Opis i konfiguracja sterownika AVR

Juliusz Radoli ski
PPiURE POLDE
Strumie , ul. Kolejowa 21
Tel. 0048601890085
Mail: [email protected]
Opis i konfiguracja sterownika AVR-200 w zastosowaniu do systemów zdalnego nadzoru
skuteczno ci ochrony katodowej
8
Opis diagramu Konfiguracja Sterownika AVR200
AVR200 jest wyspecjalizowanym sterownikiem cz cym w sobie funkcje steruj ce, reguluj ce i pomiarowe. Posiada równie
rozbudowany aparat matematyczny umo liwiaj cy wst pn obróbk i analiz danych pomiarowych.
Komunikacja
Komunikacja ze wiatem zewn trznym odbywa si przez porty #1 i #2, do których do czone s urz dzenia we/wy wyst puj ce
jako opcje. Podstawowa konfiguracja zaznaczona jest na diagramie szarym kolorem. Pozosta e porty i magistrale przeznaczone
do odbierania danych pomiarowych i parametrów wspomagaj cych interpretacj wyników.
W wersji proponowanej do nadzoru skuteczno ci dzia ania ochrony katodowej do portu #1 do czony jest modem SMS/GPRS a
do portu #2 z cze RS232 umo liwiaj ce bezpo rednie po czenie sterownika z komputerem. Wszystkie czynno ci zwi zane z
zaprogramowaniem parametrów pracy sterownika i pobieraniem danych pomiarowych dost pne s za po rednictwem tych
nie urz dze . Z punktu widzenia u ytkownika ich funkcje s identyczne z tym, e z cze RS232 jest nadrz dne i procesor
przekierowuje na nie dane w momencie gdy rozpozna do czony do niego komputer. Rozwi zanie to wyklucza kolizj
sprzecznych danych.
Platforma JAVA
W zastosowanym modemie TC45 firmy Siemens wykorzystana zosta a równie swobodnie programowalna platforma JAVA.
Zaimplementowane oprogramowanie cz ciowo urzeczywistnia redundancyjny model sterownika, w którym –w razie awarii –
inne podzespo y potrafi przej najwa niejsze funkcje yciowe. W naszym rozwi zaniu jednostka centralna CPU i niezale ny
proces uruchomiony na platformie JAVA wzajemnie si nadzoruj i monitoruj podstawowe parametry pracy takie jak zasilanie,
przebieg g ównej p tli programu czy stan zabezpiecze i, w razie konieczno ci, podejmuj przewidziane wewn trznymi
procedurami dzia ania naprawcze. Sprowadzaj si one do podtrzymania, w pierwszej kolejno ci, komunikacji z odleg ym
serwerem w celu powiadomienia o zaistnia ej awarii. W przypadku zaniku zasilania z alternatywnych i odnawialnych róde
energii dzia anie naprawcze mo e si sprowadza do u pienia energoch onnych funkcji sterownika. System automatycznie
powróci do normalnego trybu pracy po zregenerowaniu si ród a.
Ponadto program na podstawie sekwencji wysy anych i odbieranych SMS-ów koryguje okresowo zegar czasu rzeczywistego.
Opcje WLAN i WIFI
Zamiast modemu mo liwe jest zastosowanie modu ów WIFI lub WLAN. Rozwi zanie to umo liwia prac sterownika w
komputerowych sieciach przewodowych i bezprzewodowych. Zastosowanie –wi ksza ilo monitorowanych punktów ochrony
skupionych na ma ym obszarze lub w stacjach ochrony katodowej znajduj cych si w zasi gu dowolnego operatora WIFI lub ISP.
Modu GPS
Opcjonalny modu GPS pe ni funkcj precyzyjnego synchronizatora wewn trznego zegara czasu rzeczywistego i
programowalnego urz dzenia taktuj cego. Modu ten mo e by zainstalowany na sta e w obudowie sterownika lub, w wersji
kompaktowej - jako niezale ne urz dzenie, do czane do sterownika w celu wykonania okresowych pomiarów. Wersja
kompaktowa wyposa ona jest dodatkowo w procesor z odpowiednim oprogramowaniem, z cze RS232 umo liwiaj ce
wprowadzanie nastaw i cznik pr du sta ego.
Zdalny pomiar
Dodatkowy kana odbieraj cy przez cze radiowe wyniki pomiarów z oddalonego s upka pomiarowego umieszczonego w
miejscu do czenia do ruroci gu przewodu wiod cego pr d ze stacji SOK. Zdalny pomiar jest synchronizowany z za czaniem i
wy czaniem pr du.
Wej cia pomiarowe
Sterownik wyposa ony jest w cztery uniwersalne, izolowane galwanicznie wej cia pomiarowe. Ka dy uk ad wej ciowy
obs ugiwany jest przez indywidualny procesor, który na bie co koryguje mierzone warto ci na podstawie tablicy poprawek.
Wysoka cz stotliwo próbkowania (ok. 2000 próbek na sekund ) umo liwia przeprowadzenie analizy spektralnej mierzonego
sygna u i wyliczenie zawartych w nim sk adowych harmonicznych. Obliczenia przeprowadza jednostka centralna pos uguj c si
algorytmem FFT (Fast Fourier Transform z zastosowaniem korekcji okienkowej). Dodatkowo sygna wej ciowy jest
normalizowany przy pomocy odpowiednich filtrów cyfrowych w celu wyeliminowania sporadycznych zak óce nie nosz cych
cech powtarzalnego zjawiska. Zjawiska powtarzalne wychwytywane s specjalnym algorytmem i przekazywane do serwera w
formie histogramów.
Ka dy z kana ów pomiarowych mo e pracowa w czterech trybach: FFT, MEAN, FAST(10 pomiarów na sekund ) i FREE
(1000 pomiarów na sekund ). Tryb FFT najbardziej nadaje si do pomiaru i analizy potencja u za czeniowego i wy czeniowego
gdy niesie w sobie kompleksowa informacj o mierzonym sygnale. Informacja ta zawiera poziom sk adowej sta ej, warto ci
9
poszczególnych harmonicznych (33Hz, 50Hz, 100Hz itd.), warto skuteczn sygna u mierzon w konwencji Thrue RMS i
warto skuteczn sk adowej zmiennej.
W trybie MEAN uzyskujemy u rednion warto sygna u i wyeliminowanie wp ywu sk adowej zmiennej –wynik, cho
uzyskiwany inn metod , odpowiada zerowej sk adowej szeregu Fouriera. Tryby FAST i FREE mog s
do uzyskania
oscylogramów stanów nieustalonych w trakcie za czania i wy czania pr du. W trybie FREE mo liwe jest równie przes anie do
serwera oscylogramu sygna u wej ciowego trwaj cego 60ms.
Pami FLASH
W pami ci FLASH 32MB zosta y wydzielone cztery obszary:
- podstawowy, w którym gromadzone s wyniki pomiarów w zadanych odst pach czasowych,
- dwa pomocnicze zamkni te w p tle zbieraj ce na przemian pomiary w odst pach 1 minutowych z mo liwo ci
„zatrza ni cia”w momencie awarii,
- obszar logu, w którym zapisywane s zmiany w nastawach i awarie.
Dost p do danych umo liwia z cze RS232 lub modem pracuj cy w trybie GPRS bez sta ego IP. Transmisja inicjowana jest
przes aniem SMS-a zawieraj cego odpowiedni kod.
Wej cia logiczne
Cztery wej cia logiczne monitoruj ce np. zamkni cie i otwarcie drzwi stacji lub stany innych uk adów zabezpieczaj cych.
Wyj cia logiczne
Cztery wyj cia steruj ce np. za czaniem i wy czaniem stacji itp.
Wyj cie analogowe
Wyj cie analogowego sygna u steruj cego stacj pracuj
w trybie potencjostatu lub galwanostatu.
Kody steruj ce
Sterownik rozró nia oko o 50 rozkazów steruj cych w postaci 00X do FFX wraz z towarzysz cymi im parametrami. Kody te
generowane s przez odpowiednie oprogramowanie komunikacyjne i mog by przesy ane w postaci sekwencji bezpo rednio z
klawiatury komputera lub za pomoc SMS-ów. Dostarczany z urz dzeniami program komunikacyjny umo liwia dialogowe
tworzenie sekwencji kodów steruj cych. Mo liwe jest równie prze czenie sterownika w tryb ograniczonej listy rozkazów
„verbose”, w którym pytania i odpowiedzi przekazywane s w standardzie ASCII umo liwiaj cym bezpo redni dialog np.
sterownik –telefon komórkowy (tak zosta y zaprogramowane egzemplarze pokazowe). Odpowiedzi sterownika w trybie „non
verbose”s szyfrowane kluczem 8-mio bitowym.
Juliusz Radoli ski,
W Strumieniu, 4. pa dziernika 2005 roku
10
Juliusz Radoli ski
PPiURE POLDE
Strumie , ul. Kolejowa 21
Tel. 0048601890085
Mail: [email protected]
Specyfika monitorowanych obiektów i wybrane aspekty komunikacji modu ów AVR-200 w
systemach zdalnego nadzoru skuteczno ci ochrony katodowej
Poni ej opisane zosta y specyficzne cechy proponowanego systemu, wyró niaj ce go w ród innych systemów akwizycji. Jest to,
po pierwsze - system wyspecjalizowany do obs ugi ochrony katodowej, po drugie –modu y AVR200 przystosowano do
zainstalowania w istniej cych, klasycznych stacjach ochrony katodowej lub drena ach. Oczywi cie nie stanowi te problemu
zainstalowanie tych urz dze w stacjach nowego typu.
1.Specyfika monitorowanych obiektów.
Zjawiska zachodz ce w trakcie dzia ania aktywnej ochrony katodowej maj charakter wolnozmienny. Oznacza to tyle, e
je eli ochrona przebiega prawid owo to nie ma potrzeby ci ego przekazywania chwilowych warto ci ledzonych
parametrów do centrum dyspozytorskiego. Operatorowi mo e zale
natomiast na zaobserwowaniu d ugoczasowych trendów
wynikaj cych z naturalnego procesu starzenia si izolacji ruroci gu. Nawet relatywnie krótkotrwa e trendy spowodowane np.
zmianami warunków zewn trznych (pogoda) mo na wystarczaj co precyzyjnie odwzorowa na podstawie np. cogodzinnych
pomiarów –lecz, w tym przypadku, mówimy jedynie o przeprowadzeniu wyrywkowego i niezbyt cz sto wykonywanego
badania - a nie o nieustannej transmisji potoku danych. Z naszych do wiadcze wynika, e pomiar wykonywany raz na dob
jest w przypadku wi kszo ci obiektów wystarczaj cy. Powy sze stwierdzenie dotyczy - jak wspomniano - prawid owych i
oczekiwanych zachowa monitorowanego obiektu. Jedynie zachowania nieoczekiwane –awarie, musz by wychwycone i
przekazane do centrum w jaknajkrótszym czasie. Maj c to na uwadze przyj li my jednominutowy cykl pomiarowy oraz 24godzinny cykl przesy ania zbiorczej informacji opisuj cej prawid ow prac obiektu w minionej dobie. Dzi ki temu
informacja o awarii mo e by przekazana niemal natychmiast, a informacja zbiorcza, do celów statystycznych - raz na dob .
2.Bardzo ma a obj to danych pomiarowych.
Wst pne przetwarzanie danych pomiarowych i rozbudowany aparat matematyczny zaimplementowane w module AVR200
sprawiaj , e czna obj to przesy anych danych w ci gu doby nie przekracza kilkuset bajtów. W zale no ci od potrzeb
klienta sprowadza si to do przes ania dobowego sprawozdania przy pomocy kilku SMS-sów. Sprawozdanie mo e zawiera
warto ci rednie, minima i maksima, histogram oraz potencja y wy czeniowe zarejestrowane w ka dej godzinie minionej
doby.
3.Odporno na okresowe zanikanie sygna u radiowego.
Stacje ochrony
katodowej cz sto znajduj si z dala od szlaków komunikacyjnych i zabudowanych obszarów. S to rejony s abego lub
zanikaj cego sygna u GSM i wr cz braku mo liwo ci nawi zania czno ci GPRS. Modu y AVR200 potrafi wykorzystywa
okresy lepszej propagacji sygna u radiowego do przesy ania danych.
4.Mo liwo korzystania z telefonu komórkowego.
ytkownik mo e, korzystaj c z
telefonu komórkowego, przes do wybranej stacji polecenia za czenia i wy czenia pr du, pliki konfiguracyjne a tak e
pobra dane pomiarowe. Jest to istotn zalet podczas pomiarów w terenie (np. pomiar zasi gu dzia ania stacji). Wybrany
telefon komórkowy mo e te by jednym z adresatów komunikatów alarmowych.
11
W powy szym diagramie przedstawi em ogólny schemat komunikacji pomi dzy modu ami pomiarowo-rejestruj cymi AVR200 a
reszt wiata. Pokazane jest tak e cze z Pa stwa serwerem.
cze to mo e wykorzystywa dowolny, ustalony wspólnie protokó –na przyk ad GAZMODEMII. Opcjonalnie umie ci em
mo liwo obej cia naszego serwera –tak na wszelki wypadek. Wszelkie dane (kody steruj ce) dotycz ce sposobów komunikacji
z modu ami AVR200 zostan oczywi cie udost pnione Pa stwu w momencie uruchomienia pierwszej instalacji.
12
W powy szym diagramie przedstawi em ogólny schemat komunikacji pomi dzy modu ami pomiarowo-rejestruj cymi AVR200 a
reszt wiata. W wersji pilota owej Klient uzyskuje pe ny, uwierzytelniany indywidualnym has em, dost p do danych z
dowolnego terminala do czonego do Internetu. Przesy ane dane s kodowane.
W podstawowej ofercie - Pakiet AVR200COM - proponujemy dobowy cykl od wie ania bazy danych znajduj cej si w serwerze
POLDE. W ramach od wie ania uzupe niane s warto ci rednie, minima i maksima oraz potencja y wy czeniowe z ka dej
godziny minionej doby. Ponadto w ka dym urz dzeniu generowany jest histogram dobowy, który równie umieszczany jest w
serwerze. Wraz z baz danych udost pniamy Pa stwu narz dzia do wizualizacji i obróbki matematycznej gromadzonych danych.
Oprogramowanie umo liwi równie generowanie okresowych raportów w uzgodnionym formacie.
Juliusz Radoli ski
W Strumieniu, 4. pa dziernika 2005 roku
13