Politechnika Śląska Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa Monitoring górniczych procesów technologicznych Opracował: dr inŝ. Kazimierz Miśkiewicz
Systemy dyspozytorskie w kopalni
Systemy dyspozytorskie lata 80 XX wieku
Ogólna struktura systemów monitorowania i wizualizacji
Dyspozytornia z systemem wizualizacji ZEFIR
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)
Inne prezentacje Decybele prezentacja Kable miedziane prezentacja Technika światłowodowa - prezentacja
ROK-6EM/Od + MUPASZ 2001G jako źródło danych
Rozdzielnica PREM-G1 + multimuz
Czujnik kontaktronowy, Czujnik prądu CPE jako źródło danych
Sterownik kombajnu źródło danych
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)
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
System FOD-900 podział częstotliwości Okres odświeŝania 0,8s
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/1 650 635 2 NKTm-u/2 695 680 3 NKTm-u/3 740 725 4 NKTm-u/4 790 775 5 NKTm-u/5 845 830 6 NKTm-u/6 900 885 7 NKTm-u/7 960 945 8 NKTm-u/8 1025 1010 9 NKTm-u/9 1095 1080 10 NKTm-u/10 1250 1230 11 NKTm-u/11 1340 1320 12 NKTm-u/12 1440 1420 13 NKTm-u/13 1530 1510 14 NKTm-u/14 1625 1605 15 NKTm-u/15 1860 1840 16 NKTm-u/16 1980 1960 17 NKTm-u/17 2120 2100 18 NKTm-u/18 2260 2240 19 NKTm-u/19 2410 2390 20 NKTm-u/20 2580 2560 21 NKTm-u/21 2765 2745 22 NKTm-u/22 2970 2950 23 NKTm-u/23 3060 3040 24 NKTm-u/24 3165 3145 25 NKTm-u/25 3270 3250 26 NKTm-u/26 3370 3345 27 NKTm-u/27 3475 3455 28 NKTm-u/28 3575 3550 29 NKTm-u/29 3665 3640 30 NKTm-u/30 3775 3750
Sygnały DTMF (dual tone mulifrequency)
System UTS-2 SDA stacja dołowa analogowa (do 2szt.) 0,4 2V SDW stacja dołowa wykonawcza (do 8szt.) SDD stacja dołowa dwustanowa (do 8szt.)
Transmisja szeregowa Transmisja bajtu (8 bitów) Bit startu 8 bitów danych (5 do 8 bitów) Bit kontrolny (parzystości nieparzystości) - opcja Bity stopu (cisza) 1, 1.5 2 bity stopu Przepływność 300, 600, 1200, 2400 115000b/s
Kontrola nieparzystości
Standard RS232 Transmisja niesymetryczna 15V do +15V Odległość do 15 m Transmisja punkt - punkt
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)
Modemy wąskopasmowe
Modemy wąskopasmowe (modulator, demodulator) Zamiana bitów na sygnał z modulowana fazą i amplitudą lub częstotliwością Pasmo 300 3400 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
ASK amplitude shift keying kluczowanie amplitudy s ygnal modulujacy 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 t, ms s ygnal zmodulowany 4 2 0-2 -4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 t, ms
FSK frequency shift keying kluczowanie częstotliwości 1 s ygnal modulujacy 0.5 0-0.5-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t, ms s ygnal zmodulowany 2 1 0-1 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t, ms
PSK phase shift keying kluczowanie fazy - czterowartościowe 6 4 faza s ygnalu [rd] 10 01 11 00 duobity 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t, ms s ygnal zmodulowany, s ygnal nos ny --- 2 1 0-1 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t, ms
kluczowanie amplitudy i fazy
Rzeczywisty przebieg napięcia z modemu
Modemy kombajnowe wraz ze sprzęgiem transformatorowym
Modemy telefoniczne (iskrobezpieczne) SM-AM5 - SOMAR Iskrobezpieczny dla linii dzierŝawionych 2400 33600 b/s Zasięg do 20 km RS422/485 IMC-2X - ATUT
Zastosowanie modemu do monitorowania i sterowania pola ROK-6xxx
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
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
CRC cyclic redundancy check (cykliczny kod nadmiarowy) Wykrywa wszystkie paczki błędów długość <=r wykrywa większość paczek błędów długości >r
Modemy szerokopasmowe Brak ograniczenia częstotliwości do 3400Hz Ograniczenie częstotliwości wynika z charakterystyki tłumienności kabla telekomunikacyjnego Specjalne rodzaje modulacji Rodzaje HDSL SHDSL ADSL VDSL
Modemy HDSL modulacje High bit rate Digital Subscriber Line Modulacja 2B1Q transmisja par bitów Widma w systemach HDSL Modulacja CAP64 transmisja grup 6-bitowych
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
Modemy SHDSL Single pair High bit rate Digital Subscriber Line Równe przepływności w obu kierunkach Przepływność regulowana 200 2328 kb/s Stosowana modulacja TC-PAM (modulacja amplitury z kodowaniem kratowym)
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)
Modemy ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Przykład architektury systemu z modemami ADSL
Modemy VDSL Very high speed Digital Subsriber Line Podział pasma w systemach VDSL1
Modemy VDSL Very high speed Digital Subsriber Line Podział pasma w systemach VDSL2
Modemy VDSL Very high speed Digital Subsriber Line Podział pasma na pasma elementarne w systemach VDSL
Zasięgi systemów VDSL
Modem SHDSL WESTERMO DDW-225 (moŝe pracować w pętli)
Modem SHDSL WESTERMO DDW-225 (zasięg)
Modemy DDW-225 w pętli redundancja zwiększenie niezawodności FRNT - fast re-configuration of networks topology Zastosowanie - KGHM
Multiplekser HYDRA (TRANZTEL) (multiplekser RS485)
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.
Przykład zastosowania multipleksera HYDRA
Lokalne sieci komputerowe (standard 802.3 - 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)
Format ramki 802.3 Preambuła ciąg 0, 1, SFD bajt kończący preambułę Adresy 6 bajtów (MAC Media Access Control) FCS 4 bajty kontrolne (CRC Cyclic Redundancy Check)
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
Sieć o topologii gwiazdy
Sieć o topologii drzewa
Sieć z przełącznikami o topologii pierścienia redundancja zwiększenie niezawodności
Sieć z routerem
Adresy w sieciach MAC unikalny numer nadany przez fabrykę (układu scalonego) IP adres protokołu sieciowego 4 liczby z zakresu 0 255 np. 192.168.1.1 adres kaŝdego urządzenia w sieci musi być unikalny
BCOM switch-8/2 bateria 8h 8 portów FX 1 port TX moŝliwość tworzenia pierścienia
MTL 9466 ET iskrobezpieczny zarządzalny switch
Switch ISE-3FX firmy ATUT 3 porty światłowodowe transmisja WDM 1 włókno dla obu kierunków Wykonanie A lub B, Ŝeby pasowały kierunki
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
Systemy SDH Ramki co 125 µs STM-1 - pojedyńcza ramka 19440 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)
FOX-515 widok kasety multipleksera
FOX realizacja transmisji z protokołem Ethernet
Prezentacja na temat telewizji CCTV
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)
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
Problemy systemów wizualizacji Synchronizacja czasu: Otwartość systemów Prezentacja danych Bezpieczeństwo dyspozytorskich sieci wydzielonych Zdalny dostęp serwisowy Eksploatacja systemu wizualizacji Analiza danych
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
Struktura systemu wizualizacji
Otwartość Współpraca systemów róŝnych producentów Specyfikacja protokołów Dostęp do baz danych Testowanie współpracy
Prezentacja danych Sprzęt Ekrany LCD Mozaikowe tablice synoptyczne Ekrany wielkoformatowe Oprogramowanie SCADA
Tłocznia gazu w Maćkowicach http://www.zpas.pl/obr/zpasnetpl/tablice/przyklady/9pl.htm
Elementy tablic synoptycznych
Oprogramowanie wizualizacji Specjalizowane dla górnictwa: ZEFIR, SD2000, SOLARIS, Monsteer-D Ogólnego przeznaczenia: Paragon, Wizcon, ASIX i inne
Monitoring rozdzielni RG-1
Plansza systemu wizualizacji Citec SCADA (ENERGOTEST)
Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT)
Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) rozdzielnia 6kV
Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) pole rozdzielcze 6kV
Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) zmiana nastaw zabezpieczenia MUPASZ
Plansza systemu wizualizacji SAURON (RNT) widok szczegółowy pola z wykresami U, I, P, Q
Zarejestrowane wartości ciśnienia i przepływu wody w rurociągu ppoŝ (System SMOK SOMAR)
Bezpieczeństwo systemów dyspozytorskich Wydzielone sieci dyspozytorskie Serwer lustrzany - inne realizacje? Stanowiska wizualizacji w kopalnianej sieci komputerowej Ocena bezpieczeństwa dyspozytorskich sieci komputerowych
Struktura systemu wizualizacji
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
Eksport danych do siedziby producenta lub właściciela urządzenia Problemy podobne jak dla dostępu serwisowego
Eksploatacja systemu wizualizacji Podłączanie nowych źródeł sygnałów Modyfikacja plansz Określenie kompetencji: Producent oprogramowania do wizualizacji Realizator aplikacji UŜytkownik Zasady finansowania modyfikacji
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
Dziękuj kuję za uwagę