АСУ ТП портального крана

1. Функциональная схема типовой системы управления «СУ» краном представлена на рисунке 1.

Рис. 1
Типовая система управления краном

2. СУ краном построена на базе программируемого контроллера Siemens Simatic S7-300, CPU 314-2 DP, сенсорной панели оператора Siemens MP277, преобразователей частоты Siemens, управляющих электродвигателями механизмов кранов.

3. Все элементы СУ связаны по общей шине передачи данных PROFIBUS DP для централизованного сбора, обработки, выработки сигналов управления и визуализации работы крана с помощью панели оператора Siemens. Также все элементы системы управления соединены в сеть ETHERNET топологией «ЗВЕЗДА» с помощью управляемого маршрутизатора SCALANCEX208.

4. Частотные преобразователи управляют электродвигателями основных механизмов таких, как передвижение крана, главный или вспомогательный подъемы, поворота портала и тому подобное (в зависимости от назначения и модификации крана).

1. Требование к оборудованию, установленному на кране

1.1 Требования к оборудованию, установленному на кране

Основные технические требования к аппаратному обеспечению.

Основные требования, которые предъявляются к аппаратной части ПАК мониторинга и управления кранов:

– все аппараты с установленным программным обеспечением должны быть помещены в металлический электрошкаф соответствующего габарита, который обеспечивает, свободный доступ ко всем аппаратам внутри, а также свободную циркуляцию воздуха для своевременного отвода тепла.

– должна быть обеспечена защита от несанкционированного доступа неквалифицированного персонала, например, ключ или замок;

– металлический электрошкаф, помещается в электроаппаратное помещение крана с системой поддержания микроклимата, и крепится на стену в место, согласованное с заказчиком;

– работоспособность оборудования должна сохраняться в диапазоне температур от 0 до 50 градусов Цельсия при относительной влажности не более 90%;

– питание элементов ПАК осуществляется от источника переменного тока напряжением 220В (+-10%) и частотой 50 Гц;

– обеспечить наружный сетевой шнур длиной не менее двух метров с сетевым разъемом на конце для подключения к источнику питания;

– место присоединения электрошкафа к источнику питания на кране указывается Заказчиком;

– внутри электрошкафа располагается вся защитная электро-аппаратура, компьютер в металлическом корпусе, вычислительная мощность которого, подбирается в процессе проектирования ПАК удаленного мониторинга кранов, GSMмодем, который обеспечивает выход в Интернет на максимально возможной для выбранного оборудования и оператора скорости (оптимальный тариф на услуги Интернета подбираются исходя из региона и зоны покрытия сотовых операторов и согласовывается с заказчиком на этапе проектирования), сервисная розетка, вентилятор охлаждения, термостат, выпускная решетка с фильтром, лампа сервисного освещения;

– предусмотреть интерфейс для подключения двух камер реального времени, установленных в кабине крановщика и на стреле крана;

– интерфейс для подключения к СУ краном (PROFIBUSDP, ETHERNET), который определяется на этапе проектирования системы;

– все необходимое аппаратное обеспечение для подключения ПАК к СУ краном подбирается, закупается и устанавливается Исполнителем

1.2 Основные технические требования к программному обеспечению

Основные требования, которые предъявляются к программному обеспечению ПАК мониторинга и управления кранов:

– программное обеспечение должно обеспечивать сбор данных по выбранному интерфейсу от СУ управления краном с необходимой периодичностью и достоверностью;

– предварительный объем данных, передаваемых СУ краном на ПАК согласовывается с заказчиком отдельно, в рамках ТЗ;

– необходимый объем данных может уточняться и меняться на стадии разработки программного обеспечения по обоюдному согласованию между Заказчиком и Исполнителем;

– программное обеспечение должно обеспечивать автоматическую архивацию данных на жёстком диске компьютера при пропаже или неполадках в сотовой сети поставщика Интернета, для избегания утери данных о работе крана;

– предусмотреть получение, трансляцию и архивацию на жестком диске потокового видео с установленных на кране камер наблюдения;

– обеспечить надежную и бесперебойную работу программного обеспечения для исключения сбоев, зависаний и утери данных;

– обеспечить возможность удаленного управления работой крана из центрального офиса Заказчика;

– все необходимые изменения и дополнения программного обеспечения СУ краном выполняются представителями Заказчика по согласованию с Исполнителем.

1.3 Предварительный объем диагностических данных

– Режим работы крана;

– Положение командо-контроллеров;

– Токи приводов механизмов крана;

– Ток магнитной станции;

– Напряжение питающей сети;

– Обороты двигателей механизмов;

– Температуру редукторов исполнительных механизмов

– Состояние концевых выключателей положений (около 50);

– Дискретные сигналы о состоянии спредера (замки открыты, закрыты, уравновешен, неуравновешен);

– Состояние кнопок управления;

– Сигналы от ограничителя грузоподъемности;

– Сигналы о состоянии тормозов;

– Сигналы о состоянии контакторов и автоматических выключателей.

– Список из 150 последних аварий, хранящийся в сенсорной панели Siemens.

2. Требования к серверному оборудованию

2.1 Основные технические требования к аппаратному обеспечению

Основные требования, которые предъявляются к аппаратной части ПАК мониторинга и управления кранов:

– все аппараты с установленным программным обеспечением должны быть помещены в серверный шкаф соответствующего габарита с возможностью установки дополнительных серверов, который обеспечивает, свободный доступ ко всем аппаратам внутри, а также свободную циркуляцию воздуха для своевременного отвода тепла.

– серверный шкаф устанавливается в помещении на территории Заказчика в указанное им место;

– питание элементов ПАК осуществляется от источника переменного тока напряжением 220В (+-10%) и частотой 50 Гц;

– место присоединения серверного шкафа к источнику питания на территории указывается Заказчиком;

– внутри серверного шкафа располагается серверный компьютер, вычислительная мощность которого, подбирается в процессе проектирования ПАК удаленного мониторинга кранов, интерфейс для подключения к сети Интернет, который обеспечивает выход в Интернет на скорости не менее 20 Мбит/с (обеспечение Интернетом берет на себя заказчик);

– предусмотреть интерфейс для подключения двух мониторов с клавиатурой и мышкой для автоматизированных рабочих мест операторов;

2.2 Основные технические требования к программному обеспечению

Основные требования, которые предъявляются к серверному программному обеспечению ПАК мониторинга и управления кранов:

– программное обеспечение должно обеспечивать сбор, архивацию и визуализацию данных о режимах работы кранов от программного обеспечения, установленного непосредственно на кранах;

– предварительный объем данных, передаваемых СУ краном на ПАК;

– программное обеспечение должно обеспечивать автоматическую архивацию данных на жестком диске серверного компьютера;

– обеспечить возможность удаленного управления работой крана из центрального офиса Заказчика;

– обеспечить доступ к потоковому видео с крана;

– обеспечит возможность относительно быстрого подключения нового крана к серверу с возможностью расширения как программного, так и аппаратного обеспечения;

Описание технического решения

Общая структура разделяется на ПАК мониторинга и управления, и систему видеонаблюдения и видеозаписи.

Рис. 2
Условные обозначения оборудования, разделенного на модули

6.1 ПАК мониторинга и управления

6.1.1 Телекоммуникационное оборудование SINAUT

Наиболее важное свойство SINAUT – сохранение данных с отметками времени при перебоях в питании модуля TIM, повреждении каналов связи или отказе партнера по связи – сохраняется как в классических WAN, так и в IP-сетях. Исключается возможность потери информации о наиболее важных событиях и аварийных сообщений, гарантируется обеспечение целостности данных в архивах центра управления. Исключение возможности потери данных при перебоях в питании модуля обеспечивается применением опциональной буферной батареи.

Модуль TIM снижает объемы данных в WAN и обеспечивает понижение затрат на их передачу, например, через каналы GPRS.

Основные характеристики:

– Буферная память для сохранения до 56 000 сообщений

– Возможность передавать параметры по их изменению

– Поддержка до 62 S7-соединений в IP-сетях.

– Поддержка функций замены модуля без повторного конфигурирования системы связи.

– Исключение возможности потери сообщений при перебоях в питании модуля напряжением =24 В

– Немедленная готовность данных и их отметок времени после восстановления питания или рестарта модуля, поскольку аппаратные часы продолжают идти.

В резервированных центрах управления необходимо устанавливать дополнительный модуль TIM на серверной стороне.

Существует два варианта установки модуля TIM:

1) Модуль устанавливается в одну линейку вместе с существующим контроллером.

Рис. 3
Структурная схема модуль в одну линейку с существующим контроллером

Недостаток данного решения состоит в том, что необходимо внести изменения в существующее программное обеспечение контроллера в части изменения существующей конфигурации и, возможно, установить новую карту памяти, если установленная карта недостаточного объема.

2) Второй вариант, это установить новый контроллер и модуль TIM в отдельный шкаф.

Рис. 4
Структурная схема новый контроллер и модуль TIM в отдельный шкаф

В этом случае также необходимо внести изменения в существующее ПО контроллера, для организации связи с подключаемым оборудованием, но в этом случае изменения могут внести авторы существующего ПО.

В обоих случаях на серверной стороне устанавливается программное обеспечение Siemens WinCC и SINAUT.

Рис. 5
Структурная схема серверной с ПО WinCC и SINAUT

Основной архив организуется на центральном сервере, а в случае обрыва связи накапливается в буфере модуля TIM и при восстановлении канала связи восстанавливается на сервере.

6.2 Система видеонаблюдения и видеозаписи

Axis Q1615-E – сетевая HDTV 1080p камера с высокой частотой кадров (50/60 кадр/с), обеспечивающая высокое качество видео при наблюдении за движущимися объектами.

В камере AXIS Q1615 применены инновационные технические решения для упрощения установки. Так, например, функция горизонтирования позволяет установить камеру горизонтально в любом месте, обеспечив безупречное изображение. Функция автоповорота обеспечивает правильную ориентацию изображения, в том числе при использовании формата Corridor.

Камеры защищены от пыли, дождя, снега и солнечного света по классам IP66 и NEMA 4X. Кроме того, они дополнительно защищены от ударов и актов вандализма по классу IK10. Встроенный детектор ударов с настраиваемой чувствительностью отправляет тревожные сигналы при попытке вандализма.

Особенности IP-камеры Axis Q1615-E

– Видеонаблюдение в формате HDTV 1080p при 60-и кадр/с

– Поддержка Wide Dynamic Range и Lightfinder

– Функция День/Ночь

– Автоматический разворот изображения с функцией Corridor Format

– Возможность питания по сети Power over Ethernet (IEEE 802.3af)

– Поддержка записи на карты памяти SD/SDHC

– Полный дуплекс аудиоканала

– Поддержка ONVIF-совместимого программного обеспечения

Рис. 6
Структурная схема ПАК мониторинга и управления и оборудование крана

Программа AXIS Camera Station, устанавливаемая на сервер, является полноценной системой для видеонаблюдения и видеозаписи с поддержкой до 100 камер. Эта программа, специально разработанная для оборудования компании Axis для сетевого видеонаблюдения, обеспечивает простую установку и настройку за счет функции автоматического обнаружения подключенных камер, выбора общей конфигурации для нескольких устройств и использования эффективного мастера конфигурации событий.

6.3 Оборудование связи

В связи с тем, что для просмотра потокового видео необходима большая полоса пропускания канала связи, а по условия технического задания необходимо передавать и видеосигнал, и параметры АСУ, то пропускной способности одного 3G модема может быть недостаточно. Ни один GSM-оператор на сегодняшний день не обеспечивает предоставление гарантированного GPRS-канала связи.

Для решения возникающей проблемы предлагаем:

1) резервировать каналы передачи данных методом использования двухсимочных модемов

2) разделить на два канала передачи данных: один канал для передачи видеопотоков, второй канал для передачи технологических параметров.

3) предусмотреть возможность подключения скоростного канала связи, например WiFi.

Рис. 7
Структурная схема ПАК мониторинга и управления