Библиографическое описание:

Пискаев К. Ю., Подшивалов В. С., Холькин Е. В. Канал связи для информационной системы учета нефтепродуктов // Молодой ученый. — 2012. — №4. — С. 31-34.


Для предприятий, деятельность которых связана с переработкой и хранением больших объемов нефтепродуктов, учет запасов нефти и ее производных является актуальной задачей. Во-первых, по данным учета нефтепродуктов принимаются решения об уменьшении или увеличении объемов поставок продукции нефтеперерабатывающего комплекса. Во-вторых, для управления технологическими процессами и своевременного обнаружения и устранения утечки опасного для окружающей среды вещества существует необходимость постоянного контроля объема нефтепродуктов в каждом подконтрольном резервуаре.
Разрабатываемая система относится к области радиотехники и предназначена для учета запасов нефтепродуктов на удаленных объектах, расположенных в зоне покрытия сети GSM. Объем оставшихся запасов нефтепродуктов в резервуарах рассчитывается по заданным размерам нефтехранилищ, уровню жидкости, измеряемому с помощью уровнемеров, показаниям расходомеров. Так как исследуемая среда является агрессивной и вязкой, и есть риск засорения или коррозии элементов прибора, для измерения уровня был выбран бесконтактный ультразвуковой метод. Точность и эксплуатационные характеристики ультразвукового метода измерения уровня наиболее полно соответствуют требованиям разрабатываемой системы.
На каждом удаленном резервуаре устанавливается микропроцессорное устройство с интерфейсами ввода информации от датчиков и вывода сигналов на исполнительные устройства. По протоколу UART к микропроцессорному устройству подключается GPRS-модем, который передает и принимает данные, устанавливая связь с общим удаленным диспетчерским компьютером.
На рисунке 1 представлена диаграмма развертывания языка UML проектируемой системы

Рисунок 1 – Диаграмма развертывания языка UML проектируемой системы.

Остановимся подробнее на выборе канала связи. Разрабатываемая система должна использовать беспроводной канал передачи данных, так как во многих случаях подвести проводные линии связи к объекту мониторинга либо чрезвычайно затруднено, либо невозможно физически.
Беспроводные каналы передачи данных широко применяются в системах мониторинга распределенных объектов. Это обусловлено простотой инсталляции и высокой надежностью радиочастотных систем передачи данных.
В промышленных системах мониторинга находят применения практически все стандарты беспроводной передачи данных. Ключевыми факторами, определяющие выбор того или иного беспроводного решения, служат:
– расстояние передачи данных и характеристики пространства;
– скорость передачи информации;
– требование совместимости с существующими стандартами;
– количество работающих устройств в сети.
Использование GSM/GPRS-канала связи для передачи данных в центр обработки данных (ЦОД) является оптимальным решением для разрабатываемой системы, в виду следующих преимуществ:
– неограниченный радиус действия (в пределах зон покрытия сетей GSM);
– открытый протокол АТ-команд или библиотека функций Java ME;
– безопасность передачи информации;
– высокий уровень стандартизации;
– относительно невысокая средняя стоимость оборудования;
– отсутствие необходимости получать лицензию на использование радиоканала.
Основой канала передачи данных является встраиваемый GSM/GPRS модуль TE-WISMO228, разработанный в ООО «Терраэлектроника» на базе GSM-модема WISMO228 компании Sierra Wireless (рисунок 2). Модуль дополнен специализированными алгоритмами обработки АТ команд, суть которых сводится к возможности настройки самостоятельного GPRS подключения к удаленному серверу и реализации «моста» с сервером со сквозным каналом передачи данных по последовательному интерфейсу. Среди преимуществ данного модуля можно выделить низкую стоимость, малые габаритные размеры, широкий диапазон напряжения питания (3,2–4,8 В) и низкий ток потребления в режиме ожидания 1,3 мА. Модем работает в четырех диапазонах GSM. Модуль WISMO228 содержит встроенный TCP/IP-стек, позволяющий работать с протоколами UDP и TCP. TE-WISMO228 имеет возможность подключения как к COM-порту ПК, так и к внешнему микроконтроллеру. Это облегчает знакомство с управляющими AT-командами с помощью терминальных программ.

Рисунок 2 – Встраиваемый модуль TE-WISMO228.

Стандарт GPRS обеспечивает пакетно-ориентированную архитектуру сети для эффективной передачи данных, что позволяет обеспечить постоянное во времени соединение абонента и удаленного сервера, недорогой доступ к сети интернет с системой оплаты не за время соединения, а за фактический объем переданной или полученной информации. В используемом канале связи применяется динамическая IP-адресация.
Динамический IP-адрес позволяет микропроцессорному устройству, подключенному к модему, периодически представлять отчет о текущем состоянии или исключительных ситуациях. В данном случае хост способен отвечать на клиентские запросы, но не может инициировать связь с клиентом. Модему присваивается динамический IP-адрес в Интернете, который периодически меняется при каждом подключении к хосту, поэтому клиентский модем необходимо идентифицировать отдельно при подключении к хосту. Метод, с помощью которого это происходит, специфичен по отношению к приложению или протоколу. Хост должен иметь фиксированный (статический) IP-адрес (или имя домена) в Интернете.
Если выбран тип соединения по TCP (Transmission Control Protocol), связь останется активной в течение всего времени подключения, даже при отсутствии потока данных. В случае UDP (User Datagram Protocol) по истечении периода отсутствия потока данных связь прервется, и модем больше не будет доступен для SCADA на хосте. Это означает, что удаленное устройство должно сообщать данные через определенные промежутки времени или по событию, а также, возможно, периодически осуществлять проверку необходимости связи. В этом случае требуется, чтобы в функционале устройства, соединенного с модемом, присутствовала возможность отправки строк инициализации модема для доступа к GPRS. Используя данный метод, можно передавать данные на множество хостов, меняя назначение IP-адреса в строке инициализации.
Для того чтобы определить возможности и характеристики проектируемого канала связи, а также оптимизировать выходные параметры системы, с помощью интерактивной среды моделирования и анализа динамических систем Simulink среды Matlab была построена и протестирована модель (рисунок 3), имитирующая работу канала связи.

Рисунок 3 – Модель, имитирующая работу канала связи в среде Simulink

Процесс функционирования модели можно представить в виде движения пакетов, генерируемых в подсистеме MU и проходящих последовательно все остальные блоки и подсистемы до тех пор, пока они не достигнут последней подсистемы Server, в которой происходит уничтожение пакетов и вывод их из модели.
Подсистема MU (микропроцессорное устройство) генерирует входной поток пакетов с заданным средним временем и распределением интервалов прихода. В подсистеме Queue (очередь) идет проверка на свободное место в очереди. Если она полна, то заявка уничтожается и считается число заявок, получивших отказ. Иначе заявка поступает в блок Modem, где реализуется имитация передачи пакетов данных в GPRS-сеть. По истечении времени передачи заявка попадает в подсистему GPRSCoreNetwork, где реализуется моделирование обработки пакета устройствами на стороне оператора GSM, со средним временем обслуживания &#;об. Далее пакеты данных поступают в сеть Интернет-провайдера, работу которой имитирует подсистема InternetNetwork. Обслуженные заявки попадают в подсистему Server, в которой производится их уничтожение и вывод из модели.
В результате тестирования модели были выявлены проблемные места разрабатываемого канала связи, среди которых неприемлемое количество потерь пакетов данных при наличии большого количества обслуживаемых объектов и слабого сигнала GPRS, в этом случае необходимо оптимизировать входные параметры модели, среди которых, например, периодичность отправки пакетов данных, выбор уровня мощности для антенн GPRS-модема и т.д. Данные проблемы решаются уже в каждом конкретном случае отдельно, по реальным данным, индивидуально для каждого заказчика системы. В заключение можно сказать, что применение бюджетного модуля TE-WISMO228 позволяет организовать полноценный беспроводной канал связи для информационной системы учета нефтепродуктов при минимальных на это затратах.

Литература:
  1. http://www.terraelectronica.ru
  2. http://www.wireless-e.ru/articles/modems/2010_03_6.php
  3. http://hostinfo.ru/articles/608/


Основные термины (генерируются автоматически): передачи данных, канала связи, учета нефтепродуктов, системы учета нефтепродуктов, пакетов данных, информационной системы учета, канала передачи данных, запасов нефтепродуктов, беспроводной передачи данных, передачи пакетов данных, канал передачи данных, развертывания языка uml, каналы передачи данных, расстояние передачи данных, каналом передачи данных, передачи информации, систем передачи данных, эффективной передачи данных, учета запасов нефтепродуктов, данным учета нефтепродуктов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle