Разработка систем телеметрии с применением технологии беспроводной передачи данных

1 апреля 2010

Sierra WirelessстатьяGSMwireless

Более десяти лет специалисты нашей компании являются системными интеграторами в области автоматизации промышленных объектов повышенной опасности в коммунальном и бытовом секторах производства.

Интеграция происходит по принципу «если есть готовое хорошо отработанное решение с перспективой развития — то мы его применяем, если нет — то в дело вступают наши разработки».

Компанией разработаны и успешно внедрены более чем на 2000 объектах автономные комплексы телеметрии «АКТЕЛ». Необходимость разработки данного комплекса была вызвана, в первую очередь, отсутствием на рынке подобного продукта. Данный комплекс предназначен для непрерывного локального и дистанционного контроля технологических параметров объектов, осуществляющих транспортировку и распределение теплоэнергоносителей без электропитания, а именно: сбор, регистрацию и передачу электрических сигналов с датчиков (датчики температуры, давления, расхода, положения и т.д.), первичных и вторичных преобразователей на ПЭВМ «верхнего уровня» — так называемый пульт управления (или диспетчерский пункт). Комплексы «АКТЕЛ» выполняются в обычном и во взрывозащищенном корпусе (тип «взрывонепроницаемая оболочка»).

Готовым решением является комплекс телеметрии «АКТЕЛ» на базе контроллеров АКСИ. За основу коммуникационного модуля была взята разработка фирмы Sierra Wireless — беспроводной процессор Q2686/2687. Он включает в себя 32-разрядный микроконтроллер, приемопередатчик GSM, множество внешних шин данных. Этот процессор является ядром разработанной системы, осуществляющим все коммуникационные функции и основную логику работы с измерительными преобразователями.

Примером наиболее активного внедрения таких комплексов телеметрии на сегодняшний день является участие в реализации проекта «Автоматизированная система коммерческого учета газа» ООО «МЕЖРЕГИОНГАЗ» (АСКУГ).

Основная цель, которая ставится при реализации программы АСКУГ — это, прежде всего, достижение экономической эффективности проекта за счет внедрения систем оперативной передачи достоверных данных о параметрах потребления газа и состоянии технологического оборудования для обеспечения безопасной эксплуатации объектов повышенной опасности, какими и являются узлы учета газа.

Таким образом, для решения поставленных задач были сформулированы следующие основные требования:

  • Построение территориально-распределенной системы, позволяющей производить сбор данных от всех категорий потребителей, проводить обработку данных и их передачу возможным получателям, в том числе автоматизированным системам более высокого уровня управления;
  • Применение современных технологий в области организации связи и передачи информации между компонентами системы;
  • Использование в качестве каналов передачи данных уже существующей инфраструктуры провайдеров связи (в том числе и стандарта GSM), включая техническую поддержку и сервисное сопровождение;
  • Возможность добавления существующих объектов, оснащенных местными АСУ, в создаваемую систему сбора и передачи данных с минимальными дополнительными расходами средств на проведение реконструкции и модернизации этих объектов;
  • Оптимизирование затрат на сервисное обслуживание системы за счет использования технологии удаленного администрирования системы, в том числе настройки параметров измерительных комплексов и обновления программного обеспечения компонентов системы;
  • Соответствие промышленным стандартам передачи данных- OPC, МЭК, HART и т.п.;
  • Обеспечение отказоустойчивости системы с применением резервирования особо ответственных узлов системы;
  • Гибкость подхода к составу и функциональности оборудования автоматизации объектов полевого уровня, в зависимости от типов объектов и категорий потребителей;
  • Обеспечение изделий, использованных в качестве компонентов системы, длительным (не менее 5…10лет) периодом выпуска в промышленных масштабах.

Общая структура построения автоматизированной системы сбора данных

 

Рис. 1. Общая структура построения автоматизированной системы сбора данных

 

Уже в самом начале реализации проекта (с 2004 г.) в качестве среды передачи данных от узлов учета расхода газа была выбрана сотовая связь стандарта GSM900/1800, как наиболее распространенная и доступная инфраструктура на территории Российской Федерации.

Как правило, современные измерительные комплексы учета расхода газа оснащаются цифровыми интерфейсами передачи данных (в основном последовательными интерфейсами RS-232/422/485), некоторые из них позволяют работать с GSM-терминалами с помощью АТ-команд, что позволяет им инициативно устанавливать соединение с пультом управления (диспетчеризации).

В качестве устройств приема и передачи данных нами были выбраны GSM-модемы Sierra Wireless Fastrack M1306B, которые устанавливались на приборы учета расхода газа и обеспечивали передачу данных в режиме CSD (GSM Data), а терминальное программное обеспечение, поставляемое с измерительными комплексами, позволяло считывать данные учета с однотипных приборов.

Одна из трудностей, с которыми столкнулась наша компания при реализации проекта на этой стадии, заключалась в интеграции разнотипных приборов учета расхода газа в единую систему диспетчеризации. Как правило, с каждым типом приборов учета поставляется терминальное программное обеспечение, а вот интеграционное программное обеспечение (например, OPC-сервер) иногда вообще не предусмотрено производителем, что создает дополнительные сложности. Терминальное программное обеспечение является продуктом «в себе» — т.е. данные от прибора учета можно получить только в виде файла для последующей распечатки. Единственным эффективным решением проблемы интеграции разнотипного оборудования стала разработка универсального программного сервиса — сервера ввода/вывода, позволяющего работать с разнотипными приборами (в т.ч. и по каналам связи стандарта GSM в режиме CSD), преобразовывая собственные протоколы в единый протокол стандарта OPC.

C появлением и широким распространением реализации протокола GPRS и платформы нового поколения GSM-терминалов серии Sierra Wireless Fastrack SUPREME 10/20 появилась реальная возможность решить вышеизложенную проблему более эффективным и экономичным способом, а именно — реализовать сервер ввода/вывода (т.н. «драйвер устройства») на уровне GSM-терминала, а данные передавать в едином принятом формате протокола обмена — например, в формате протокола MODBUS в реализации его под TCP/IP (рис. 2).

Структура программного взаимодействия контроллера АКСИС

 

Рис. 2. Структура программного взаимодействия контроллера АКСИС

Технические характеристики GSM-терминалов серии Sierra Wireless Fastrack SUPREME 10/20, а также развитая система программирования Sierra Wireless OpenAT® Software Suite позволили реализовать задуманное наилучшим образом! А технология DOTA® позволила оперативно вносить изменения в программное обеспечение GSM-терминалов, не выезжая непосредственно на объект телеметрии.

Применение GSM-терминала серии Sierra Wireless Fastrack SUPREME 10/20 с реализованным нашей компанией специальным программным обеспечением (коммерческое название «Контроллер телеметрии АКСИС») позволило гибко интегрировать измерительные комплексы учета расхода газа различных типов в единое информационное пространство прикладного программного обеспечения «верхнего уровня», а применение стандартного протокола обмена данными и OPC-сервера позволило исключить зависимость от конкретного производителя измерительных приборов.

Одним из требований коммерческого учета газа является получение РГК-архивов, формирующихся прибором учета и недоступных для передачи в стандарте OPC DA. Эта задача была решена реализацией поддержки передачи данных в формате протокола FTP.

Архивы прибора (часовой, суточный и нештатных ситуаций) закачиваются в память контроллера в виде структурированных XML-файлов, которые и передаются на FTP-сервер РГК, где упаковываются в БД-формат SQL и откуда публикуются в виде отчетных документов на корпоративном WEB-портале, а также предоставляются в автоматизированные системы более высокого уровня управления предприятием (рис. 3).

Структура обмена данными

 

Рис. 3. Структура обмена данными

Таким образом, единственным требованием, которое предъявляется к центральному серверу сбора данных, является наличие статического IP-адреса, причем для организации закрытой сети может применяться технология VPN-каналов, которая в настоящий момент широко доступна для реализации большинством операторов связи.

Разработанное программное обеспечение позволяет работать с разнообразным внешним оборудованием, в т.ч. с приборами учета расхода газа и измерительными комплексами, выполненными на их основе. Поддерживаются более десятка приборов учета (вычислителей-корректоров) расхода газа как отечественных производителей (Эльстер Газэлектроника, Теплоком, Логика, СофтиГаз, Вымпел, Турботрон и т.д.), так и иностранных (Emerson, Elgaz, Actaris и т.д.).

Выполняя требования, предъявляемые к комплексам телеметрии сложных узлов учета газа (контроль дополнительных параметров газоснабжения и безопасности эксплуатации газового оборудования, таких как перепад давления на счетчике газа и фильтре, температура в помещении, сигнализация загазованности, контроль доступа и т.п.), было принято решение создать собственный контроллер телеметрии, используя в качестве платформы беспроводной процессор Sierra Wireless серии Q2686/2687.

Контроллер телеметрии получил имя АКСИ-1. Он обладает следующими характеристиками:

  • одновременное измерение шести токовых сигналов с датчиков, имеющих стандартный токовый выход 4…20мА, подключенных по двухпроводной и трехпроводной схемам;
  • ввод и обработку шести дискретных сигналов (концевые выключатели, сигнализаторы, состояние электросилового и охранного оборудования и т.п.);
  • ввод и обработку шести частотно-импульсных сигналов (подключаемых к дискретным входам контроллеров);
  • подключение внешних устройств по интерфейсу RS-232;
  • встроенный telnet-сервер (рис.4), доступный как по локальному порту, так и по дистанционному подключению в режимах GPRS и CSD, позволяет в удобной визуальной форме задавать параметры связи с «верхним уровнем», вносить управляющие воздействия в параметры измерений и пр.

TELNET-сервер настройки контроллера АКСИ-1

 

Рис. 4. TELNET-сервер настройки контроллера АКСИ-1  

Для сигнализации аварийных ситуаций, возникающих на объекте телеметрии (превышение пределов аварийных границ измеряемых параметров, срабатывание датчиков загазованности, охраны периметра и т.п.) контроллер позволяет установить связь с пультом управления в режиме «on-line», а также зафиксировать возникновение ситуации в собственном журнале событий, который также доступен по FTP.

Дальнейшим развитием контроллера АКСИ-1 стал контроллер АКСИ-2 (рис. 5), в котором реализована функция энергосбережения, что позволило применять комплексы телеметрии на объектах газопотребления без внешнего энергоснабжения.

Контроллер телеметрии АКСИ-2

 

Рис. 5. Контроллер телеметрии АКСИ-2

Контроллеры АКСИ-2 обеспечивают работу в двух режимах:

1) от внешнего стабилизированного источника питания постоянного тока 24 В (аналогично режиму работы АКСИ -1);

2) энергосберегающий режим от внешнего элемента питания (21 В, 17 А), не входящего в состав контроллеров, за счет управления питанием внутренних и внешних цепей контроллеров.

Время работы контроллеров АКСИ-2 без замены внешнего элемента питания зависит от количества опросов подключаемых датчиков и числа сеансов связи с сервером сбора данных «верхнего уровня» и составляет не менее пяти лет при частоте опроса один раз в сутки.

На базе контроллеров серий АКСИ в настоящий момент производятся несколько модификаций, которые в составе комплексов телеметрии АКТЕЛ позволяют реализовывать специфические задачи, такие как управление крановыми узлами, станциями электрохимической защиты и т.п. Данные комплексы, особенно в автономном и взрывозащищенном исполнении, находят широкое применение в системах обеспечения безопасной эксплуатации газораспределительных объектов, прежде всего в шкафных редуцирующих пунктах (ШРП) и пунктах учета газа (ПУГ) (рис. 6) без внешнего электроснабжения и наличия взрывобезопасного помещения для размещения оборудования.

 

Размещение комплекса АКТЕЛ в ШРП

 

Рис. 6. Размещение комплекса АКТЕЛ в ШРП

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: wireless.vesti@compel.ru

 

•••

Наши информационные каналы

О компании Sierra Wireless

Канадская компания Sierra Wireless, основанная в 1993г., — один из мировых лидеров в разработке решений для беспроводной передачи данных, беспроводных модемов для мобильных компьютеров и М2М, ведущий разработчик и производитель продуктов на основе новейших технологий 3G, GSM/GPRS/EDGE, Ethernet и WLAN. Sierra Wireless - ключевой поставщик на рынке ведущих мобильных сетевых операторов, а также - производителей оборудования для мобильных компьютеров, сетевой и промышленной автоматизации и энер ...читать далее