АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к искрозащищенным и взрывобезопасным коммуникациям и связи и может быть использовано в автоматизированных системах управления и мониторинга, работающих как независимо, так и в составе многоуровневых информационно-управляющих системах, в частности для мониторинга и определения местоположения транспортных средств, перемещаемого оборудования и сотрудников, передачи данных, голоса и промышленных параметров в реальном времени с оконечного оборудования, распределенного на больших территориях, с учетом требований, предъявляемых к таким системам, по надежности доставки данных, например на горнодобывающих и/или промышленных предприятиях.

В настоящее время на горнодобывающих предприятиях, таких как шахты, рудники, и других промышленных объектах, расположенных в замкнутом пространстве, связь осуществляется посредством различных технологий в зависимости от требуемых задач. Так используются совершенно разные устройства и технологии связи, например, с использованием проводных или беспроводных телефонов, линий передачи данных.

Известна система управления, которая содержит диспетчерский центр и аппаратуру потребителя, включающую навигационный приемник с антенной, видеокамеру контроля, аудиосистему, телемонитор и бортовой компьютер (патент US №5504482, кл. G08G 1/123, опубл. 04.04.1996).

Система имеет достаточно сложную конфигурацию и не позволяет осуществлять мониторинг, оповещение и определение местоположения людей в закрытых помещениях.

Наиболее близкой к изобретению является автоматизированная система управления промышленных объектов, содержащая диспетчерский центр управления и подземную часть, расположенную в горной выработке с установленным в ней оборудованием, с возможностью мониторинга работы оборудования (патент GB №2100037, кл. E21F 17/18, опубл. 15.12.1982).

Недостатками такого устройства является отсутствие возможности осуществлять мониторинг, оповещение и определение местоположения людей в закрытых помещениях, что не позволяет удостовериться в приеме сигналов оповещения об аварийности ситуации каждым горнорабочим.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается расширение функциональных возможностей автоматизированной системы управления промышленных объектов за счет обеспечения возможности определения местоположения промышленного оборудования и обслуживающего его персонала с обеспечением защищенного доступа по гибридной (проводной и беспроводной) среде передачи для осуществления мониторинга, управления и сигнализации об аварийной ситуации.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что автоматизированная система управления промышленных объектов содержит наземную часть с диспетчерским центром управления и подземную часть с установленным в ней оборудованием, при этом диспетчерский центр управления наземной части включает: сервер или несколько серверов, автоматизированную систему управления предприятием (АСУ ТП) для диспетчерского управления, сбора данных, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга, контроллер сети для управления, конфигурирования и диагностики элементов сети и их взаимодействия, коммутатор или коммутаторы общепромышленной локальной вычислительной сети (ЛВС) на поверхности и медиаконверторы с искробезопасным оптическим излучением, а подземная часть включает: один или несколько сегментов подземной взрывозащищенной ЛВС, построенных на основе взрывозащищенных коммутаторов Ethernet, радиоподсети или локальных радиосетей (ЛРС), которые посредством радиошлюзов соединены с сегментами подземной ЛВС, при этом каждая радиоподсеть снабжена одним или несколькими радиошлюзами, подключенными к одному и тому же или разным сегментам подземной ЛВС, каждая ЛРС включает в свой состав радиомаршрутизаторы, соединенные между собой и с радиошлюзами проводными интерфейсами RS-422 или по радиоканалу IEEE 802.15.4, коммутаторы сегмента взрывозащищенной ЛВС соединены между собой и по крайней мере с одним медиаконвертором, и с наземной частью посредством оптического интерфейса Ethernet 100 BaseFX с искробезопасным оптическим излучением, радиошлюз подключен к одному из коммутаторов врывозащищенной ЛВС посредством интерфейса Ethernet 10 Base-T, функции приложений АСУ ТП реализуются на оконечных радиоустройствах или радиотерминалах, связь которых с радиомаршрутизаторами и радиошлюзами в зонах покрытия ЛРС обеспечена на основе IEEE 802.15.4, оборудование подключено через цифровые и/или аналоговые интерфейсы к датчикам, исполнительным устройствам и периферийному оборудованию, радиотерминалы выполнены с возможностью поддерживать от одного до нескольких приложений, при этом голосовой радиотерминал в виде переносной рации выполнен с возможностью поддерживать функции определения местоположения, для каждой подсети радиосвязи использован соответствующий кластер электропитания, содержащий: взрывозащищенный источник питания искробезопасного напряжения постоянного тока 12 В, соединенный посредством искробезопасной линии питания напряжением 12 В с взрывозащищенным аккумуляторным источником искробезопасного напряжения 12 В и взрывозащищенным источником питания искробезопасного напряжения постоянного тока 45 В, причем по меньшей мере один взрывозащищенный шлюз радиоподсети и по меньшей мере один взрывозащищенный коммутатор безопасной ЛВС соединены посредством искробезопасной линии питания напряжением 12 В с упомянутым взрывозащищенным источником питания искробезопасного напряжения постоянного тока 12 В, при этом по меньшей мере один взрывозащищенный маршрутизатор радиоподсети соединен посредством искробезопасной линии питания напряжением 45 В с упомянутым взрывозащищенным источником питания искробезопасного напряжения постоянного тока 45 В.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема автоматизированной систему управления промышленных объектов.

На фиг. 2 представлена структурная схема организации электропитания.

Наземная часть автоматизированной системы управления промышленных объектов с диспетчерским центром управления включает: сервер 1 или серверы 1 АСУ ТП для диспетчерского управления, сбора данных, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга, контроллер сети 2 для управления, конфигурирования и диагностики элементов сети и их взаимодействия, коммутатор 3 или коммутаторы 3 общепромышленной ЛВС на поверхности, медиаконверторы 4 с искробезопасным оптическим излучением.

Подземная часть включает: один или несколько сегментов подземной взрывозащищенной ЛВС, построенных на основе взрывозащищенных коммутаторов Ethernet 5, радиоподсети или локальные радиосети (ЛРС), которые посредством радиошлюзов 6 соединяются с сегментами подземной ЛВС.

Любая радиоподсеть может иметь один или несколько радиошлюзов, подключенных к одному и тому же или разным сегментам подземной ЛВС.

Каждая ЛРС включает в свой состав радиомаршрутизаторы 7, соединенные между собой и с радиошлюзами 6 проводными интерфейсами RS-422 или по радиоканалу IEEE 802.15.4 в случае, если проводное соединение RS-422 по каким-либо причинам невозможно.

Коммутаторы 5 сегмента взрывозащищенной ЛВС соединены между собой и по крайней мере с одним медиаконвертором 4 на поверхности, посредством оптического интерфейса Ethernet 100 BaseFX с искробезопасным оптическим излучением (op_ia).

Радиошлюз 6 подключается к одному из коммутаторов 5 врывозащищенной ЛВС посредством интерфейса Ethernet 10 Base-T.

Функции приложений АСУ ТП реализуются на оконечных радиоустройствах или радиотерминалах 8, связь которых с радиомаршрутизаторами 7 и радиошлюзами 6 в зонах покрытия ЛРС обеспечивается на основе IEEE 802.15.4. Промышленное оборудование подключено через цифровые и/или аналоговые интерфейсы к необходимым датчикам 9, исполнительным устройствам 10 и иному периферийному оборудованию. Радиотерминалы 8 могут поддерживать от одного до нескольких приложений. Например, голосовой радиотерминал (рация) 7 может дополнительно поддерживать функции определения местоположения (позиционирования).

Для каждой подсети радиосвязи используется соответствующий кластер электропитания (см. фиг. 2), содержащий: взрывозащищенный источник питания искробезопасного напряжения постоянного тока 12 В, соединенный посредством искробезопасной линии питания напряжением 12 В с взрывозащищенным аккумуляторным источником 11 искробезопасного напряжения 12 В и взрывозащищенным источником питания искробезопасного напряжения постоянного тока 45 В, причем по меньшей мере один взрывозащищенный шлюз радиоподсети 6 и по меньшей мере один взрывозащищенный коммутатор 5 безопасной ЛВС, соединены посредством искробезопасной линии питания напряжением 12 В с упомянутым взрывозащищенным источником питания искробезопасного напряжения постоянного тока 12 В (12V), при этом по меньшей мере один взрывозащищенный маршрутизатор радиоподсети 7 соединен посредством искробезопасной линии питания напряжением 45 В с упомянутым взрывозащищенным источником питания искробезопасного напряжения постоянного тока 45 В.

Взрывозащищенный шлюз радиосети 6 стандарта IEEE-802.15.4 предназначен для создания/расширения зоны радиопокрытия ЛРС и сопряжения ее по искробезопасному интерфейсу Ethernet- 10Base-T со взрывозащищенным сегментом ЛВС-Ethernet. Шлюз радиосети 6 обеспечивает получение кадра данных IEEE-802.15.4 по радиоинтерфейсу или из проводного интерфейса RS-422, идентификацию и продвижение данного кадра по интерфейсу Ethernet 10Base-T в сторону сегмента ЛВС-Ethernet, а также получение кадров из сегмента ЛВС-Ethernet и его продвижение согласно указаниям по маршрутизации. Процедура идентификации кадра позволяет определить, был ли данный кадр получен и обработан ранее. В случае, если данный кадр был получен ранее, то его обработка и продвижение приостанавливается и он отбрасывается. Электропитание взрывозащищенного шлюза радиосети 6 осуществляют по двухпроводной линии искробезопасного напряжения постоянного тока от 12 до 45В.

Взрывозащищенный маршрутизатор радиосети 7 стандарта IEEE-802.15.4 предназначен для создания и расширения зоны радиопокрытия ЛРС. Маршрутизатор радиосети 7 обеспечивает получение кадра данных IEEE-802.15.4 по радиоинтерфейсу или из проводного интерфейса RS-422, идентификацию и продвижение данного кадра по проводному или радиоинтерфейсу в сторону ближайшего доступного шлюза 6 ЛРС или в сторону заданного радиоузла, а именно радиомаршрутизатора 7 и радиошлюза 6 или радиотерминала 8 согласно указаниям по маршрутизации. Процедура идентификации кадра позволяет определить, был ли данный кадр получен и обработан ранее. В случае, если данный кадр был получен ранее, то его обработка и продвижение приостанавливаются и он отбрасывается. Электропитание маршрутизатора радиосети 7 осуществляют по двухпроводной линии искробезопасного напряжения постоянного тока от 12 до 45В.

Алгоритм маршрутизации позволяет строить двунаправленные маршруты от радиошлюзов 6 к радиомаршрутизаторам 7 и радиотерминалам 8 и обратно. Маршруты строятся на основании данных служебных пакетов от радиошлюзов 6 и радиомаршрутизаторов 7 и информации из заголовков информационных пакетов от всех узлов радиосети.

Взрывозащищенный радиотерминал 8 радиосети IEEE 802.15.4 обеспечивает сопряжение с мобильными и стационарными объектами, прежде всего и в основном контроллеров АСУ ТП, блоков мониторинга, которые являются источниками или получателями информации, сетевых кадров сети для их передачи на сервер 1 приложений для дальнейшей обработки. Мониторинг обеспечивается подключением соответствующих сенсоров, датчиков 9, исполнительных устройств 10 и может включать: мониторинг окружающей обстановки, контроля различных физических параметров, параметров и состава окружающей среды и может проводиться точечно в заданной области.

Радиотерминалы 8 обеспечивают прием/передачу данных и имеют в наличии информационные (аналоговые и цифровые) интерфейсы для подключения датчиков 9 напрямую к радиотерминалам 8, при этом используются различные датчики, например детектирующие взрывоопасные и горючие газы (СН₄, СО, Н₂ и др.), датчики задымления, повышенной температуры, давления, влажности и др. Предпочтительно датчики 9 выполнены в искробезопасном и взрывозащищенном исполнении. На радиотерминалах 8 или непосредственно сами датчики 9 могут выполнять первичную обработку данных физических параметров (накопления в памяти, аналого-цифрового преобразования в соответствующий код и др.).

Радиотерминалы 8 производят прием из сети и передачу в сеть пакетов данных, предназначенных для подключенного объекта мониторинга и контроля. В случае наличия подключений датчиков 9 или когда оборудование является терминалом приложения (например: радиостанция, метка позиционирования и т.п.), оно может выполнять роль самостоятельного объекта, т.е. являться источником и получателем пакетов данных сети. Радиотерминалы 8 производят инкапсуляцию пакета, полученного от объекта, в пакет радиоинтерфейса, например, стандарта IEEE 802.15.4 и обеспечивают гарантированную передачу к ближайшему, расположенному в зоне радиовидимости, радиомаршрутизатору 7 ЛРС. При выполнение взрывозащищенного абонентского радиотерминала 8 стационарным его электропитание может осуществляться по двухпроводной линии искробезопасного напряжения постоянного тока от 12 до 45 В. В случае мобильного выполнения абонентского радиотерминала 8 он содержит малогабаритный искробезопасный источник питания. Как вариант радиотерминалы 8 представляют собой индивидуальную радиометку для обслуживающего персонала, которая позволяет определять местоположение сотрудников относительно ближайших, расположенных в зоне радиовидимости, радиомаршрутизаторов 7 ЛРС. Также может использоваться голосовой взрывозащищенный радиотерминал 8 для передачи и приема голосовых и световых сигнальных сообщений.

Применение вышеописанной системы позволяет повысить функциональность и надежность построения систем мониторинга на основе конструктивной, функциональной и программной унификации используемых средств.