Далее рассматриваются преимущества и недостатки GSM при использовании в автоматизированных системах. Связь GSM лишена недостатков, присущих кабельным каналам и радиомодемам с выделенной частотой. Она организуется, как правило, с помощью GSM терминалов, которые подобно модемам для кабельных линий, имеют интерфейс RS232 и управляются с помощью AT команд. Таким образом, GSM устройства легко интегрируются в автоматизированную систему.
Однако GSM доступен не в каждой географической точке страны. Кроме того, некоторые здания спроектированы таким образом, что связь GSM в них обладает плохим качеством или отсутствует.
Далее приводятся предложения разработчиков и конкретные примеры использования GSM. Практически ко всем автоматизированным системам из обширного спектра внедрений сотовой связи предъявляются минимальные требования по быстродействию, надежности и др. характеристикам. Поэтому создание таких систем до настоящего времени осуществлялось без использования научной базы. Таким образом, на данный момент не разработана научная основа использования сотовой связи общего назначения в автоматизированных системах, и данная область не является достаточно исследованной.
Во второй главе описывается проблема создания системы телемеханики магистрального трубопровода на основе GSM.
В телемеханических системах могут передаваться различные виды информации: о значениях параметров объектов - телеизмерение (ТИ); о том, в каком из возможных состояний (обычно двух) находится контролируемый объект – телесигнализация (ТС); команды управления – телеуправление (ТУ). В комплексных системах ТМ передается информация всех видов (ТУ, ТС, ТИ).
Основными компонентами магистрального трубопровода являются перекачивающие станции (ПС) и линейные участки трубопровода между ними. Линейный участок (ЛУ) имеет протяженность порядка 100 км, на протяжении которого примерно через каждые 10 км устанавливаются КП. МДП, как правило, организуется в месте расположения ПС. Схема системы телемеханики на основе GSM представлена на рис. 1 (стрелками показаны информационные потоки).
Рис. 1. Схема системы телемеханики на основе связи стандарта GSM.
От МДП (далее просто ДП) к КП передаются команды управления (ТУ), а в обратном направлении – данные, необходимые для контроля и управления (ТИ и ТС). Поэтому рассматриваемая система является комплексной системой телемеханики.
Для передачи данных ТИ в системах ТМ обычно применяется циклический опрос. ПЛК, установленный на ДП, последовательно запрашивает и получает данные с контроллеров всех КП, а затем через заданный промежуток времени весь процесс повторяется и т. д. В связи с этим ПЛК ДП принято называть опросчиком, а ПЛК КП подчиненной станцией.
Характеристиками системы являются: надежность, быстродействие, защищенность передаваемой информации и др.
Для того чтобы сделать предварительный вывод о возможности создания системы на основе GSM были проведено макетное исследование.
Основными элементами систем телемеханики, как правило, являются ПЛК. Был выбран ПЛК «ЭлСи‑ТМ» (производства , г. Томск). В состав макета входили коммуникационный контроллер ДП и контроллеры КП. К каждому ПЛК подключался GSM терминал Siemens TC35i (рис. 2).
Рис. 2. Аппаратура системы телемеханики на основе GSM.
Состав и количество передаваемых данных были типичны для системы ТМ МТ. Исследование проводилось с использованием услуги Data call оператора (торговая марка «Bee Line»).
Время на опрос одного КП составило в среднем 32 с. При этом не удалось установить соединение с первого раза в 3% опытов. Полученные характеристики быстродействия и надежности передачи данных являются удовлетворительными, поэтому целесообразно использовать связь GSM как основу системы телемеханики магистрального трубопровода. Однако необходимо повысить быстродействие и надежность системы. Так как канал связи является открытым, необходимо также исследовать вопрос защиты передаваемой информации, что особо актуально для экологически-опасного объекта, которым является магистральный трубопровод.
Далее обсуждается аппаратная основа для создания системы. ПЛК «ЭлСи‑ТМ» имеет модульную структуру. GSM терминал подключается к интерфейсному модулю TN 502 COM, поддерживающему интерфейс RS232 (рис. 2). Модуль имеет следующие вычислительные возможности: ЦП Intel i8051 (8-разрядный, 24 МГц); ОЗУ 32Кбайт; ПЗУ 16Кбайт. Для создания системы телемеханики магистрального трубопровода на основе связи стандарта GSM требуется разработать новое программное обеспечение для интерфейсного модуля TN 502 COM, имеющего ограниченные вычислительные ресурсы.
В отличие от существующих систем на основе GSM, система телемеханики магистрального трубопровода является комплексной телемеханической системой экологически-опасного промышленного объекта. Поэтому необходимо создание новой технологии передачи телемеханической информации и научно-технических решений, обеспечивающих наилучшее быстродействие и надежность, а также защиту передаваемой информации.
В третьей главе описывается создание системы ТМ на основе GSM по методологии, предложенной автором. Обсуждаются разработка технологии, протокола передачи телемеханической информации и алгоритмов, а также методов защиты передаваемой информации, которые были реализованы в виде ПО.
Предложенная методология создания системы телемеханики на основе GSM включает следующие основные этапы.
1. Разработка технологии передачи телемеханической информации по сети GSM.
2. Создание протокола передачи всех телемеханических данных (ТИ, ТС, ТУ) на основе предложенной технологии.
3. Разработка алгоритмов, обеспечивающих передачу данных по протоколу.
4. Выбор способов защиты передаваемой информации.
5. Реализация разработанных алгоритмов в виде ПО аппаратного модуля TN502 COM ПЛК «ЭлСи-ТМ».
С целью поиска способов повышения быстродействия системы были рассмотрены услуги SMS и GPRS. Исследования, проведенные на том же макете, показали, что минимальное время доставки SMS равно 7 с, а надежность услуги GPRS оказалась неудовлетворительной.
Для оценки быстродействия систем телемеханики используются показатели: время получения сигналов ТИ со всех КП и время доставки одного сигнала ТС, ТУ. Для сравнения быстродействия услуг Data call и SMS был проведен расчет для системы телемеханики, состоящей из одного ДП и 5 КП, при объеме данных для каждого КП: ТИ – 1 Кб, ТС – 10 сигналов (по 1 б), ТУ – 10 сигналов (по 1 б). Полученные результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значения показателей быстродействия для услуг Data call и SMS
Услуга сети GSM | Время получения сигналов ТИ со всех КП, c | Время доставки одного сигнала ТС, ТУ, c |
Data call | 140 | 27 |
SMS | 280 | 7 |
Таблица показывает, что по первому показателю выигрывает Data Call, а по второму – SMS. Исходя из этого, была предложена следующая технология передачи телемеханической информации: сигналы ТИ передавать посредством Data call, а сигналы ТС, ТУ посредством SMS. Данная технология требует разработки новых научно-технических решений.
Существует два режима работы GSM терминалов: командный режим и режим передачи данных. В командном режиме терминал воспринимает AT команды по интерфейсу RS232 и после обработки возвращает ответ, который зависит от полученной команды и результата ее выполнения. Также в командном режиме GSM терминал может по собственной инициативе отправлять коды индикации. Они используются, например, для индикации входящего вызова, пришедшей SMS, изменения качества сигнала базовой станции.
GSM терминал переходит в режим передачи данных после установления соединения Data call. В этом режиме все данные, которые терминал получает по интерфейсу RS232, передаются в канал связи, а приходящие из канала данные терминал непосредственно передает по RS232 управляющему оборудованию (рис. 3).
Рис. 3. Принцип работы GMS терминала в режиме передачи данных.
Далее рассматриваются последовательности AT команд, ответов и кодов индикации, необходимые для сеанса связи Data call, отправки и получения SMS. Пример сценария отправки SMS приведен на рис. 4.
Рис. 4. Сценарий отправки SMS.
Далее описывается разработка протокола ElSy_GSM. Протоколы передачи данных, используемые в системах телемеханики, как правило, предназначены для кабельных линий связи. Кроме того, услуга Data call уже имеет реализацию канального уровня в виде протокола RLP (Radio Link Protocol – протокол передачи по радиоканалу). Сетевой уровень для соединения типа «точка-точка» не требуется. Поэтому для передачи данных посредством услуг Data call и SMS, потребовалось разработать новый протокол.
Для обмена данными по протоколу используются сообщения, формат которых представлен на рис. 5.
Флаг 0x88 | Длина (2 байта) | Тело сообщения | CRC (до 8 байт) |
Рис. 5. Формат сообщения протокола ElSy_GSM.
Как видно из рисунка, каждое сообщение состоит из флага начала сообщения, поля длины, тела сообщения и циклической контрольной суммы (CRC – Cyclic Redundancy Code). Структура тела сообщения представлена на рис. 6.
Заголовок | Данные | ||||||
Тип | Нуме-рация | Резерв | Длина тела | Количество записей | Сигнал 1 | … | Сигнал N |
1 байт | 1 байт | 4 байта | 2 байта | 1 байт | ≤47 байт | ≤47 байт |
Рис. 6. Структура тела сообщения.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
