допускающих перебоя электроснабжения, на случай аварии сети электроснабжения блок может быть оснащен автономным (резервным) источником 4 питания, а для питания низковольтных узлов и элементов блока блок оснащен трансформатором 5 и выпрямителем 6 со сглаживающим фильтром. Логический модуль 7 содержит контроллер или микропроцессор, оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ) и постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство 9 (ППЗУ). Блок 3 питания обеспечивает защиту от аварийных режимов и логического модуля 7,и элементов, подключенных как к шине 10 выходных сигналов, так и к шине 11 входных сигналов. Приемопередающее устройство 12 подключено своими выходными линиями к шине 11 входных сигналов, а входными линиями - к шине 10 выходных сигналов и предназначено для обмена информацией с другими блоками системы. 6 76362011.10.30 Шина 10 выходных сигналов позволяет подключать к блоку необходимое количество исполнительных элементов, соответствующих задаче, для решения которой разрабатывается система диспетчеризации. Контроль состояния исполнительных аппаратов коммутации и регулирования удобно вести с использованием линии 13 обратной связи. Логический модуль 7 по шине 10 выходных сигналов подключен к исполнительным устройствам. Такими устройствами могут быть панель 14 оператора, светосигнальная арматура 15, звуковой извещатель 16, жидкокристаллическаяпанель 17, исполнительный аппарат 18 коммутации и регулирования - таким аппаратом может быть или частотный преобразователь, или контактор, или автоматический выключатель с электромагнитным приводом. Логический модуль 7 через шину 11 входных сигналов связан с группой элементов,обеспечивающих логический модуль 7 входной информацией, предназначенной для дальнейшей обработки в соответствии с алгоритмом, заранее записанным в ППЗУ 9. К шине 11 входных сигналов подключены такие источники входной информации, как группа контактов 19, ключ 20, потенциометр 21, регулятор 22, источник 23 тока, источник 24 напряжения, стандартный порт обмена данными, набор сенсоров панели 14 оператора. Шина 11 входных сигналов позволяет подключить к блоку необходимое количество аналоговых или дискретных источников входной информации в любых комбинациях, соответствующих задаче, для решения которой разрабатывается система диспетчеризации. В зависимости от того, какие узлы и элементы введены в состав блока и как они смонтированы, блок может выполнять разные функции. Может быть либо универсальным, либо диспетчерским, либо исполнительным. Универсальный блок содержит все возможные варианты оборудования и связей между ними. Диспетчерский блок удален от технологического оборудования, непосредственно предназначен для отображения, фиксации и сохранения информации о режимах работы подконтрольного технологического оборудования и имеет органы дистанционного ручного и (или) автоматического управления. В одной системе может быть создано несколько диспетчерских блоков для управления одним и тем же технологическим процессом с разным уровнем доступа к управлению. Исполнительный блок находится непосредственно возле подконтрольного технологического оборудования, предназначен для сбора информации и передачи ее на диспетчерский блок, для исполнения команд, полученных от диспетчерского блока, для исполнения команд согласно алгоритмам, находящимся в ППЗУ 9 логического модуля 7 блока, посредством коммутации и регулирования исполнительных аппаратов технологического оборудования. Блоки объединяются в общую информационную сеть и образуют систему диспетчеризации. В зависимости от количества используемых типовых блоков, а также от способа обмена данными между ними (параллельный или последовательный обмен данными) существует возможность создания систем различного уровня сложности. Системы могут быть адаптированы к решению широкого спектра задач на взаимосвязанных объектах,разнесенных в пространстве на значительное расстояние. После подключения исполнительного блока к питающей сети и включения защитноразъединительного устройства 1 логический модуль 7 приступает к выполнению алгоритма, записанного в ППЗУ 9. Логический модуль 7, благодаря наличию источников входной информации 19, 20, 21, 22, 23 или 24, через шину 11 входных сигналов получает информацию о температуре, давлении, режиме работы, положении в пространстве, скорости вращения, объеме перемещаемой среды или о других предусмотренных в системе параметрах. Полученные данные поступают в ОЗУ 8 и анализируются по алгоритму, находящемуся в ППЗУ 9. После анализа и сортировки выбранная по алгоритму часть информации о технологическом процессе поступает через приемопередающее устройство 12 исполнительного блока на приемопередающее устройство 12 диспетчерского блока. 7 76362011.10.30 Оператор контролирует технологический процесс с помощью диспетчерского блока,где обработанные логическим модулем 7 данные и результат анализа представлены выходными устройствами 14, 15, 16, 17 в наиболее удобной для оператора форме. Диспетчерский блок содержит органы ручного управления, подключенные к шине 11 входных сигналов. Поступающие сигналы обрабатываются логическим модулем 7, а выработанные им команды приемопередающее устройство 12 передает на приемопередающее устройство 12 исполнительного блока, который разработан и введен в систему для того, чтобы оператор мог влиять на процессы, происходящие на подконтрольном удаленном технологическом оборудовании, и управлять ими. Исполнительный блок содержит приемопередающее устройство 12. Принятые им команды по шине 11 входных сигналов поступают в логический модуль 7, из него по шине 10 выходных сигналов - в исполнительный аппарат 18 коммутации и регулирования. Для контроля работоспособности исполнительного аппарата 18 коммутации и регулирования информация о его состоянии по линии 13 обратной связи передается через шину 11 входных сигналов в логический модуль 7. Логический модуль 7 через линии 13 обратной связи оценивает соответствие полученной из диспетчерского блока команды фактически выполненному действию. Благодаря наличию в исполнительном блоке логического модуля 7 возможна организация автономного или автоматического управления технологическим процессом без участия оператора. Эта возможность понадобится в случае аварийной ситуации, требующей неотложного воздействия на технологический процесс, или при непосредственной угрозе жизни и здоровью обслуживающего или эксплуатирующего персонала, а также в случае непредвиденной угрозы окружающей среде или опасности повреждения оборудования системы. При этом логический модуль 7 переходит к выполнению резервного алгоритма и по шине 11 выходных сигналов воздействует на технологический процесс исполнительными аппаратами 18 коммутации и регулирования с последующим оповещением о случившемся оперативного персонала через приемопередающее устройство 12. Современные технические средства развиваются так стремительно, что в ряде конкретных ситуаций некоторые элементы системы можно заменить их эквивалентами. Так,логический модуль с его микропроцессором, а также органами ручного управления, блоками питания, включая источники бесперебойного питания, шинами входных и выходных сигналов, приемопередающими устройствами и устройствами хранения информации в виде ОЗУ и ППЗУ вполне можно заменить компьютером в необходимой, в том числе специальной, комплектации, а также персональным компьютером, ноутбуком или планшетом. Сбор информации, визуализацию и звуковое оповещение, ее хранение, обработку, передачу и получение выполнит сотовый телефон. Не исключено, что такая система может быть построена не только на описанной, но и на любой элементной базе, функционально соответствующей выполнению поставленных задач. Таким образом, цель полезной модели достигнута. Образец в режиме опытных испытаний на участке Калинковичского водоканала с января 2010 года решает задачи комплексной автоматизации распределенного в пространстве технологического процесса с использованием высоконадежных средств автоматики и контроллерного управления, а также подзадачи сбора, передачи и хранения информации с одного или нескольких постов телемеханики и диспетчеризации через известные приемопередающие устройства без применения кабельных линий управления, сигнализации и связи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8