Monitoring górniczych procesów technologicznych

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa Monitoring górniczych procesów technologicznych Opracował: dr inŝ. Kazimierz Miśkiewicz

2 Systemy dyspozytorskie w kopalni

3 Systemy dyspozytorskie lata 80 XX wieku

4 Ogólna struktura systemów monitorowania i wizualizacji

5 Dyspozytornia z systemem wizualizacji ZEFIR

6 Elementy systemu monitorowania procesów technologicznych Źródła informacji (sygnałów) czujniki, sterowniki maszyn i urządzeń, zabezpieczenia elektroenergetyczne Systemy teletransmisyjne Urządzenia transmisyjne Media transmisyjne kable miedziane symetryczne Kable miedziane współosiowe Światłowody Łącza radiowe Urządzenia stacyjne (serwery, oprogramowanie typu bazy danych) Prezentacja danych Sprzęt monitory LCD, monitory wielkoformatowe, mozaikowe tablice synoptyczne Oprogramowanie SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

7 Inne prezentacje Decybele prezentacja Kable miedziane prezentacja Technika światłowodowa - prezentacja

8 ROK-6EM/Od + MUPASZ 2001G jako źródło danych

9 Rozdzielnica PREM-G1 + multimuz

10 Czujnik kontaktronowy, Czujnik prądu CPE jako źródło danych

11 Sterownik kombajnu źródło danych

12 Elementy systemu monitorowania procesów technologicznych Źródła informacji (sygnałów) czujniki, sterowniki maszyn i urządzeń, zabezpieczenia elektroenergetyczne Systemy teletransmisyjne Urządzenia transmisyjne Media transmisyjne kable miedziane symetryczne Kable miedziane współosiowe Światłowody Łącza radiowe Urządzenia stacyjne (serwery, oprogramowanie typu bazy danych) Prezentacja danych Sprzęt monitory LCD, monitory wielkoformatowe, mozaikowe tablice synoptyczne Oprogramowanie SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

13 Transmisja danych Dane dwustanowe (0, 1) rozproszone System z podziałem częstotliwości CTT-32, FOD System z wykorzystaniem DTMF UTS Dane ze sterowników RS232, RS485 Modemy telefoniczne Modemy szerokopasmowe Sieć Ethernet

14 System FOD-900 podział częstotliwości Okres odświeŝania 0,8s

15 Kanały sytemu FOD-900 Numery kanałów transmisyjnych i odpowiadające im częstotliwości nadajników. Nr kanału Oznaczenie nadajnika Częstotliwość F A [Hz] Częstotliwość F P [Hz] 1 NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/ NKTm-u/

16 Sygnały DTMF (dual tone mulifrequency)

17 System UTS-2 SDA stacja dołowa analogowa (do 2szt.) 0,4 2V SDW stacja dołowa wykonawcza (do 8szt.) SDD stacja dołowa dwustanowa (do 8szt.)

18 Transmisja szeregowa Transmisja bajtu (8 bitów) Bit startu 8 bitów danych (5 do 8 bitów) Bit kontrolny (parzystości nieparzystości) - opcja Bity stopu (cisza) 1, bity stopu Przepływność 300, 600, 1200, b/s

19 Kontrola nieparzystości

20 Standard RS232 Transmisja niesymetryczna 15V do +15V Odległość do 15 m Transmisja punkt - punkt

21 Standard RS485 Układ magistralowy (1, 0, stan wysokiej impedancji), Do 1200m, do 10 Mb/s Nadajniki trójstanowe Jedno z urządzeń pełni rolę kontrolera (odpytuje pozostałe)

22 Modemy wąskopasmowe

23 Modemy wąskopasmowe (modulator, demodulator) Zamiana bitów na sygnał z modulowana fazą i amplitudą lub częstotliwością Pasmo Hz (telefoniczne) Przepływności do 33.6 kb/s (56 kb/s) Modem dla linii telefonicznych Obecność napięcia stałego Zachowuje się jak telefon wybiera numer Modem dla linii dzierŝawionych bez napięcia stałego

24 ASK amplitude shift keying kluczowanie amplitudy s ygnal modulujacy t, ms s ygnal zmodulowany t, ms

25 FSK frequency shift keying kluczowanie częstotliwości 1 s ygnal modulujacy t, ms s ygnal zmodulowany t, ms

26 PSK phase shift keying kluczowanie fazy - czterowartościowe 6 4 faza s ygnalu [rd] duobity t, ms s ygnal zmodulowany, s ygnal nos ny t, ms

27 kluczowanie amplitudy i fazy

28 Rzeczywisty przebieg napięcia z modemu

29 Modemy kombajnowe wraz ze sprzęgiem transformatorowym

30 Modemy telefoniczne (iskrobezpieczne) SM-AM5 - SOMAR Iskrobezpieczny dla linii dzierŝawionych b/s Zasięg do 20 km RS422/485 IMC-2X - ATUT

31 Zastosowanie modemu do monitorowania i sterowania pola ROK-6xxx

32 Modbus protokół dla transmisji szeregowej (magistrala RS485) Dwa tryby: ASCII, RTU WyróŜnienie 1: MASTER (1), SLAVES (wiele, kaŝdy ma unikalny adres 1bajt) MASTER pyta (z adresem), SLAVE zaadresowany odpowiada 247 adresów

33 Ramka protokołu Modbus RTU START ADRES FUNKCJA DANE CRC STOP 4 x czas trwania 1 bajtu 1 bajt 1 bajt N bajtów 2 bajty 4 x czas trwania 1 bajtu Kontrola poprawności transmisji CRC 16 bitów (LRC) monitorowanie przerwy między znakami, ramkami potwierdzanie przesyłanie kodu i jego negacji kontrola logiczna przesyłanych danych

34 CRC cyclic redundancy check (cykliczny kod nadmiarowy) Wykrywa wszystkie paczki błędów długość <=r wykrywa większość paczek błędów długości >r

35 Modemy szerokopasmowe Brak ograniczenia częstotliwości do 3400Hz Ograniczenie częstotliwości wynika z charakterystyki tłumienności kabla telekomunikacyjnego Specjalne rodzaje modulacji Rodzaje HDSL SHDSL ADSL VDSL

36 Modemy HDSL modulacje High bit rate Digital Subscriber Line Modulacja 2B1Q transmisja par bitów Widma w systemach HDSL Modulacja CAP64 transmisja grup 6-bitowych

37 Modemy HDSL - właściwości Przepływność zewnętrzna 2048 kb/s (32 kanały telefoniczne po 64 kb/s) Przepływność wewnętrzna 2320 kb/s (1 para) 1168 kb/s (2 pary), 784 kb/s (3 pary) Równe przepływności w obu kierunkach

38 Modemy SHDSL Single pair High bit rate Digital Subscriber Line Równe przepływności w obu kierunkach Przepływność regulowana kb/s Stosowana modulacja TC-PAM (modulacja amplitury z kodowaniem kratowym)

39 Modemy ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Przepływność w górę mniejsza niŝ w dół 250 pasm szerokości 4,3kHz (25 w górę 225 w dół) Szybkość do 640kb/s (w górę) do7168kb/s (w dół)

40 Modemy ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Przykład architektury systemu z modemami ADSL

41 Modemy VDSL Very high speed Digital Subsriber Line Podział pasma w systemach VDSL1

42 Modemy VDSL Very high speed Digital Subsriber Line Podział pasma w systemach VDSL2

43 Modemy VDSL Very high speed Digital Subsriber Line Podział pasma na pasma elementarne w systemach VDSL

44 Zasięgi systemów VDSL

45 Modem SHDSL WESTERMO DDW-225 (moŝe pracować w pętli)

46 Modem SHDSL WESTERMO DDW-225 (zasięg)

47 Modemy DDW-225 w pętli redundancja zwiększenie niezawodności FRNT - fast re-configuration of networks topology Zastosowanie - KGHM

48 Multiplekser HYDRA (TRANZTEL) (multiplekser RS485)

49 Porty multipleksera HYDRA S port RS485 (izolowany) 19,2 kb/s, 2km M port modemu V.32, 14 kb/s F port światłowodowy 60/125µm, 115kb/s; do 5km, 2 gniazda ST; C port światłowodowy 9/125µm, 115kb/s; do 20km, 2 gniazda SC; R, Q port modemu radiowego FSK o mocy 500mW, 868 MHz (wersja) R, 433MHz (wersja Q), zasięg do 300m LOS I port 4 wejść cyfrowych; bezpotencjałowy styk; A port 4 wejść analogowych 4..20mA, U port 4 wejść analogowych 0,4..2V, V port 4 wejść analogowych 0..10V; O port 4 wyjść przekaźnikowych.

50 Przykład zastosowania multipleksera HYDRA

51 Lokalne sieci komputerowe (standard Ethernet) 100Base-TX - 2 pary kabla UTP 100Mb/s, 100m 1000Base-T 4 pary kabla UTP 1000Mb/s, 100m (T twisted) 100Base-FX - 2 włókna światłowodowe 100Mb/s, 2000m 1000Base-FX 2 włókna światłowodowe 1000 Mb/s 5 km (F fiber) Zastosowanie transmisji WDM (wavelength-division multiplexing) - jedno włókno w obu kierunkach (1300nm w jednym kierunku, 1550 nm w drugim kierunku)

52 Format ramki Preambuła ciąg 0, 1, SFD bajt kończący preambułę Adresy 6 bajtów (MAC Media Access Control) FCS 4 bajty kontrolne (CRC Cyclic Redundancy Check)

53 Elementy sieci komputerowej Urządzenie (komputery) z portem ethernet Koncentrator (hub) punkt gwiazdowy sieci Przełącznik (switch) punkt gwiazdowy sieci Niezarządzalny Zarządzalny Router łączy ze sobą róŝne sieci Ethernet Brama (gateway) łączy ze sobą sieci o róŝnych protokołach

54 Sieć o topologii gwiazdy

55 Sieć o topologii drzewa

56 Sieć z przełącznikami o topologii pierścienia redundancja zwiększenie niezawodności

57 Sieć z routerem

58 Adresy w sieciach MAC unikalny numer nadany przez fabrykę (układu scalonego) IP adres protokołu sieciowego 4 liczby z zakresu np adres kaŝdego urządzenia w sieci musi być unikalny

59 BCOM switch-8/2 bateria 8h 8 portów FX 1 port TX moŝliwość tworzenia pierścienia

60 MTL 9466 ET iskrobezpieczny zarządzalny switch

61 Switch ISE-3FX firmy ATUT 3 porty światłowodowe transmisja WDM 1 włókno dla obu kierunków Wykonanie A lub B, Ŝeby pasowały kierunki

62 Synchroniczne systemy transmisyjne SDH Wynik ewolucji telefonicznych systemów transmisyjnych Transmisja telefonii w postaci cyfrowej (modulacja PCM): Próbkowanie 8 khz>2x3,4khz Próbkowanie 8 bitowe Jedna rozmowa 64 kb/s Trakt PCM 32 kanały 2048 kb/s Systemy plezjochroniczne (PDH) 8, 34. Mb/s Systemy synchroniczne (SDH) 155, 622 Mb/s

63 Systemy SDH Ramki co 125 µs STM-1 - pojedyńcza ramka bitów co daje 155,52 Mb/s STM-4 622,08 Mb/s Sieć multiplekserów z interfejsami dla róŝnych sygnałów Przykład system FOX-515 (Bogdanka KGHM)

64 FOX-515 widok kasety multipleksera

65 FOX realizacja transmisji z protokołem Ethernet

66 Prezentacja na temat telewizji CCTV

67 Elementy systemu monitorowania procesów technologicznych Źródła informacji (sygnałów) czujniki, sterowniki maszyn i urządzeń, zabezpieczenia elektroenergetyczne Systemy teletransmisyjne Urządzenia transmisyjne Media transmisyjne kable miedziane symetryczne Kable miedziane współosiowe Światłowody Łącza radiowe Urządzenia stacyjne (serwery, oprogramowanie typu bazy danych) Prezentacja i archiwizacja danych Sprzęt monitory LCD, monitory wielkoformatowe, mozaikowe tablice synoptyczne Oprogramowanie SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

68 Systemy wizualizacji procesów technologicznych Serwery dla archiwizacji wraz oprogramowaniem typu baza danych Prezentacja danych na: Mozaikowa tablica synoptyczna Monitory LCD Monitory wielkoformatowe Oprogramowanie dla wizualizacji

69 Problemy systemów wizualizacji Synchronizacja czasu: Otwartość systemów Prezentacja danych Bezpieczeństwo dyspozytorskich sieci wydzielonych Zdalny dostęp serwisowy Eksploatacja systemu wizualizacji Analiza danych

70 Synchronizacja czasu Odrębna prezentacja Wspólne źródło czasu: DCF77 (Mainingen k. Frankfurtu) GPS Serwery NTP (internet) - drogą pośrednią Dokładność synchronizacji 1s? 0,1 s? Uwzględnienie parametrów czasowych protokołów transmisyjnych Które urządzenia mają być synchronizowane

71 Struktura systemu wizualizacji

72 Otwartość Współpraca systemów róŝnych producentów Specyfikacja protokołów Dostęp do baz danych Testowanie współpracy

73 Prezentacja danych Sprzęt Ekrany LCD Mozaikowe tablice synoptyczne Ekrany wielkoformatowe Oprogramowanie SCADA

74 Tłocznia gazu w Maćkowicach

75 Elementy tablic synoptycznych

76 Oprogramowanie wizualizacji Specjalizowane dla górnictwa: ZEFIR, SD2000, SOLARIS, Monsteer-D Ogólnego przeznaczenia: Paragon, Wizcon, ASIX i inne

77 Monitoring rozdzielni RG-1

78 Plansza systemu wizualizacji Citec SCADA (ENERGOTEST)

79 Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT)

80 Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) rozdzielnia 6kV

81 Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) pole rozdzielcze 6kV

82 Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) zmiana nastaw zabezpieczenia MUPASZ

83 Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) widok szczegółowy pola z wykresami U, I, P, Q

84 Zarejestrowane wartości ciśnienia i przepływu wody w rurociągu ppoŝ (System SMOK SOMAR)

85 Bezpieczeństwo systemów dyspozytorskich Wydzielone sieci dyspozytorskie Serwer lustrzany - inne realizacje? Stanowiska wizualizacji w kopalnianej sieci komputerowej Ocena bezpieczeństwa dyspozytorskich sieci komputerowych

86 Struktura systemu wizualizacji

87 Zdalny dostęp do systemów dyspozytorskich Zestawienie łącza dla potrzeb serwisu Bezpieczny dostęp: Uwierzytelnienie Poufność (szyfrowanie) Integralność Tworzenie i dystrybucja kluczy Realizacja zdalnego dostępu kanał VPN Rejestracja zdalnego dostępu

88 Eksport danych do siedziby producenta lub właściciela urządzenia Problemy podobne jak dla dostępu serwisowego

89 Eksploatacja systemu wizualizacji Podłączanie nowych źródeł sygnałów Modyfikacja plansz Określenie kompetencji: Producent oprogramowania do wizualizacji Realizator aplikacji UŜytkownik Zasady finansowania modyfikacji

90 Analiza danych Definicja danych i plansz dla dyspozytorów i innych stanowisk pracy dyspozytor (obserwator) energomechaniczny Stanowisko do zdalnej obsługi wyłączników Analiza danych dla wspomagania diagnostyki i eksploatacji maszyn i urzązeń

91 Dziękuj kuję za uwagę