Анализ автоматизированной системы судопропуска

Аннотация

 

Тема выпускной работы бакалавра – «Анализ автоматизированной системы судопропуска Волго-Донского судоходного канала».

Объектом исследования является Федеральное бюджетное  учреждение Волго-Донское государственное  бассейновое управление водных путей и судоходства.

Предмет анализа – информационно-управляющая система  технологической безопасности судопропуска.

Выпускная работа изложена на шестидесяти двух листах, содержит восемь рисунков, шестнадцать ссылок на литературные источники.

Во введении описано общее устройство исследуемого объекта, поставлена цель написания выпускной работы, определены объект и предмет исследования, задачи.

В первой главе выпускной  работы рассмотрена структура информационно-управляющей системы технологической безопасности судопропуска, дана классификация компонентов.

Во второй главе подробно рассмотрено устройство информационно-управляющей системы  технологической безопасности судопропуска. Проанализированы достоинства и недостатки данной системы.

В третьей главе рассмотрен процесс судопропуска поэтапно. Также подробно описана работа контроллера верхней головы левого устоя.

Заключение содержит основные выводы по эффективности и  реализации информационно-управляющей  системы технологической безопасности судопропуска, используемой на шлюзах Федерального бюджетного учреждения Волго-Донского государственного бассейнового управления водных путей и судоходства.   

 

 

 

Содержание

 

Введение           6

1 Описание информационно-управляющей  системы технологической 

   безопасности судопропуска, классификация компонентов  8

   1.1 Конструктивное исполнение ИУС ТБС     9

  1.2 Структура ИУС ТБС        9

  1.3 Классификация контроллеров              10

         1.3.1 Мощность                11

         1.3.2 Область применения              12

         1.3.3 Открытость архитектуры             14

         1.3.4 PC-совместимость               15

         1.3.5 Конструктивное исполнение             17

   1.4 Классификация датчиков, основные требования к ним                  21

         1.4.1 Параметрические датчики             23

         1.4.2 Датчики – генераторы              28

         1.4.3 Микроволновые датчики             31

         1.4.4 Схемы включения датчиков             32

2 Устройство информационно-управляющей  системы  

   технологической безопасности судопропуска            34

   2.1 Описание элементов системы              35

          2.1.1 Программируемые контроллеры            35

          2.1.2 Модули Smart Slice               37

          2.1.3 Программируемые терминалы            37

          2.1.4 Сети и каналы связи               38

          2.1.5. Частотные преобразователи              40

          2.1.6 Датчики                 42

          2.1.7 Система видеоконтроля и видеонаблюдения          46

          2.1.8 Электропитание силового оборудования                  47

          2.1.9 Электропитание цепей управления ИУС ТБС            48

3 Процесс судопропуска                50

  3.1 Защиты и блокировки                  54

  3.2 Контроллер верхней головы левого устоя                     56

         3.2.1 Автоматический режим управления процессом

                  шлюзования                 57

   3.3 Контроллер нижней головы правого устоя                    58

Заключение                 60

Список использованных источников                      61

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Автоматизированная система судопропуска Волго-Донского судоходного канала представлена - информационно-управляющей системой  технологической безопасности судопропуска, разработанной ЗАО «Траскон Технолоджи». На данный момент, рассматриваемая система, установлена и успешно работает на первом, третьем и пятом шлюзах Волго-Донского судоходного канала. Впервые она была установлена и отлажена на первом шлюзе в 2006 году.

ИУС ТБС является аппаратно-программным комплексом, предназначенным для автоматизированного управления процессом судопропуска через судоходные шлюзы Волго-Донского судоходного канала, контроля корректности выполнения операций по маневрированию рабочими механизмами шлюза и регистрации технологического процесса на основании кибернетической модели взаимодействия объекта управления (шлюза) и объекта обслуживания (судна).

На основании сравнения в реальном времени текущего состояния объекта управления - судоходного шлюза и его взаимодействия с объектом обслуживания - судном, система выполняет следующие функции:

• автоматизированное управление процессом судопропуска через судоходные шлюзы;
• контроль корректности выполнения операций по маневрированию рабочими механизмами шлюза;
• контроль безопасности взаимодействия объекта управления (шлюза) и объекта обслуживания (судна);
• регистрации хода технологического процесса;
• формирование информации для верхнего яруса диспетчерского управления движением по каналу;
• техническую диагностику электромеханического оборудования шлюза;
• автоматизированное ведение оперативной документации.

Целями данной работы  является подробный анализ информационно-управляющей системы технологической безопасности судопропуска, рассмотрение способа её реализации на практике, описание основных компонентов.

Для достижения поставленной цели дипломной работы необходимо решить следующие задачи:

- изучить классификацию компонентов, использованных при реализации информационно-управляющей системы;

- охарактеризовать каждый компонент системы и описать его функции;

- изучить работу отдельных компонентов системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание  информационно-управляющей системы  технологической безопасности судопропуска, классификация компонентов

 

1. Конструктивное исполнение ИУС ТБС

 

Оборудование, входящее в состав ИУС ТБС, распределено по зданиям шлюза и установлено в непосредственной близости от объектов управления и датчиков. В системе предусмотрено дублирование (резервирование) основных функций, в результате чего однократный отказ оборудования не приводит к останову выполнения технологического цикла судопропуска.

Оборудование ИУС ТБС монтируется в монтажных шкафах, которые в свою очередь сгруппированы в сборки шкафов, расположенные в зданиях устоев шлюза. При сборке шкафов на объекте обеспечивается герметизация межшкафных швов, и вводов кабелей.

Ввод кабелей силового электропитания, а также сигнальных и оптических кабелей производится снизу, для этого в конструкции шкафов предусмотрен цоколь.

Шкафы устанавливаются на объекте таким образом, чтобы обеспечивался доступ к аппаратам системы. Для шкафов, требующих обслуживания сзади, предусмотрен технологический зазор между стеной и сборкой шкафов.

 

1.2 Структура ИУС ТБС

 

ИУС ТБС представляет собой распределенную трехуровневую систему управления технологическим оборудованием шлюза.

Нижний уровень системы включает в себя датчики, исполнительные устройства, токоприемники технологического оборудования шлюза.

Средний уровень системы базируется на высоконадежных, дублированных промышленных контроллерах и сетевых удаленных модулях передачи сигналов, обеспечивающих как получение сигналов от датчиков, так и выдачу управляющих сигналов на исполнительные элементы системы. Удаленные модули передачи сигналов объединены промышленной сетью DeviceNet.

Для повышения надежности системы все удаленные модули передачи сигналов разделены функционально на четыре сети, при этом сети первая и вторая предназначены для сбора/выдачи сигналов внутри сборок шкафов, а третья  и четвёртая сети предназначены для сбора сигналов с аппаратуры, территориально расположенной вне сборок шкафов.

Контроллеры среднего уровня объединены промышленной сетью Controller Link, представляющей собой оптическое, отказоустойчивое кольцо. Сетевые модули контроллеров резервированы. Каждая сборка шкафов снабжена жидкокристаллическим цветным графическим терминалом, предназначенным для оперативного вывода инженерной и диагностической информации по месту установки сборки шкафов.

Верхний уровень системы содержит пультовое оборудование диспетчерской, шкаф центрального управления с центральным контроллером и компьютер промышленного исполнения. Центральный контроллер отрабатывает общесистемные алгоритмы, формирует задания для контроллеров среднего уровня и осуществляет решение логических задач, связанных с работой оборудования центральной диспетчерской шлюза. Компьютер осуществляет запись и хранение необходимых архивов и ведение журнала событий в режиме реального времени.

 

1.3 Классификация контроллеров

 

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) уже давно и  прочно заняли свою нишу на рынке средств автоматизации. Развитие полупроводниковой элементной базы, разработка новых средств информационного обмена, развитие алгоритмов управления способствует тому, что линейка ПЛК непрерывно расширяется. Многообразие ПЛК с различными функциональными и техническими, конструктивными характеристиками настолько велико, что разработчики систем автоматизации зачастую оказываются перед нелегким выбором: какой контроллер наилучшим образом подойдет для решения той или иной задачи.

 

1.3.1 Мощность

 

Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность  и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Очень часто основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, одновременно, являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы [8]:

- наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до пятнадцати входов/выходов;

- малые контроллеры,  рассчитанные на 15-100 входов/выходов;

- средние контроллеры,  рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов;

- большие контроллеры,  рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;

- сверхбольшие контроллеры,  имеющие примерно от 2000 и более  входов/выходов.

Очень важно отметить, что с ростом мощности контроллера  растёт его цена. Причем при переходе разница по цене между различными классами контроллеров очень значительна. Одна из задач при разработке системы управления – это чётко зафиксировать число входных и выходных сигналов объекта управления, чтобы избежать лишних затрат при выборе контроллера.

1.3.2 Область применения

 

Область применения –  один из наиболее важных признаков  классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

- специализированный контроллер со встроенными функциями

Обычно им является минимальный  по мощности контроллер, программа  действия которого заранее прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат только параметры программы. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Часто такие контроллеры реализуют различные варианты функций регулирования. Основные области применения: локальное управление какой-либо малой технологической установкой или механизмом.

    Так, например, управление нагревом муфельной печи имеет смысл осуществить при помощи отдельного температурного контроллера. Во-первых, контроллер можно будет расположить возле самой печи, что избавит от необходимости далеко вести провода от датчиков, а во-вторых, температурные контроллеры, как правило, имеют органы индикации, которые позволят видеть текущее значение температуры.

-контроллер для реализации логических зависимостей. Главные сферы применения такого контроллера: станкостроение, машиностроение, замена релейно-контактных шкафов во всех отраслях промышленности. Он характеризуется прошитой в его памяти развитой библиотекой логических функций и функций блокировки типовых исполнительных механизмов. Для его программирования используются специализированные языки типа релейно-контактных схем. Набор модулей ввода/вывода у такого контроллера рассчитан, в основном, на разнообразные дискретные каналы. Наиболее простыми представителями данного класса контроллеров являются интеллектуальные реле.

- контроллер, реализующий любые вычислительные и логические функции. Наиболее распространённый универсальный контроллер, не имеющий ограничений по области применения. Центральный процессор контроллера имеет достаточную мощность, разрядность, память, чтобы выполнять как логические, так и математические функции. Иногда, для усиления его вычислительной мощности, он снабжается ещё и математическим сопроцессором (во многих современных процессорах математический сопроцессор интегрирован в сам кристалл). Инструментальные средства для программирования таких контроллеров, как правило, поддерживают несколько языков программирования, таких как язык релейно-контактных схем, функционально-блоковых диаграмм, язык С, Basic, Pascal и тому подобные. Как правило, также предоставляется большая библиотека уже реализованных логических, математических и коммуникационных функций. В состав модулей ввода/вывода входят модули на всевозможные виды и характеристики каналов (аналоговых, дискретных, импульсных и т. д.).