BEZPRZEWODOWE PRZESYŁANIE DANYCH W SYSTEMACH MONITOROWANIA I DIAGNOSTYKI NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 63 Politechniki Wrocławskiej Nr 63 Studia i Materiały Nr Krzysztof P. DYRCZ* diagnostyka maszyn i napędów elektrycznych bezprzewodowe przesyłanie danych, GSM, GPRS BEZPRZEWODOWE PRZESYŁANIE DANYCH W SYSTEMACH MONITOROWANIA I DIAGNOSTYKI NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH W artykule przedstawiono opis prototypowego systemu do bezprzewodowego przesyłania danych w systemach diagnostyki maszyn i napędów elektrycznych. Do budowy systemu użyto dedykowanych urządzeń pomiarowych i sterujących, natomiast do bezprzewodowego przesyłania danych wykorzystano nowoczesne modemy telemetryczne pracujące w sieci GSM/GPRS. Opisano poszczególne elementy systemu, sposób ich wykorzystania oraz zaprezentowano oprogramowanie narzędziowe sterujące systemem akwizycji i przesyłania danych. 1. WSTĘP Obserwowany w ostatnich latach szybki rozwój układów zdalnego sterowania i monitorowania urządzeń spowodował, że coraz szersze zastosowanie znajdują bezprzewodowe systemy przesyłania danych. Są one używane zwłaszcza w sytuacjach, gdy sterowany i monitorowany system ma charakter rozproszony, z dużą ilością urządzeń oddalonych od siebie na znaczne odległości. Przykładem takiego systemu może być sieciowa oczyszczalnia ścieków współpracująca z dużą liczbą przepompowni, gdzie ze względu na specyfikę pracy bardzo ważny jest ciągły dostęp do aktualnych informacji z jednostek rozproszonych (przepompownie ścieków). Cykliczne sprawdzanie obiektów przez wykwalifikowanych pracowników wiąże się z dużymi kosztami oraz opóźnieniem w wykrywaniu ewentualnych uszkodzeń i nieprawidłowości. W związku z tym, instalacja skutecznego systemu zdalnego sterowania i monitorowania poszczególnych obiektów prowadzi do obniżenia kosztów ich eksploatacji oraz pozyskiwania na bieżąco istotnych informacji, ważnych z punktu widzenia prawidłowej i efektywnej * Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, Wrocław, krzysztof.dyrcz@pwr.wroc.pl

2 277 pracy całego systemu. Jeszcze kilka lat temu, do budowy systemu zdalnego przesyłania informacji stosowano urządzenia wykorzystujące transmisję radiową. Obecnie coraz częściej wykorzystuje się nowoczesną platformę GSM, ze względu na bardzo dobrze rozwiniętą infrastrukturę oraz coraz niższe ceny cyfrowych modemów, przy czym główne obszary zastosowań technologii GSM/GPRS to: gospodarka wodno-ściekowa, gospodarka rolna i leśna, energetyka, gazownictwo, zdalne rozliczanie zużycia mediów, ochrona obiektów, ochrona środowiska. Decydują o tym przede wszystkim zalety bezprzewodowych systemów GSM/GPRS stosowanych dla potrzeb zdalnego monitorowania i sterowania, z których jako podstawowe należy wymienić [1]: niskie koszty eksploatacji, krótki czas wdrożenia, dowolna odległość pomiędzy obiektami, niewrażliwość na ukształtowanie terenu, niewrażliwość na różnego rodzaju przeszkody terenowe takie jak lasy i wysokie budynki. możliwość natychmiastowego powiadamiania o sytuacjach awaryjnych bezpośrednio na telefony komórkowe właściwych osób. W artykule przedstawiono koncepcję budowy systemu dla bezprzewodowego sterowania i monitorowania pracy pomp w sieciowej przepompowni ścieków w Lisowicach oddalonej od oczyszczalni ścieków dla gminy Prochowice o około 5 km. 2. OPIS SYSTEMU BEZPRZEWODOWEGO PRZESYŁANIA DANYCH Do budowy systemu wykorzystano dedykowane urządzenia pomiarowe, przemysłowe modemy pracujące w sieci GSM/GPRS oraz mikrokomputer klasy Netbook. Ponadto, system nadzorowany jest za pomocą komputera PC, dzięki specjalistycznemu oprogramowaniu służącemu do akwizycji danych pomiarowych, transmisji danych do jednostki centralnej oraz wizualizacji stanów pracy pomp. Oprócz gromadzenia i przesyłania danych pomiarowych istotnych z punktu widzenia diagnostyki i sterowania, system pełni też funkcje zabezpieczające, umożliwiając przesyłanie informacji zdarzeniowych dotyczących kontroli stanu technicznego obiektu (zanik napięcia zasilania) oraz kontroli nieuprawnionego dostępu (otwarcie drzwi szafki sterującej). Schemat blokowy systemu przedstawiono na rysunku 1.

3 278 Przepompownia Układy pomiarowe i rejestrator danych Netbook z oprogramowaniem Moduł telemetryczny MT102 Moduł komunikacyjny MT202 Komputer PC sterowanie wizualizacja Rys. 1. Schemat blokowy systemu Fig. 1. Block diagram of system Przedstawione na rysunku 1 układy pomiarowe i rejestrator danych zawierają dedykowane urządzenia do pomiaru napięć i prądów zasilających silnik pompy, oraz czujnik drgań zamontowany bezpośrednio na korpusie pompy. Schemat blokowy układów pomiarowych przedstawiono na rysunku 2. L1 L2 L3 N PE Układy pomiarowe u ab, u bc napięć i prądów i a, i b, i c zasilających silnik pompy Rejestrator wielokanałowy RS232 Netbook z oprogramowaniem Pompa zanurzeniowa Czujnik drgań Rys. 2. Schemat blokowy układów pomiarowych Fig. 2. Block diagram of measurements systems Podstawowym zadaniem zaproponowanego systemu jest transmisja zmierzonych prądów i napięć zasilających silnik pompy oraz drgań występujących w czasie pracy pompy

4 279 do komputera centralnego. Na komputerze zainstalowane jest oprogramowanie diagnostyczne, które umożliwia analizę prądów i napięć zasilających pompę oraz jej drgań. Na podstawie tej analizy uzyskiwane są informacje na temat stanu technicznego pompy oraz urządzeń zasilających. Zagadnienie diagnostyki stanu pompy stanowi odrębny, złożony problem, w związku z tym nie zostanie szerzej omówione w niniejszym artykule. Parametry sieci zasilającej pompę mierzone są za pomocą napięciowych i prądowych czujników pomiarowych firmy LEM, natomiast do pomiaru drgań zastosowano czujniki typu SN firmy IMI. Rejestrator danych, zbudowany przy użyciu 8-bitowego mikrokontrolera jednoukładowego ATMega128 umożliwia przesłanie (za pomocą interfejsu komunikacyjnego RS232) danych pomiarowych do przenośnego mikrokomputera klasy Netbook. Na mikrokomputerze zainstalowane jest oprogramowanie komunikacyjne, umożliwiające przesłanie zebranych informacji do modułu telemetrycznego MT102 firmy Inventia, który przez sieć GSM/GPRS dokonuje transmisji danych do telemetrycznego modułu komunikacyjnego MT202. Odebrane dane są następnie przesyłane za pomocą interfejsu RS232 do komputera centralnego i poddane analizie. Oprócz transmisji danych pomiarowych, moduł telemetryczny MT102 umożliwia także niezależną transmisję zdarzeń pochodzących od czujników podłączonych do wejść cyfrowych modułu. W omawianym systemie wykorzystano jedno z wejść modułu do wykrywania nieautoryzowanego dostępu do pracujących urządzeń przez monitorowanie wyłącznika krańcowego zamontowanego na drzwiczkach szafki, w której zamontowano urządzenia. Zastosowane modułu telemetryczne MT102 i MT202 są złożonymi urządzenia mikroprocesorowymi, mogącymi pracować w wielu trybach. Konfiguracja modułów odbywa się za pomocą dedykowanego oprogramowania MTM Manager, które w przypadku modułu MT102 umożliwia zaprogramowanie zintegrowanego, prostego sterownika PLC. Na rysunku 3 przedstawiono wygląd okna konfiguracyjnego. Rys. 3. Okno konfiguracyjne w programie MTM Manager Fig. 3. Configuration window in the MTM Manager application Oprócz oprogramowania diagnostycznego, na komputerze centralnym zainstalowano oprogramowanie wizualizujące stan transmisji danych oraz stany wykorzysty-

5 280 wanych wejść modułu telemetrycznego MT102. Wygląd okna głównego programu MTVis pokazano na rysunku 4. Rys. 4. Okno główne programu MTVis Fig. 4. Main window of MTVis software Oprogramowanie MTVis napisane zostało w języku Delphi i służy przede wszystkim do komunikacji modułu MT202 z komputerem centralnym w celu przesłania otrzymanych danych pomiarowych do programu diagnostycznego. Drugim, również istotnym z punktu widzenia eksploatacji przepompowni ścieków zadaniem jest stosunkowo prosta wizualizacja stanu pracy pomp i zabezpieczenia drzwiczek szafki sterującej. Wizualizacja została zrealizowana za pomocą dwukolorowych znaczników kontrolnych oraz odpowiednich komunikatów słownych. W przypadku pokazanym na rysunku 4 załączona pompa 1 sygnalizowana jest czerwonym kolorem odpowiedniego znacznika, wyłączona pompa 2 sygnalizowana jest znacznikiem koloru zielonego, natomiast zamknięcie drzwiczek szafki sterującej sygnalizuje odpowiednio opisany zielony znacznik. Do konfiguracji interfejsów komunikacyjnych służy panel konfiguracyjny umieszczony z prawej strony okna. Aplikacja MTVis komunikuje się z modułem telemetrycznym MT202 wykorzystując powszechnie stosowany protokół komunikacyjny MODBUS RTU. Oprócz wizualizacji stanu pracy pomp i zabezpieczenia szafki zasilającej, za pomocą programu MTVis można wymusić zdalne załączenie

6 281 odpowiedniej pompy, oraz dokonać pomiaru w dowolnym momencie, poza pomiarami wynikającymi z harmonogramu zaprogramowanego w rejestratorze pomiarowym. 3. UWAGI I WNIOSKI Zaprezentowany w referacie system bezprzewodowego przesyłania danych za pomocą modemów GSM/GPRS stanowi doskonałe rozwiązanie problemu zdalnej diagnostyki i monitorowania urządzeń, w tym przypadku silników elektrycznych pomp zanurzeniowych, bez względu na odległość i uwarunkowania terenowe. Dzięki zastosowaniu mikroprocesorowych urządzeń pomiarowych i mikrokomputerów PC wraz z odpowiednim oprogramowaniem narzędziowym, możliwe jest zbudowanie uniwersalnego systemu monitorującego i diagnostycznego, który charakteryzuje się dużą elastycznością konfiguracji i zapewnia komfortową akwizycję danych pomiarowych, bez uciążliwego dokonywania pomiarów na badanym obiekcie. Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy rozwojowy nr R LITERATURA [1] HOŁUBOWICZ W., PŁÓCIENNIK P., GSM Cyfrowy system telefonii komórkowej, Poznańska Drukarnia Naukowa, [2] Dokumentacja techniczna modułów telemetrycznych MT-102, MT-202. WIRELESS SENDING DATA IN SYSTEMS OF MONITORING AND DIAGNOSTICS OF ELECTRIC DRIVES The description of prototype system to wireless sending data in systems of monitoring and diagnostics of electrical drives was presented. To building of system were used dedicated measuring and steering devices, however to data sending were used modern telemetric GSM/GPRS modems. The individual elements of system, manner of their use and special software for acquisition and sending data was presented.