04 марта 2016г.
Беспроводные сенсорные сети в являются самой передовой технологией в области самоорганизующихся систем контроля и управления различными процессами на промышленных объектах. В настоящее время актуален вопрос создания новых пространственно-распределѐнных беспроводных сенсорных сетей (БСС) для контроля концентрации взрывчатых и опасных газов на промышленных объектах нефтегазовой и химической отрасли промышленности[1]. Беспроводная сенсорная сеть представляет собой совокупность вычислительных устройств, объединенных в самоорганизующуюся сеть с помощью радиоканала.
Современные беспроводные сенсорные узлы (БСУ) на объектах промышленной инфраструктуры, как правило, состоят из приемопередатчика, газового датчика, интеллектуального источника питания (ИИП) на основе альтернативных источников энергии [2], малопотребляющего микроконтроллера (Рисунок 1). Разрабатываемые промышленные беспроводные узлы (Рисунок 2) включают в себя универсальные газовые датчики, которые обладают единым цифровым протоколом и интерфейсом обмена данными, одним набором команд, методиками настройки, калибровки и поверки. На промышленных объектах устанавливаются именно такие сенсорные сети совместно с универсальным программно-аппаратным комплексом сбора и анализа данных.
Для реализации программно-аппаратного комплекса сбора и анализа данных беспроводных сенсорных сетей требуется центральный высокопроизводительный сервер, к которому подключен usb-uart zigbee приемопередающий модуль – узел сбора информации.
На Linux сервере оператора устанавливается универсальное сетевое программное обеспечение LabVIEW и MySQL база данных. Иногда в сети сбора данных присутствует шлюз Ethernet – zigbee.
Сетевое серверное приложение обладает
функциями анализа, сбора и обработки информации в режиме реального времени.
Приложение на сервере оператора
позволяет визуально отображать полученные данные с нескольких сенсорных
узлов в виде интерактивных графиков с возможностями автоматического масштабирования, а также получения информации
в цифровом формате (Рисунок
3). Дополнительные функции позволяют оператору сервера удаленно изменять
или обновлять ПО удаленных сенсорных узлов [3]. Приложение позволяет оператору создать свой набор
правил для анализа полученной информации. Сбор результатов промышленного мониторинга выполняется следующими способами: по расписанию, по запросу
от оператора, по запросу от мобильных устройств, при возникновении внештатной ситуации. В первом случае информация от контроллеров и терминалов передается на центральный сервер
оператора в определенные моменты времени согласно расписанию перехода
сенсорных узлов в «активное» состояние и сбора показаний
с датчиков.
В остальные периоды
времени сенсорные узлы находятся в «спящем» режиме
пониженного энергопотребления [4]. Во втором случае диспетчер
производит адресный или широковещательный опрос сенсорных узлов на предмет сбора требуемой
информации. В третьем случае опрос производится путем инициирования сбора информации с узлов через диспетчерский сервер,
либо путем локального опроса
узлов с мобильного устройства в зоне радиодоступа. При наступлении внештатной ситуации активация «спящих» узлов и передача информации с координатами места возникновения аварийного события производится узлами самостоятельно.
Событие регистрируется на сервере
и записывается в базу данных, далее данные
передаются руководителям.
Дополнительные функции программно-аппаратного комплекса позволяют
оператору сервера проводить выборку данных с сенсорных устройств по различным параметрам, как в режиме реального
времени, так и с определенной периодичностью. Используя выборку данных, оператор
сервера имеет возможность подготовить и сгенерировать отчет о ходе мониторинга. Программа позволяет удаленно обновлять программное обеспечение у сенсорных устройств. Программное обеспечение поддерживает функции аварийной
сигнализации и управления тревожными сообщениями, для случаев
получения критических данных
от сенсорных устройств.
В настоящее время
современные отечественные технологии позволяют создавать элементную базу для реализации оптимальных схемотехнических и конструктивно-технологических решений
по созданию БСУ с использованием высокочувствительных газовых сенсоров. Импортное программное обеспечение позволяют создать высоко функциональный программно-аппаратный комплекс сбора и анализа данных беспроводной сенсорной сети газовых сенсоров
для обеспечения промышленной безопасности.
Работы выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0134, уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57714X0134) с использованием оборудования ЦКП «Функциональный контроль и диагностика микро- и наносистемной техники»
на базе НПК «Технологический центр».
Список литературы
1.
Суханов А.В., Прокофьев И.В., Гусев Д.В. Мультиагентная система мониторинга web-датчиков, созданная на основе
наносенсорики // Нано- и микросистемная техника. -2014. №6. –С. 42-45.
2.
Суханов А.В. Интеллектуальный
источник питания
на основе альтернативных источников энергии
для беспроводных сенсорных сетей // Актуальные вопросы науки и техники. Сборник
научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. № 2. Самара,
2015. С. 13-16.
3.
Суханов А.В. Разработка zigbee-совместимого механизма удаленного обновления программного обеспечения микроконтроллера сенсорного
узла / Проблемы и достижения в науке и технике
// Сборник научных
трудов по итогам международной научно-практической конференции. № 2. Омск 2015. С. 32-34
4.
Суханов А.В., Артемова А.И., Евмириди А.С. Анализ энергопотребления и энергоэффективности автономных беспроводных сенсорных узлов / Вопросы
технических наук: новые подходы в решении актуальных проблем
/ Сборник научных
трудов по итогам международной научно-практической конференции. № 2. Казань,
2015. С. 5-7
