SYSTEM MONITORINGU OCHRONY KATODOWEJ SMOK-4 OPARTY NA REJESTRATORZE AVR200 Spis tre ci Diagram konfiguracji sterownika AVR-200 Cechy nowatorskie urz dzenia Komunikacja Platforma JAVA Opcje WLAN i WIFI Modu GPS Zdalny pomiar Wej cia pomiarowe Pami FLASH Wej cia logiczne Wyj cia logiczne Kody steruj ce Sk adnia komend Komendy konfiguracyjne Komendy ogólne i steruj ce Format danych Instrukcja obs ugi programu do odczytu i parametryzacji Stacji Ochrony Katodowej. 26
Diagram konfiguracji sterownika AVR-200 Rysunek 1. Konfiguracja sterownika AVR200 27
Cechy nowatorskie urz dzenia 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. Sterownik AVR-200 i system SMOK-4 s w ca ci nowymi opracowaniami powsta ymi w biurze rozwojowym firmy POLDE Sp. z o.o. Najwa niejsze modu y wchodz ce w sk ad opracowania s zastosowane po raz pierwszy w tego typu urz dzeniach i s w trakcie procedury patentowej. W szczególno ci na uwag zas uguj : 1. Modu uniwersalnego wej cia pomiarowego, w którym zastosowano unikaln metod matematycznej obróbki sygna u wej ciowego przy pomocy algorytmu FFT (Szybkiej Transformaty Fourier a) i metody rozwi zywania równa macierzowych Gausa-Jordana. Zastosowanie tych metod wymaga o dotychczas u ycia du ych komputerów typu Main- Frame gdy skala oblicze (ok. 2 miliony operacji na sekund ) przekracza a mo liwo ci istniej cych na rynku mikroprocesorów. Modu ten jest w trakcie bada patentowych. 2. Izolacja galwaniczna kana ów pomiarowych umo liwia niezale ny pomiar czterech sygna ów wej ciowych rozdzielonych barier 2kV. 3. Oprogramowanie wewn trzne sterownika b ce jednym z pierwszych zastosowa wy ej wspomnianych algorytmów w przeno nych urz dzeniach monitoruj cych i rejestruj cych. Oprogramowanie to jest chronione prawem autorskim. 4. Dzi ki zastosowaniu wymienionych metod pomiarowych uzyskano now jako w dziedzinie pomiarów sygna wej ciowy zawieraj cy sk adowe zmienne i sk adow sta jest mierzony przy pomocy jednego uniwersalnego uk adu wej ciowego. Otrzymany pomiar jest tablic on ze sk adowych harmonicznych wraz ze sk adow sta a. Cecha ta ma istotne znaczenie w pomiarach skuteczno ci ochrony katodowej. Wed ug nowych wytycznych Unii Europejskiej pomiar sk adowych zmiennych wchodzi w sk ad obowi zkowych pomiarów w zakresie ochrony katodowej. 5. Jednoczesny pomiar parametrów w czeniowych i wy czeniowych stacji ochrony katodowej. 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 s 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 w 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. 28
Rysunek 2. Rozmieszczenie elementów i z cz w sterowniku AVR200 Opis z cz: Z1-Z8 z cza p ytek analogowych, BAT z cze akumulatora, Z9 z cze RS232/AVR obs uguj ce bezpo redni komunikacj z procesorem ATMEGA128 Z11 z cze zasilacza zewn trznego, Z12 z cze wyj i wej modemu TC65, Z13 z cze USB, Z14 z cze JTAG. Platforma JAVA W zastosowanym, najnowszym modemie TC65 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. 29
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 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 8MB 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, 30
- 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. Pami umo liwia przechowanie 100.000 wyników pomiarów. 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 200 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. Odpowiedzi sterownika w trybie non verbose mog by szyfrowane kluczem 8-mio bitowym. 31