Назначение, основные функции и структура системы.

Информационное обслуживание современных производств является условием их эффективного функционирования и повышенной рентабельности. В понятие «информационное обслуживание» входят: контроль за протеканием технологических процессов, дистанционное управление различными агрегатами и машинами, своевременное оповещение об аварийных ситуациях во всех звеньях производственного цикла, дистанционная охранная сигнализация, возможность обмена оперативной информацией между участниками производственного процесса, передача компьютерной информации. Особенно актуально оптимальное решение данной проблемы для производств рассредоточенного типа, когда их отдельные участки и объекты удалены друг от друга на значительные расстояния - сотни и тысячи километров, а производственные процессы протекают в режиме непрерывного технологического цикла.

В качестве примера таких производств можно назвать:

– газовые и нефтяные промыслы и трубопроводы по перекачке нефти и газа; системы водоснабжения и водоотведения;

– компании по добыче полезных ископаемых: угля, золота, алмазов и т.д., с большим числом рудников и карьеров;

– парки из «малых» и «мини-» гидро- и ветроэлектростанций, расположенные на большой территории, с централизованным управлением;

– обширные стройки и горнообогатительные комбинаты;

– транспортные предприятия, нуждающиеся в непрерывном контроле перевозимых грузов на всем пути их следования;

– мониторинг окружающей среды путем автоматизированного сбора данных с датчиков экологического и метеорологического контроля;

– автоматизированный сбор данных с электрических, газовых и водяных датчиков;

– службы городского хозяйства и т.д.

В перечисленных предприятиях на каждом из объектов производственный процесс протекает как по собственному, внутреннему циклу, так и по связям между объектами: непосредственно или по информационным каналам. При этом возникает необходимость выбора наиболее оптимального и экономически выгодного метода информационного обмена между каждым из объектов и центральным диспетчерским пунктом, руководящим всем процессом в системе.

Протекающие процессы в производствах рассредоточенного типа в информационном аспекте можно свести к следующим функциям:

– контролю состояния и параметров объектов путем считывания показаний с аналоговых, цифровых и релейных датчиков;

– управлению различными агрегатами и машинами: их включению-выключению или дискретному изменению режима работы;

– плавному автоматическому регулированию параметров объекта при изменении задающего воздействия или внешних условий работы;

– охранной сигнализации с дистанционным оповещением;

– обмену текстовой или речевой информацией между обслуживающим объект персоналом и диспетчерским пунктом;

– обмену компьютерной информацией;

– видеонаблюдению за состоянием работы объекта;

– определению географических координат перемещающегося в пространстве объекта.

В большинстве случаев не требуется выполнение полного набора перечисленных функций. Например, в системе экологического контроля необходимо выполнение только первой функции, связанной со считыванием показаний датчиков. В системе контроля за перевозкой грузов транспортными средствами на большие расстояния требуется выполнение двух функций: речевой или факсимильной радиосвязи с водителем и определение географических координат автомашины. В системе управления по радио парком гидроэлектростанций следует реализовать пять функций: телеконтроль, телесигнализацию, телеуправление, телерегулирование и связь. Отметим, что в каждом конкретном случае важно установить полный набор выполняемых производством функций, что предопределяет правильный выбор обслуживающей информационной системы. Анализ перечисленных функций позволяет сформулировать общие требования, которым должны удовлетворять информационно-управляющие системы, обслуживающие современные производства рассредоточенного типа:

– контроль за работой всех рассредоточенных производственных объектов и их управление должны осуществляться с единого центрального диспетчерского пункта (ЦДП);

– этот контроль должен осуществляться в автоматическом режиме, что позволяет организовать непрерывную, круглосуточную работу в обслуживаемом производстве по безлюдной технологии;

– все протекающие технологические процессы в системе должны находиться «под наблюдением» компьютера, являющегося составной частью ЦДП, на который должна стекаться необходимая информация со всех производственных объектов;

– выполнение перечисленных выше информационных функций (телеконтроль, телесигнализация, телеуправление, телерегулирование, связь и т.д.) должно быть взаимно увязано и реализовываться в рамках единой специализированной рабочей программы;

– следует обеспечить надежную телекоммуникационную связь между центральным диспетчерским пунктом и объектами контроля и управления с возможностью передачи необходимого объема информации с определенной скоростью.

Сформулированные требования могут быть положены в основу проектирования информационно-управляющей системы и входящих в нее устройств, в том числе и радиопередатчика.

В производствах рассредоточенного типа можно выделить три типа объектов, на которых устанавливаются радиопередатчики:

– ЦДП, на который стекается вся информация со всех объектов;

– контролируемые пункты (КП) 1-го уровня: стационарные и передвижные производственные объекты, имеющие прямую связь с ЦДП;

– контролируемые, условно «малые» пункты (МП) 2-го уровня: производственные объекты, имеющие связь с ЦДП через один из КП, выполняющего в таком случае роль ретранслятора.

По схеме информационной связи между ЦДП и КП различают три типа структур: радиальную, линейную и радиально-линейную. При радиальной структуре все КП имеют прямую связь с ЦДП (рис. 25.1, а); при линейной - связь с ЦДП осуществляется по «цепочке»: от одного КП к другому, как в радиорелейных линиях связи (рис. 25.1, б); при радиально-линейной - имеются оба вида связей. Во всех трех случаях с каждым из КП может быть связано определенное число дополнительных «малых» объектов контроля МП. Связь между ЦДП и КП обычно двусторонняя, между КП и МП - односторонняя.

Рис. 25.1. Схемы информационной связи между ЦДП и КП

Примером радиальной системы может служить система по сбору информации экологического характера в определенной зоне. Примером линейной системы может являться система по обслуживанию объектов железнодорожного транспорта. Центральный диспетчерский пункт должен включать радиостанцию и компьютер, каждый из КП - радиостанцию (или только радиопередатчик) и контроллер, к которому подключаются датчики контроля и объекты управления (рис. 25.1, в).

Анализ разнообразных производственных процессов показывает, что в большинстве случаев нет необходимости непрерывно сообщать о состоянии объектов с КП на ЦДП. Этот контроль со стороны ЦДП при нормальном протекании технологического процесса на всех объектах может носить дискретный характер с периодичностью от нескольких минут до нескольких часов. И только при возникновении на объектах аварийных или предаварийных ситуаций информация с КП на ЦДП должна поступать практически немедленно по инициативе аварийного КП. Кроме того, следует обеспечить обмен служебной информацией между персоналом КП и ЦДП и одновременную передачу с ЦДП на все КП директивной или иной общей для всех информации. Таким образом, в рассматриваемой многофункциональной системе следует обеспечить четыре режима работы:

– автоматический циклический, при котором информация запрашивается и передается на ЦДП со всех КП в заданном ритме;

– аварийный, при котором сигнал, содержащий сведения о характере аварии на КП, передается немедленно на ЦДП;

– циркулярный, при котором текстовая информация - телетайпное сообщение - передается с ЦДП одновременно на все КП;

– обмен телетайпной информацией между ЦДП с КП.

Пример схемы передатчика мощностью до 50 Вт приведен на рис. 25.3.

Рис. 25.3. Схема передатчика

В передатчике осуществляется двухступенчатая модуляция ЧТ–ИМ. Управляет работой передатчика микропроцессор. С его помощью производятся:

– автоматическое включение и выключение передатчика;

– выбор частоты несущей передатчика;

– кодирование дискретных и аналоговых сигналов, поступающих с контроллера и компьютера;

– ввод в память информации, формируемой с помощью клавиатуры;

– первая ступень модуляции, состоящая в формировании сигналов поднесущих частот - в присваивании логической 1 частоты F₁, а логическому 0 - частоты F₂;

– контроль за работой всех блоков передатчика;

– управление устройствами электронной защиты.

С помощью цифрового синтезатора частот, построенного по схеме с ФАП и делителем с переменным коэффициентом деления (ДПКД), осуществляется:

– формирование рабочей сетки частот с заданным шагом;

– вторая ступень модуляции - частотная модуляция сигналами поднесущих (частоты F₁ и F₂) несущей частоты передатчика с девиацией Df_дев.

Сформированный сигнал с двойной ЧМ усиливается сначала предварительным ВЧ усилителем, а затем выходным усилителем мощности ВЧ сигнала - блоком УМ - ВЧ. Предварительный усилитель может представлять собой ВЧ интегральную схему с коэффициентом усиления в 20…30 дБ. На выходе передатчика устанавливается полосовой фильтр, обеспечивающий подавление побочных составляющих до уровня –60 дБ. С помощью модуля индикации - символьного цифробуквенного индикатора - осуществляется отображение всей передаваемой информации и выполняемых операций.