Мобилна операторска станция с газоаналитични функции дияна Тодорова Николова, Кръстин Красимиров Йорданов

Технологичния прогрес върви към подобряване на разработените до момента методи за разработка и експлоатация на технологиите в бита и промишлеността. Съвременните тенденции в света на технологиите са по-широкото използване на високоскоростен и гъвкав Internet и Ethernet и рязкото намаляване на габаритите на апаратурата за промишлеността, обратнопропорционално на функциите, които изпълнява, разработване на нано - технологии. Безспорно е предимството на малките машинки с много функции, побиращи се в джобовете ни. Компактност и многофункционалност са водещи цели за повечето световни компании в сферата на инженеринга. С налагането на Wireless – технологиите, автоматичния контрол се изкачи едно стъпало напред към оптимизиране на производствените процеси и намаляване на инсталационните разходи в сравнение с кабелните решения. Информацията за технологичния процес е един от най-важните параметри на автоматичния контрол. Затова настоящия проект е насочен именно към този параметър.

MOS-1 е символичното наименование на мобилен прибор, който комуникира по безжичен принцип с базов уред (MOS-В), свързан чрез USB 1.1 към сървър, в който постъпват данните от датчиците и измервателните прибори. MOS-1 използва централизирана комуникационна структура. MOS-В е своеобразна централа за включените MOS-1 уреди в обхвата (до 600 м), която с мощна радио - връзка предава тези отчети до всеки мобилен уред.

Тази безжична система дава възможност на персонала в автоматизиран производствен процес да следи навсякъде и непрекъснато отчетите от приборите и датчиците. Системата е защитена чрез дигитален ключ от външни “слушащи” устройства. Сигнала е криптиран с този ключ и само с него могат да бъдат декриптирани полезните данни от радио - пакетите. За повишаване на функционалността на уреда е предвидена и възможност за гаозанализиране, подходяща за тежка производствена среда с отделяне на въглероден оксид, диоксид, кислород, метан. Със специални сензори за всеки един от газовете (CO, CO₂, O₂, NH₄) и звуков сигнал за надвишаване на нормите, ще се повиши сигурността на работещия, имайки предвид широкия обхват на прибора и е лесно попадането в среди с повишени вредни газове. Уредът MOS-1 предлага възможност за незабавна аудио връзка (като радио - станция) с всеки включил стандартна радио станция на същия канал. Софтуерът е избран да извежда данни от уреди за измерване на температура, налягане, ниво, дебит, оборот, ток, съпротивление и напрежение. MOS-1 може да извежда данни с няколко вида мерни единици за налягане, температура и разход. Има и слот за външна памет. Операционна система дава възможност да се инсталират допълнителни програми, предназначени за по-специфични технологични процеси. Това от друга страна разширява неговите възможности, които могат да се обновяват непрекъснато. За по-голяма надежност е възможно и допълнително захранване – 5V ~12V, ако батерията е изхабена и в близост не може да бъде подменена. Предвиден е “Stand by” режим за удължаване времето на експлоатация между две зареждания. Той се активира след 30 сек. липса на активност от страна на работещия. При активирането му силната енергоемка светлина на дисплея се изключва. При по-продължителна липса на активност (2 мин.) уреда преминава в режим с още по-ниска консумация, изключвайки повече от модулите, включително безжичната връзка - “Power Safe mode”.

Съществуват вече разработени “Wireless” приложения за мониторинг в добива на нефт и газ, химическата и хранително – вкусовата промишленост, металургията, мини, фармацефтиката и заводите за цимент. Архитектурата им включва Wireless трансмитер (предавател) с бидиректна Wireless връзка, радио точка (4-20 mA) с Modbus Interface чрез RS485 връзка до аналогови и цифрови изходи. Радио точката е до 150 м разстояние от предавателите. Връзката до управляваща станция е чрез RS232 интерфейс. Тези решения спестяват времевите и финансови параметри по инсталиране и поддръжка на измервателната апаратура, освен това са удобни за труднодостъпни места за следене и измерване. Предимство на MOS-1, е че може да се следят постоянно измерванията когато потребителя не е на операторската станция или пред самия прибор. От друга страна той е приложим и за предприятия, които още не работят с безжични системи. Със специален софтуер, инсталиран на микроконтролера или микропроцесора на операторския компютър (сървър), данните от измерванията на съответните блокове или групи от измервателни уреди, могат да се предават безжично. Подходящ е инженери по КИП и А, които често са в движение, ръководители на направленията по поддръжка и управление на процесите. Също така по време на годишни и капитални ремонти на цехове в заводи, когато повечето апарати се почистват и ремонтират, измервателната апаратура и датчиците към тях се настройват, се постига по-голяма гъвкавост относно достъпа до показанията на приборите.

На следната фигура е показано графичен изглед на свързване към обща точка на прибора MOS-1.








869MHz RF MOS-1

USB MOS-B

Радио база

Операторска станция

Измервателни прибори

Фиг. 1. Принципно свързване на следящо устройство.

3. Потребителски Интерфейс
Прибора е с опростен интерфейс . Има три основни под-менюта – извеждане на данните, газ – анализатор и настройки. Първо под-меню извежда данните по групи, изпращани от компютъра и това под-меню добива само информативна функция. В него не могат да се променят мерните единици. Извеждането става по подстанции, блокове, цехове като за всеки от тях се показват текущите стойности на уредите за съответните параметри. Номерата на приборите се въвеждат при настройка на самия уред като тези групи и съответните им позиции се изпращат от сървъра. При необходимост за проследяване на точно определена позиция след избиране на параметър е добавен “Search”, в който се въвежда дадения номер на търсената позиция.

За анализ на изгорелите газове е внедрен четирикомпонентен газанализатор (CO, CO₂, O₂ и NH₄). След изтичане на времето за реакция (до 3 сек.) се извеждат стойностите и за четирите параметъра и графично изобразяване на текущата стойност, спрямо зададената. При превишаване се задейства предупредителен звуков сигнал.

Фиг.2. Главно меню.

1- Извежда текущи стойности на измерванията; 2 – Преминава към включване на сензорите и извеждане на анализите; 3 – Настройки. 4- “Sleep” – режим.
В “Настройки” се задават граници на стойностите, при които да се задейства звуковата сигнализация. Въвеждат се и мерни единици. Предлагат се няколко възможности за налягане – atm, bar, mmHg, mmH₂O, Pa, за температура – C^o, K, F, разход – m³/h, l/h ток – mA, A, напрежение – mV, V и съпротивление – mΩ, Ω. От там може да се променя криптирания ключ. Може да се променя времето за преминаване в режим “Stand by” като времето по подразбиране е 30 сек. Има опция за незабавно опресняване данните при поискване от потребителя. Времето за опресняване на всички отчети поотделно се задава в софтуера инсталиран на компютъра – сървър. В това меню се въвежда ID кода (парола) на мрежата. При всяко включване на прибора се изисква въвеждане на кода. Когато някоя от

Фиг.3. Извеждане на данните

стойностите не в норма, се маркира в червено както е показано на фигурата. В син цвят е отбелязана стойността, която работещия е маркирал като бележка за напомняне.

4. Захранване

С цел увеличаване продължителността на експлоатация на прибора преди повторно зареждане е добавен режим “Power safe”. Преминаването в този режим се задейства 2 мин. след последната активност на потребителя по клавиатурата и дисплея. Микроконтролера преминава с нискозахранващ режим, а RF модула се изключва. След натискане на бутона “Wake up” връзката се подновява и устройството преминава в работен режим. Прибора може да се зарежда от настолно зарядно.

MOS-B представлява станция, която осъществява връзката между компютъра и мобилните уреди. Изградено е от два основни модула – микроконтролер и RF модул, който се намира и в MOS-1. Връзката към сървъра се осъществява чрез USB 2.0. Устройството се захранва по 5V линия от интерфейса. Връзката до MOS-1 се осъществява с безжичен модул с заложен обхват до 600 метра в смесена среда.

Клавиатурата, дисплея и сензорите комуникират с контролера чрез заявки за прекъсване IRQ. Паметта се свързва на отделен сериен канал. USB порта също е на отделен канал, който е специален за него като заедно с паметта заемат по 2 пина от контролера.

Фиг. 4.Схема на свързване на микроконтролера и модулите за комуникация.

За графичното представяне на уреда е използвана програмата за 3D проектиране SolidWorks. От лявата страна на панела е разположена клавиатурата, която е с 25 бутона. Дисплея тип “one touch screen” e под защитен капак. В дясно от него е закрепена и писалката за придвижване в менюто. На лицевия панел са изведени и основните функции за работа – “Search”, “Save”, “Power safe”, “Settings”, “Refresh” “On/Off”.

Вижда се монтиран говорител от вътрешната страна на лицевия панел.

Фиг.7. Изглед 2- профил

Фиг.9. Изглед 4

[1] Honeywell Albena 2007 Presentation – “A More Detailed Look at Wireless Applications – EMEA 2006”, Todor Todorov, 21 January, 2007

Дияна Тодорова Николова, Технически университет – Варна, 9000 Варна, България, ул. “Студентска”№1, Е-mail: diq.nikolva@gmail.com