Juliusz Radoli ski PPiURE POLDE Strumie, ul. Kolejowa 21 Tel. 0048601890085 Mail: jlr@avr.pl 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: jlr@avr.pl 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 24- godzinny 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