автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов на примере газовой отрасли

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

Иванен Наталья Тиберьевна

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УЧЕТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ НА ПРИМЕРЕ ГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (по прикладной математике и процессам управления)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена на факультете прикладной математики - процессов управления Санкт-Петербургского Государственного Университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Андрианов Сергей Николаевич

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Марлей Владимир Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Преображенская Мария Владимировна

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

Защита состоится «Ж» 2005 г. в час. На

заседании Диссертационного Совета Д-212.232.50 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, Менделеевский центр.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор Г.И.Курбатова

Г?7

Общая характеристика работы Актуальность темы

В настоящее время одной из наиболее актуальных задач совершенствования управления современных энергодобывающих компаний остаются системы автоматизации всех этапов поизводства. Важное место в автоматизации производства занимают системы управления, мониторинга, сбора и передачи данных с контролируемых объектов на диспетчерский пункт. В настоящее время для контроля процесса поставки и потребления всех видов энергоресурсов большинство предприятий использует проводные телефонные линии, что не позволяет получать данные с узлов учета в любое время суток в полном объеме в связи с перегруженностью инфраструктуры телефонных сетей общего пользования. Такого рода системы не позволяют обеспечить необходимый уровень требований к механизмам учета поставки и продажи энергоресурсов российским потребителям. Технология передачи данных по GSM7GPRS каналам позволит решить проблему загруженности существующих каналов с одной стороны, и обеспечить эффективное и экономичное управление, с другой. Действительно, применение беспроводных решений в крупных организациях позволяет не только существенно снизить расходы на оплату трафика, кабельную проводку, оплату труда, материалы, но и повысить эффективность системы, обеспечить конфиденциальность

передаваемых данных, а также получить ряд других конкурентных преимуществ.

В последние годы наметилась тенденция отставания работ по модернизации систем контроля и управления распределения энергоресурсов. Это приводит к снижению надежности таких технических средств, постоянному увеличению затрат на эксплуатацию и проведение профилактических работ. Так, например, в газовой отрасли из-за устаревшей системы АСУ наблюдается рост неплатежей за поставляемый газ. Внедрение распределенных интегрированных систем контроля и управления с применением современных программно-технических средств позволяет обеспечить надежное, эффективное и экономичное управление во всех режимах работы технологического оборудования.

Вышеописанные системы могут эффективно применяться не только для автоматизированных систем коммерческого учета природного газа, но и в системах контроля энергопотребления, нефти, воды, тепла. Такие системы являются высоконадежными и могут быть легко интегрированы в уже имеющиеся структуры по контролю промышленных данных. Организация систем контроля энергоресурсами на базе GSM/GPRS модемов позволяет сократить временные затраты на ввод в эксплуатацию, оптимизировать принятие решений и обработку информации, а также быстро и эффективно увеличивать количество контролируемых объектов.

Объект и предмет исследования

Предметом исследования является системный анализ методов и средств разработки современных систем автоматизации учета

энергоресурсов. Объектом исследования являются также элементы радиоэлектронной аппаратуры для сбора, передачи и обработки информации, а также технологическое оборудование, с которым будет интегрирована система управления энергопотреблением.

Цель работы

Основной целью диссертационного исследования являются:

1. Разработка и внедрение .системы диагностики, контрдля и управления энергопотреблением с целью повышения эффективности функционирования и организации существующих распределенных систем АСКУЭ.

2. Оптимизация существующих систем диспетчеризации, при обеспечении следующих требований:

• интеграция системы в уже существующие комплексы систем АСКУЭ;

• сокращение временных и трудозатрат на получение информации от диагностируемого объекта;

• устойчивость;

• экономичность.

Сформулированные требования являются необходимыми для того, чтобы разработанная система могла быть использована для любых комплексов АСУ, систем диспетчеризации и промышленной телеметрии. Научная новизна

Предложен способ оптимизации существующих методов сбора и передачи информации в диспетчерских системах по контролю и управлению энергоресурсами.

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

Разработано и внедрено унифицированное программно-аппаратное решение, позволяющее организовать единую масштабируемую сеть по контролю и учету промышленных данных.

В процессе тестирования и внедрения разработанного программно-аппаратного решения выявлены особенности применения беспроводных технологий для организации систем промышленной телеметрии, а также использованы методы частотно-территориального планирования, которые позволили повысить эффективность работы проектируемых сетей сбора и передачи данных.

Практическая ценность

Предложенная автором методика позволила разработать унифицированную автоматизированную систему по учету и сбору информации по распределению энергоресурсов для различных энергодобывающих компаний. Разработанная система была внедрена для организации единой сети по сбору и учету информации поступающей с автоматизированных узлов учета промышленного газа газораспределительных комплексов компании ОАО «Петербург Регион Газ». Такая система позволяет организовать сетевой доступ и одновременную загрузку данных с большого количества узлов учета, гарантировать отсутствие потери передаваемых данных, контролировать время прохождения сигнала.

Система управления и сбора информации, организованная на базе GSM канала, позволяет строить масштабные и масштабируемые

системы мониторинга, что особенно важно для распределенных систем, где контроллируемые объекты находятся на большом расстоянии друг от друга.

Разработанная система может быть легко интегрирована в уже имеющиеся структуры по контролю промышленных данных.

Опыт эксплуатации системы продемонстрировал ее высокую надежность, гибкость, хорошую адаптируемость к задачам различного класса, пригодность к внедрению в такие базовые области деятельности, как энергетика, в частности, в системах диспетчерского управления.

Апробация работы

По материалам диссертации были сделаны доклады на XXXV и XXXVI научных конференциях студентов и аспирантов факультета ПМ-ПУ СПбГУ «Процессы управления и устойчивость» (СПб, 2004 и 2005 г.г. соответственно), II Санкт-Петербургском всероссийском форуме «НЭО Электронике 2005» (СПб, 2005г.), а также на технических семинарах посвященных учету расхода газа компании ОАО «Петербург Регион Газ».

Результаты неоднократно докладывались на кафедре компьютерного моделирования и многопроцессорных систем управления факультета прикладной математики-процессов управления СПбГУ.

Разработанная система внедрена в тестовую эксплуатацию в марте 2004 года в ЗАО «Петербург Регион Газ». Акт внедрения прилагается в приложении к диссертации.

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ (три из которых в общероссийских журналах, одобренных ВАК).

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 126 машинописных страницах и состоит из перечня используемых сокращений, введения, четырех глав, выводов по работе в целом, списка используемой литературы, включающего 67 наименований, и приложений.

Содержание работы

Во Введении представлены общие задачи систем промышленной автоматизации, их характеристики и особенности. Также, в конце введения осуществляется постановка задачи.

В Главе 1 проведен анализ методов и средств разработки современных систем автоматизации учета энергоресурсов, рассмотрены основные принципы разработки автоматизированных систем управления. Проведен анализ существующих проблем и предложен метод оптимизации построения систем контроля и учета расхода энергоносителей на базе систем беспроводной передачи информации В Главе 1 приводится постановка и формализация задачи, а также описываются методы ее реализации.

Глава 2 представляет собой обзор и анализ современных методов беспроводной передачи данных. В разделе 2.1 осуществляется выбор технологии передачи данных по каналам сотовой связи, рассматриваются преимущества и недостатки методов передачи данных по радиоканалу перед традиционными кабельными сетями. В разделе 2.2 Главы 2 проводится анализ математических моделей частотно-территориального планирования для проектирования сети передачи данных. На сновании проведенного анализа выбраны две

математические модели, позволяющие оценить основные потери при распространении сигнала от Базовой Станции (ВБ) до Мобильной Станции (МБ) - модели Окамуры-Хаты и Уолфиша-Икегами.

Модель Окамуры-Хаты позволяет получить наиболее точный результат при расчетах потерь в условиях пригорода и для диапазона 900МГц. В рамках этой модели потери Ь рассчитываются сл. образом: Ь = 69,55 + 26,16 / -13,82 \ё Ив5 + ¿(44,9 - 6,55) Я - ),

где - высота установки антенны ВЯ, 1пш - высота установки антенны

М8, / - частота излучения ВБ (МГц), Я - длина трассы (км), с1 -расстояние от ВБ до МБ, к - поправочный коэффициент, учитывающий протяженность трассы, а{Нт) - поправочный коэффициент, зависший

от высоты антенны МБ и при / > 400 МГц, определяемый как:

а(Ам5) = 3,2(18П,75^)2-4,97.

Модель Уолфиша-Икегами позволяет учитывать суммарное затухание сигнала Ьй в условиях городской застройки и для более широкого диапазона частот до 2200МГц:

~ Ц Н" -/>2 ^^ >

где/,, = 32,4 + 201§(/?/)- потери при распространении в свободном пространстве; Ь2 = -16,9-10^(м>) + 10^/(/2л-к2) + Ьр, - потери за

счет отражений от здании; и-' = 10.. 15м -ширина улицы, Ьр -потери,

обусловленные ориентацией улиц, относительно направления прихода сигнала.

-10 + 0,354^?, еслиО <ср< 35°; 2,5 + 0,075(<р -35°), еслиЪ5° <<р< 55°; 4,0 + 0,1 Щ<р-55°),если55° <<р< 90°,

где (р - угол распространения радиоволны по отношению к ориентации улицы.

Ьъ - потери, вызванные дифракцией при многолучевом распространении радиоволн:

¿3 = Ц + Ка + К, + К, 18/ -918</,

г [181^1 +(А,

с [0,еслик1 < И^

ИсП - средняя высота близлежащих к ВБ зданий, /г, - высота антенны ВБ

над уровнем земли, ¿1 - расстояние между зданиями, /г2 - высота антенны

МБ над уровнем земли. , АГ^ , К^ - коэффициенты, необходимые

для расчета потерь вызванных дифракцией при многолучевом распространении радиоволн.

На основании выбранных моделей производится расчет уровня принимаемого от базовой станции сигнала для проектируемого узла учета газа, что позволяет обеспечить оптимальное планирование системы передачи данных.

В третьей Главе рассматриваются общие теоретические вопросы, ысвязанные с разработкой систем промышленной телеметрии, производится разбиение сформулированной задачи на блоки. Кроме того, в данной главе автором обозначены особенности проектирования систем автоматизации учета энергоресурсов для различных энергодобывающих компаний. Сформулированы также задачи, связанные с проектированием такого рода систем:

• возможность снимать данные с узлов учета в любой момент времени, в любом объеме;

• обеспечение конфиденциальности передаваемых данных;

• снижение экономического фактора;

• масштабирование.

С учетом вышеописанных особенностей в данной главе предлагается унифицированный алгоритм проектирования систем учета промышленных данных, который предназначен для автоматизации любых систем промышленной телеметрии. Основным достоинством предложенного алгоритма является возможность его интегрирования в уже существующие системы, использующие проводные методы сбора данных с удаленных объектов.

На основании данной методики автором был реализован проект системы для одного из региональных представителей компании ГазПром.

На основании предложенного алгоритма автором разработано программно-аппаратное решение, позволяющее связать конечные устройства (счетчики электроэнергии, контроллеры промышленных установок и т.п.) в единую беспроводную сеть для централизованного управления и сбора информации. Для организации каналов "центр -объект управления" используется технология передачи данных TCP/IP с применением GPRS (General Packet Radio Service).

В качестве оборудования, позволяющего организовать беспроводную передачу данных, были использованы GSM модули компании Wavecom.

Программное решение выполнено на базе программно-аппаратной платформы ОрепАТ компании Wavecom, которая позволяет использовать незадействованные GSM стеком ресурсы встроенного микроконтроллера, а также свободные резервы флэш-памяти модемов Wavecom для обработки клиентских приложений, управляющих

модулем. Такой подход позволяет отказаться от использования внешнего управляющего устройства.

Программное приложение организует TCP соединение между клиентом и управляющим центром. Приложение выполняет роль моста между радиоканалом "центр - объект управления", организованным с помощью TCP/IP, и интерфейсом RS232, к которому подключен объект управления. Данные, передаваемые из центра, принимаются приложением по TCP-соединению и передаются объекту управления; данные от объекта управления принимаются приложением и передаются в центр по TCP-соединению. Такой мост является практически прозрачным с точки зрения объекта управления, что позволяет в большинстве случаев производить модернизацию существующих систем управления с минимальными затратами. Организация диспетчерской системы передачи данных от контроллируемых объектов на центр управления приведена на рис. 1.

Рис. 1 Схема организации беспроводной сети передачи данных от контроллируемых объектов на центр управления

Программное приложение использует следующий алгоритм:

1. Старт:

• короткий период ожидания вмешательства оператора для изменения настроек приложения, выполнения диагностики, обновления ПО;

• загрузка пользовательских установок из энергонезависимой памяти, настройка параметров GPRS соединения и последовательного порта;

• установление GPRS соединения;

2. Рабочий цикл:

• открытие TCP сокета для входящих соединений;

• ожидание установления TCP-соединения от вызывающей стороны (управляющего центра);

• если TCP-соединение установлено:

• данные, принимаемые по TCP-соединению от управляющего центра, передаются в последовательный порт объекту управления;

• данные, принимаемые от объекта управления по последовательному порту, передаются по ТСР-соединению управляющему центру;

• завершение ТСР-соединения:

• штатно: выполняется управляющим центром по завершении сеанса обмена данными с объектом управления;

• принудительно: выполняется приложением при обнаружении ошибок сеанса обмена данными с центром;

• закрытие TCP сокета и новый рабочий цикл;

Обобщенный алгоритм работы приложения представлен на рис. 2.

Рис 2 Алгоритм работы приложения «Последняя Миля»

Основным результатом данной главы является разработка программно-аппаратного приложения для систем промышленной телеметрии, эффективность которого демонстрируется на примере

разработки системы автоматизации учета промышленного газа, описанной далее.

Глава 4 посвящена созданию системы автоматизации учета промышленного газа для компании Петербург Регион Газ.

В системе задействованы модемы Wavecom со статическими IP адресами, подключенные к вычислителям количества газа производства НПФ «Логика», данные с которых должны передаваться на диспетчерский пункт, оснащенный Г1П «АвтоУчеч». Для диспетчерской машины также был выделен статический IP адрес, что позволило создать одноранговую сеть в пределах массива выделенных адресов APN.

В рамках выделенного адресного пространства APN каждой SIM-карте присваивается условно-статический IP адрес. Это позволяет построить на базе сети Мегафон GRE-тоннель от GPRS-модема до GSM сети. Взаимодействие между SIM-картами в рамках одного APN разграничивается с помощью списка назначенных абонентов (Access List). Подобная организация обеспечивает высокую конфедециальность данных, поскольку обмен данными возможен только между узлами сети.

В частности, для ЗАО «Петербургрегионгаз» была построена корпоративная сеть с интерфейсом Ethernet, состоящая из одного фиксированного канала связи для диспетчерского центра автоматизированного учета и GPRS-модемов, обеспечивающих «последнюю милю» до объектов газораспределительной системы. Благодаря построению такой сети, автоматизированная система учета позволяет одновременно опрашивать до 100 узлов учета, что невозможно при использовании кабельных модемов в режиме dial-up.

15

Схема построения автоматизированной системы учета с использованием программно-аппаратного решения «Последняя Миля», представлена на рис. 3.

GSMÍGFR модем

1&Ш

пг

'i GSM/GPRS модем L _í mmvtum

^^^jjvbon Уюта

Рис 3 Схема построения автоматизированной системы учета с использованием программно-аппаратного решения «Последняя Миля»

При проектировании автоматизированной системы учета газа использовались математические модели частотно-территориального планирования, описанные в Главе 2. На основании этих моделей построено программное обеспечение, позволяющее проводить расчет покрытия в системах мобильной связи GSM с учетом факторов среды распространения сигнала для планиремого места расположения узла учета газа. Это позволяет осуществить настройку оптимальных режимов работы оборудования при проектировании сетей передачи данных.

Разработка программно-аппаратного приложения «Последняя Миля» позволила решить следующие задачи:

• автоматическая регистрация в сета GPRS после включения питания;

• переход в режим «Слушатель» и ожидания подключения;

• возобновление режима «Слушатель» после завершения сессии связи с диспетчерским ПО;

• предотвращение дробления TP пакетов в случае возникновения задержек в передаче данных со стороны корректора газа;

• минимизация трафика путем предварительной обработки данных получаемых от корректора газа;

• унификация процедуры обмена с корректорами газа разного типа.

В Заключении проводится обобщение результатов, полученных в

ходе разработки и эксплуатации системы автоматизации учета

промышленного газа для ЗАО «Петербургрегионгаз».

Основные результаты, выносимые на защиту

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

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

3. 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 АСКУЭ, использующие проводные методы сбора данных с удаленных объектов.

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

Публикации по теме диссертации

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

2. 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.

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

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

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

6. Иванен Н. GSM/GPRS и CDMA модемы для беспроводной передачи данных // Мобильные Системы, №10, 2004.

Подписано в печать 13 09 2005 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать ризографическаная. Уел печ л 1,0

Тираж 100 экз. Заказ "5671. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии НИИХ СПбГУ 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр 26

РНБ Русский фонд

2006-4 14891

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.

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.

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.

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