Автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов на примере газовой отрасли тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Иванен, Наталья Тиберьевна

• Иванен, Наталья Тиберьевна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванен, Наталья Тиберьевна

Введение.

Глава 1. Анализ методов и средств разработки современных систем автоматизации учета энергоресурсов.

1.1. Основные принципы разработки автоматизированных систем управления в энергодобывающей отрасли.

1.2. Анализ существующих методов построения систем промышленной телеметрии по учету газа.

1.2.1 Основные понятия и определения.

1.2.2 Анализ организации существующих автоматизированных систем управления технологическим процессом распределения газа.

1.3 Преимущества применения технологий беспроводной передачи данных в системах промышленной телеметрии.

1.4 Постановка задачи и способы реализации.

Глава 2. Современные методы передачи данных по радиоканалам и проектирование сети передачи данных.

2.1 Сравнительный анализ современных методов передачи данных по радиоканалам.

2.2 Разработка программы оценки покрытия сети мобильной связи GSM 900/1800.

2.2.1 Модель Окамуры-Хаты.

2.2.2 Модель Уолфиша-Икегами.

2.2.3 Моделирование параметров распространения радиосигнала.

2.2.4 Программа оценки покрытия сети стандарта GSM 900/1800 МГц.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов на примере газовой отрасли»

Для энергодобывающих компаний системы автоматизированного I управления. (АСУ) являются основным инструментом учета поставки и потребления энергоносителей. В последние годы наметилась тенденция отставания работ по модернизации систем контроля и управления от естественного процесса устаревания технических средств, применяемых на узлах учета. Эксплуатационная надежность таких технических средств снижается; постоянно увеличиваются затраты (трудовые и финансовые) на проведение профилактических и ремонтных работ. Анализ состояния эксплуатации показывает, что в большинстве случаев существующие системы автоматизации используют устаревшие технические средства, что затрудняет выполнение возросших требований к сокращению времени получения данных от контроллируемого оборудования, приводит к снижению надежности, удобства управления и предупреждения аварийных ситуаций. При этом технологическое оборудование, на базе которого действуют системы АСУ, не всегда достаточно подготовлено к достижению современного уровня автоматизации.

В данной работе проведен анализ существующих распределенных интегрированных систем контроля и учета энергоресурсов с целью выявления недостатков, узких мест и выработки методов повышения эффективности функционирования объектов исследования. В результате проведенных исследований был обнаружен ряд проблем, связанных с несвоевременной поставкой энергоресурсов и росту неплатежей за поставленное сырье. Это вызвано тем, что современные системы автоматизации продолжают использовать телефонные сети общего пользования и кабельное модемное соединение для контроля процесса поставки и потребления энергоресурсов. Такой подход не позволяет обеспечить своевременный учет расхода энергоносителей, одновременную загрузку данных с нескольких объектов управления, оперативно оснащать новые объекты управления системами диагностики.

На основании проведенного анализа сделан вывод о необходимости разработки усовершенствованной системы управления и контроля поставки энергоресурсов. Предложен метод оптимизации существующих систем АСУ, в основе которого лежит применение технологий беспроводной передачи данных от объектов управления на диспетчерский пункт. Такой способ предполагает использование современных программно-аппаратных средств, обеспечивающих надежное, эффективное и экономичное управление во всех режимах работы технологического оборудования.

На основании предложенного метода, проведен анализ стандартов беспроводной передачи данных с целью выявления особенностей интеграции этих технологий в системы промышленной телеметрии. Применение технологий пакетной передачи данных GPRS позволит решить проблему загруженности каналов проводной телефонной линии, строить масштабные и масштабируемые системы, удешевить разработку и интеграцию системы, обеспечить конфеденциальность передаваемых данных, высокую скорость и надежность передачи информации.

Проектирование систем диспетчеризации на основе радиодоступа требует проведения оценки уровня сигнала в проектируемой точке расположения объекта управления. Для этих целей разработано программное приложение, которое на основе существующих математических моделей производит вычисление средних потерь мощности сигнала на пути его распространения и возвращает уровень принимаемого сигнала. Это позволяет провести настройку приемопередающего оборудования для улучшения качества покрытия сети, провести оптимальное частотно-территориальное планирование систем АСУ.

Впервые предложен и разработан алгоритм организации эффективной распределенной системы управления и передачи данных на базе сотовых стандартов связи. Разработано программное решение, которое позволяет связать конечные устройства в единую беспроводную сеть для централизованного контроля и сбора информации.

На основе программного решения, выполненного на основе предложенного алгоритма, а также с учетом результатов проведенного частотно-территориальное планирования диспетчерской сети, введена в эксплуатацию система автоматизации учета коммерческого газа с применением технологии беспроводной передачи данных.

Алгоритм и программное решение являются унифицированными и могут эффективно применяться не только для автоматизированных систем коммерческого учета природного газа, но и в системах контроля энергопотребления, нефти, воды, тепла. Возможно применение разработанного алгоритма и для решения задач удаленного управления, оперативной организации канала передачи данных между двумя объектами, где прокладка кабеля невозможна, неэффективна или является дорогостоящей.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Иванен, Наталья Тиберьевна

Основные результаты, выносимые на защиту

• Предложен метод построения автоматизированных систем сбора и управления энергоресурсами на основе технологий передачи данных по радиоканалам.

• Разработан алгоритм организации устойчивого соединения и передачи данных в режиме GPRS для систем диспетчеризации, отвечающий всем требованиям организации систем АСОДЭУ.

• Разработано унифицированное программно-аппаратное приложение, позволяющее организовать единую сеть по контролю промышленных данных. Основным достоинством разработанного приложения является возможность его интегрирования в уже существующие системы АСОДЭУ, использующие проводные методы сбора данных с удаленных объектов.

• Разработана и внедрена информационно-измерительная система учета газа для компании ЗАО «Петербургрегионгаз».

Заключение

В ходе работы автором проведен анализ современных технологий передачи данных по сетям беспроводной связи, и предложены варианты их использования на этапе реализации проекта.

Кроме того, были проанализированы существующие методы организации диспетчерских систем АСОДЭУ по контролю и управлению энергоресурсами. В результате проведенного анализа предложен способ оптимизации существующих методов сбора и передачи информации для систем АСОДЭУ с использованием GPRS каналов.

Разработан алгоритм передачи данных с узла учета энергоресурсов на диспетчерский пункт на базе GSM/GPRS коммуникаций без применения внешнего управляющего устройства.

На основе предложенного алгоритма, разработано и внедрено унифицированное программно-аппаратное решение, позволяющее организовать единую масштабируемую беспроводную сеть по контролю и учету промышленных данных.

В процессе тестирования разработанного программно-аппаратного решения выявлены особенности применения беспроводных технологий для организации систем промышленной телеметрии. На этапе проектирования системы использованы методы частотно-территориального планирования, которые позволили повысить эффективность работы проектируемых сетей сбора и передачи данных. По результатам опытной эксплуатации системы, компанией ЗАО «Петербургрегионгаз» принято решение о внедрении разработанного алгоритма «Последняя Миля» в технологический процесс в 2006 году.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванен, Наталья Тиберьевна, 2005 год

1. Абрамов А. Стандарт GSM: строим систему мобильной связи // Мобильные системы, 1999, №3, с. 30-36.

2. Алексеев В., Бараев А. Работа в режиме GPRS с модемами Wavecom // Мобильные Системы, 2003, №2.

3. Ахметсаффин Р., Ахметсаффина Р. Разработка систем мониторинга по коммутируемым телефонным линиям связи // Современные технологии автоматизации, 1999, № 3, с.86-88.

4. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование СПб.: СПбГУТ, 2000. -196с.

5. Берездивин Р., Брейнинг Р. Технологии и решения беспроводной связи следющего поколения // Мобильные системы, 2002, №7, с. 1826.

6. Бурцев А. Типовые аппаратные решения для построения систем сбора данных // Мир компьютерной автоматизации, № 4, 2004, с.

7. Гольдштейн Б.С., Ериель И.М. Интеллектуальные сети М.: Радио и связь, 2000.-500с.

8. Гольдштейн Б.С., Фрейкман В.А. Перспективные улуги сотовых сетей поколений 2,5 и 3G // Мобильные системы, 2002, №5, с. 8-10.

9. Громов Ю.Ю., Татаренко С.И. Программирование на языке СИ: Учебное пособие Тамбов, 1995.- 169 с.

10. Закиров З.Г., Надеев А.Ф., Файзуллин P.P. «Сотовая связь стандарта GSM» Экотрендз, Москва, 2004.-260с.

11. Иванен Н. Некоторые возможности модемов Wavecom со встроенным TCP/IP стеком: организация соединения точка-точка в режиме GPRS // Мобильные Системы, 2004, №5, с. 41-43.

12. Иванен Н. Современные технологии беспроводной связи в высшем образовании» Труды XXXV научной конференции студентов и аспирантов факультета ПМ-ПУ СПбГУ «Процессы управления и устойчивость» - СПб, 2004, с. 431-434.

13. Иванен Н., Бурцев А., Громыко В. Система сбора и передачи данных с узлов учета природного газа на базе модемов Wavecom // Мобильные Системы, 2004, № 9, с. 14-16.

14. Иванен Н., Ташпулатов Т. Программно-аппаратное решение «Последняя Миля», позволяющее организовать единую сеть по контролю промышленных данных // Мобильные Системы, 2004, №11, с. 53-55.

15. Иванен Н. Система автоматизации энергоресурсов Труды XXXVI научной конференции студентов и аспирантов факультета ПМ-ПУ СПбГУ «Процессы управления и устойчивость» - СПб, 2005, с. 308312.

16. Иванен Н. GSM/GPRS и CDMA модемы для беспроводной передачи данных // Мобильные Системы, 2004, №10, с. 38-40.

17. Йордон Э., Аргила К. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании М.: Лори, 1999. -268 с.

18. Казаков С.И. Основы сетевых технологий. Методическое пособие // М. Микроинформ, 1995.

19. Краснышов С.В. Гибкие системы сбора данных и виртуальные приборы // Мир компьютерной автоматизации, 2003, № 5, с. 35-39.

20. Кудин А.В., Максименко В.Н. Оценка качества услуг пакетной передачи данных в сетях сотовой подвижной связи // Мобильные системы, 2003, №7, с. 25-29.

21. Любашин А.Н. Современная АСОДУ залог эффективного производства// Эксперт-Оборудование, 2004, №6, с. 41-43.

22. Ли У.К. Техника подвижных систем связи М.: Радио и связь, 1998. -450с.

23. Литюга А. М., Клиначёв Н. В., Мазуров В. М. Теоретические основы построения эффективных АСУ ТП Тула, Челябинск, 2002. - 627 с.

24. Любашин А.Н. Интегрированные системы автоматизации для отраслевых применений // Мир компьютерной автоматизации, 2001, №3, с. 27-32.

25. Данилов П. Беспроводные сети дома и в офисе Аквариум, Дом печати - Вятка, 2005. - 127 с.

26. Дьяконов В. Матлаб. Учебный курс Питер. С-П. 2001.

27. Мархасин А.Б. Анализ интегрального телетрафика и проектирование мобильных сетей 3G // Электросвязь, № 12, 2002, с.3-9.

28. Методика определения ожидаемой дальности УКВ радиосвязи с подвижными объектами М.: Минстрой СССР, ЦБТИ, 1971. - 46с.

29. Мур М., Притеки Т., Риггс К. Телекоммуникации. Руководство для начинающих СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 624 с.

30. Оглтри Т. Firewalls. Практическое применение межсетевых экранов- М.: ДМК Пресс, 2001. 156 с.

31. Одиванов В., Семенов А. Распределённый программно-аппаратный комплекс для мониторинга и управления технологическими процессами // Современные технологии автоматизации, №2, 2005, с. 52.

32. Орлов С.А. Технологии разработки программного обеспечения. -СПб.: Питер, 2002. 464 с.

33. Олифер В.Г., Олифер Н.А. «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы» — СПб.:Питер, 2001. — 344с.

34. Олифер В.Г., Олифер Н.А. «Новые технологии и оборудование IP-сетей», СПб.:БХВ, 2000. - 512 с.

35. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATJIAB 5.x. Диалог-МИФИ. М., 1999.

36. Рудаков П.И., Сафонов В.И. Обработка сигналов и изображений. MATJIAB 5х. Диалог-МИФИ. М. 2000. -235с.

37. Сборник нормативно-технических материалов для специалистов по газо- и теплоснабжению, НП «Газовый Клуб» СПб.: Анима, 2004. -311с.

38. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети. М.: Вильяме, 2003.- 640с.

39. Столлингс В. Криптография и защита сетей. Принципы и практика.- М.: Вильяме, 2001. 672 с.

40. Фокс Дж. Программное обеспечение и его разработка М.: "МИР", 1985.-413с.

41. Фурманчук И. Решения по организации связи и передаче данных на линейной части магистральных газопроводов // Современные технологии автоматизации, 2005, №2, с.44-47.

42. Шерешевский JL А. Решения Siemens для автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления в энергетике // Промышленные АСУ и контроллеры, №4, 2002, с. 31-34.

43. AT Commands Interface Guide for IP Connectivity 002, eDevice: WAVECOM SA, 2003, 178p.

44. L. M. Correia and P. O. Frances A Propagation Model for the Estimation of the Average Power in an Outdoor Environment in the millimetre waveband // IEEE 44th Vehicular Technology Conference, Stockholm, Sweden, June 1994. p. 147.

45. COST 231 Digital Mobile Radio towards Future Generation Systems. Final Report, 1999. 416 p.

46. ETSI EN 301 344 V7.4.1 (2000-09) Digital cellular telecommunication system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Service description; Stage 2, 2000.09, 117p.

47. ETSI EN 301 344 V7.4.1 (2000-09) Digital cellular telecommunication system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Service description; Stage 1, 2000.09, 32p.

48. ETSI EN 301 349 V8.4.1 (2000-09) Digital cellular telecommunication system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station Base Station System Interface; Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol, 2000. 10, 243p.

49. EURO-COST-231 Revision 2, Urban transmission loss in land mobile radio in the 900 and 1800 MHz bands", Sept. 1991.

50. Erceg V. An empirically based path loss model for wireless channels in suburban environments. IEEE JSAC, vol. 17, July 1999, no. 7, p. 12051211.

51. Hata M. Empirical formula for propagation loss in land mobile radio services // IEEE Transition on vehicle technology, 1980, V. VT-29, № 3, p. 317-325.

52. Fastrack modem M1306 specification MPRJ JV112UGD J)01, WAVECOM SA, 2003. - 24 p.

53. Gast M. 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide. O'Reilly & Associates, 2002. - 464 p.

54. Lee J.S., Miller M.E. CDMA Systems Engineering Handbook. Artech House, 1998.

55. OpenAT ADL User Guide for OpenAT v3.00. User manual -WAVECOM SA, October 2004. p. 103.

56. OpenAT IP Connectivity Development Guide WAVECOM SA, January 2004. - 86 p.

57. Okumura Y,, Ohmori, Kawano Т., Fukua K. Field strength and its variability in UHF and VHF land-mobile radio service // Rev. Elec. Commun. Lab., vol. 16, no. 9, 1968.

58. Peltonen A., Virtanen Т., Turtiainen E. Centralized Management of Virtual Security Zones in IP Networks Applied Cryptography and Network Security // Huangshan, China, 2004, p. 91-102

59. Peng C. GSM and GPRS Security // http://www.tml.tkk.fi/Opinnot/Tik-110.501/2000/papers/peng.pdf

60. Q2406 and Q2426 Product specification WMPRJQ2400PTS002, WAVECOM SA, 2003. - 81 p.

61. Swales S.C., Busby Т., Purle D.J., Beach M.A. A Comparison of CDMA Techniques for Third Generation Mobile Radio Systems // 43rd IEEE Vehicular Technology Conference, New Jersey, USA, May 1993. -p.424-427.

62. Tachikawa K. W-CDMA Mobile Communication Systems Wiley, John & Sons, Incorporated, 2002. - 432p.

63. Taking the True Measure of the Board Market. Computer Design. August 1992

64. Harbour M. Real-Time POSIX: An Overview Сборник трудов международной конференции Vvconcx 93, Москва, 1993, с.516-518.

65. Описание продукции Wavecom // www.wavecom.com

66. Материалы по работе в среде MatLab // www.matlab.com

67. Стандарты сотовых сетей связи // www.palowireless.com