- 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
- 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.
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.
- Беспроводные каналы передачи данных широко применяются в системах мониторинга распределенных объектов. Это обусловлено простотой инсталляции и высокой надежностью радиочастотных систем передачи данных.
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.
- 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.
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:
- 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.
- http://www.terraelectronica.ru
- http://www.wireless-e.ru/articles/modems/2010_03_6.php
- http://hostinfo.ru/articles/608/