V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

В настоящее время в промышленности начинают широко применяться системы автоматизированного контроля и учета электроэнергии типа АСКУЭ, АИИСКУЭ, система сбора, обработки и отображения SCADA, с использованием технических средств передачи информации и управляющих сигналов по оптоволоконной и беспроводной связи и использованием различных протоколов управления доступом к среде, описываемых стандартами IEC 61850-3(2002) и IEEE 1613(2003). Эти системы позволяют не только собирать, обрабатывать и передавать большие потоки информации, но и фактически осуществлять мониторинг технологических процессов в режиме On-line. Одним из примеров построения таких систем является система автоматического контроля режимов работы буровых станков [1].

К вендорным компаниям-разработчикам телекоммуникационных систем, активно осваивающим отечественный рынок, можно отнести:

‒ в России: «Симанитрон»;

‒ в США: GarrettCom, Cisco Systems, Sixnet, Panduit, Zelden, N-Tron,

Contemporary, Control Systems;

‒ в Германии: Hirschmann, Mobotix;

‒ в Канаде: RuggedCom;

‒ в Сингапуре: Taiko Network Communications.

Нам представляется возможным расширить диапазон задач, решаемых телекоммуникационными системами в условиях горных предприятий, осуществляющих разработку месторождений полезных ископаемых открытым способом, в технологическую систему которых входят категорийные дренажные шахты

К таким задачам относятся следующие.

1. Использование беспроводной системы передачи данных мониторинга режимов электропотребления передвижных установок экскаваторов, буровых станков, а также стационарных установок в зоне ведения добычных работ.

2. Осуществление мониторинга состояния изоляции, контроля сопротивления сети защитного заземления и целостности заземляющих жил кабельных линий для высоковольтных и низковольтных электроустановок.

3. Осуществление контроля состояния устройств релейной защиты и защитного отключения.

4. Использование оптоволоконной системы передачи данных для реализации телеметрии и контроля режимов работы основных технологических установок в категорийных дренажных шахтах карьерного водопонижения.

Для решения поставленных задач необходимо:

1. Выполнить анализ существующих и находящихся в эксплуатации автоматизированных систем учета и контроля параметров технологических процессов.

2. Оценить возможность адаптации наиболее эффективных систем (например, применяемых на газотранспортных коммуникациях) к решению задач горнодобывающих предприятий.

3. Определить спектр решаемых системой задач в области сбора, обработки и передачи информации о состоянии системы электроснабжения и отдельных карьерных электроустановок.

4. Разработать алгоритмы сбора и обработки информации в соответствии с выбранным протоколом управления и на основании этого построить сеть, включающую в себя средства измерения и контроля, информационную магистраль передачи данных, средства систематизации и обработки полученных данных.

Особый интерес представляет канал передачи данных. Он должен отвечать требованиям надёжности и высокой скорости передачи данных.

Фактически речь идет об обосновании возможности создания комбинированной системы, построенной на сочетании беспроводной и оптоволоконной системы передачи данных на базе Ethernet для условий ведения открытых горных работ.

Промышленный Ethernet — стандартизованный (IEEE 802.3 и 802.11) (вариант Ethernet) представляет собой пакетную технологию передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данных между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA/CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена) [2].

Для обеспечения гарантированного времени реакции используют протоколы реального времени: Profinet; EtherCAT; Ethernet Powerlink; EtherNet/IP; SERCOS III.

Эти протоколы в различной степени модифицируют стандартный стек TCP/IP, добавляя в него: функции синхронизации, новые алгоритмы сетевого обмена, диагностические функции, методы самокорректировки.

Канальный и физический уровни Ethernet при этом остаются неизменными. Что позволяет использовать протоколы реального времени в существующих сетях Ethernet с использованием стандартного сетевого оборудования.

Достоинствами протокола доступа является низкая цена и широкое распространение.

Несмотря на достаточно большое количество вендоров-производителей Industrial Ethernet оборудования, компания «RuggedCom», работающая в стандарте IEC 61850-3(2002) и IEEE 1613(2003), смогла лучше других адаптировать свою продукцию к условиям российского производства, в основном в области нефте- и газодобычи, а также их транспортных коммуникаций. Это обусловлено нацеленностью на рынок подстанций уже на стадии проектирования устройств и разработки технологий защиты данных.

Компания «Ruggedcom» производит коммуникационное оборудование, предназначенное для работы в жестких условиях эксплуатации. Все продукты компании характеризуются высоким уровнем устойчивости к электромагнитным помехам и большим броскам тока, имеют широкий диапазон рабочих температур и сверхпрочный корпус, что позволяет использовать их на электроподстанциях и промышленных предприятиях [4].

Коммуникационное оборудование «RuggedCom» имеет сертификат выносливости «RuggedRated», гарантирующий надежную работу в суровых промышленных условиях:

‒ устойчивость к электромагнитным импульсам (ЭМИ) и большим броскам тока;

‒ работа в широком диапазоне температур: от ‒40°C до +85°C (без вентилятора);

‒ работа в широком диапазоне температур: от ‒40°C до +85°C (без вентилятора);

‒ конформное покрытие печатной платы обеспечивает дополнительную защиту (опционально).

Компания «RuggedCom» выпускает оборудование, отвечающее высоким требованиями к надёжности сети. Эксклюзивная технология резервирования eRSTP™ (Enhanced Rapid Spanning Tree) позволяет в самые короткие сроки восстанавливать работоспособность сети (менее 5 мс). Технология ZPL™ (Zero Packet Loss) позволяет устройствам безошибочно работать в условиях повышенных ЭМИ [3,4].

На карьерах в качестве телекоммуникационной системы сбора и передачи данных достаточно интенсивно внедряется промышленный GSM// GPS ‒ глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением частотного канала по принципу TDMA и средней степенью безопасности. GSM был разработан в конце 80-х годов и относится к сетям второго поколения.

GPS представляет собой спутниковую систему навигации, позволяющую в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, определить местоположение и скорость объектов. Также система позволяет узнать точное время. Основной принцип использования системы ‒ определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами ‒ спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника.

Сеть беспроводной передачи данных работает как аналог проводного соединения, где одно ведущее устройство выдает устройствам пользователя индивидуальные и групповые команды, а так же следит за их выполнением.

Количество устройств пользователя, объединенных в беспроводную сеть, может доходить до 1000 шт.

В качестве ведущего устройства выступает GSM-коммуникатор или USB-коммуникатор, соединенные по соответствующему каналу связи с персональным компьютером.

Одна радиолиния беспроводного интерфейса позволяет передавать данные на расстояние до 2-х км при использовании направленных антенн в случае прямой видимости. При использовании выносных всенаправленных антенн дальность связи составляет до 1 км. При использовании встроенных антенн дальность связи на улице – до 200 метров, в зданиях – через 4-5 этажей.

Промышленный Ethernet, использующий технологию Wireless MAN (Worldwide Interoperability for Microwave Access) представляет собой телекоммуникационную технологию, разработанную с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Данная технология основана на стандарте IEEE 802.16. При этом следует отметить, что Wireless MAN (стандарт 802.16d) имеет радиус действия 25‒80 км.

Выполненный предварительный анализ показал, что для решения поставленных задач наиболее приемлемым является адаптация и внедрение промышленного Ethernet по технологии Wireless MAN, использующий беспроводное соединение для снижения затрат на монтаж и проводку, а также позволяющий осуществить сбор и передачу данных телеметрии в категорийных дренажных шахтах при помощи оптоволоконных кабелей. Следует отметить, что передача по оптоволоконным кабелям может осуществляться на значительные расстояния (до 100 км). При этом они не взрыво- и пожаробезопасны, устойчивы к внешним электромагнитным полям и высокочастотным помехам, могут прокладываться в кабельных каналах совместно с силовыми кабелями, а также кабелями связи.

Такие выводы могут быть обоснованы тем, что технологии семейства 802.16 позволяют экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть, но и расширять спектр задач, связанных с мониторингом электротехнических установок и комплексов, охватывать новые труднодоступные объекты, а также объекты, находящиеся в зонах повышенного риска ( ведения буровзрывных работ, дренажные шахты).

Беспроводные технологии являются более надежными и коммуникабельными в использовании, чем традиционные проводные каналы WiMAX и Wi-Fi. Такие сети просты в развёртывании и по мере необходимости легко масштабируемы. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки.

Высокая скорость и объем передачи данных позволяет реализовать достаточно широкий спектр задач в области учета электропотребления, контроля параметров и режимов работы карьерных электроустановок, диагностики состояния электротехнологического оборудования, систем автоматики и релейной защиты, контроля изоляции и сети защитного заземления.

Литература

1. Артемьев В.В., Коваленко В.А., Опанасенко П.И., Исайченков А.Б. Современные информационные технологии в подготовке и проведении БВР на угольных разрезах СУЭК. – Уголь. – 2012. – №11. с.6 – 13.

2. Ethernet — Википедия. ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet/

3. Промышленный Ethernet RuggedCom/ www.plcsystems.ru

4. RUGGEDCOM / Industrial Strength Networks./ www.ruggedcom.com/

Код для цитирования: Скопировать