Система телемеханики магистрального трубопровода на основе связи стандарта GSM (стр. 1 )

На правах рукописи

СИСТЕМА ТЕЛЕМЕХАНИКИ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

НА ОСНОВЕ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

(в промышленности)

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Томск – 2007

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

Научный руководитель –	доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор кандидат физико-математических наук, с. н.с.
Ведущая организация –	Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики

Защита состоится « 7 » июня 2007 г. в ______ на заседании диссертационного совета Д.212.268.02 в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу:

634034, г. Томск, .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУРа по адресу:

634045, г. Томск, ул. Вершинина, 74.

Автореферат разослан «_3_» мая 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Трубопроводный транспорт углеводородной продукции является одной из ключевых отраслей народного хозяйства РФ. Магистральные трубопроводы представляют собой разветвленную сеть, охватывающую практически все регионы страны. Общая протяженность трубопроводов составляет около 200 000 км.

Важнейшей частью автоматизированной системы управления (АСУ) технологическим процессом (ТП) магистральных трубопроводов (МТ) является система телемеханики (ТМ). Система ТМ МТ обеспечивает взаимодействие местного диспетчерского пункта (МДП) с пунктами контроля и управления (КП), расположенными на МТ. Некоторые МТ располагаются в местности (например, горных районах), где прокладка кабельных линий связи является невозможной или сопряжена с большими временными и денежными затратами.

Применение связи GSM приводит к значительному упрощению, ускорению и удешевлению процесса создания распределенных систем. Связь GSM лишена недостатков, присущих кабельным каналам, которые имеют высокую стоимость самих линий, их внедрения и эксплуатации, что играет особо важную роль в распределенных системах. В отличие от радиомодемов с выделенной частотой при использовании GSM нет необходимости лицензировать частоту, и не требуется установка повторителей для получения большой зоны охвата территории.

Примеры внедрений показывают, что решения на основе GSM являются эффективными в областях учета энергоресурсов, удаленного сбора информации, навигации, телеметрии, логистики, безопасности и др. Однако на основе GSM еще не разработаны системы по управлению сложными промышленными объектами, такими как магистральные трубопроводы. Поэтому создание системы телемеханики магистрального трубопровода на основе GSM является актуальной проблемой.

Цель работы – создание системы телемеханики магистрального трубопровода на основе связи стандарта GSM.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1.  Изучить существующие автоматизированные системы на основе связи стандарта GSM.

2.  Провести анализ услуг передачи данных, предоставляемых оператором и сделать вывод о пригодности GSM для использования в системах телемеханики.

3.  Разработать методологию создания систем телемеханики на основе GSM.

4.  Создать систему телемеханики на основе GSM.

5.  Исследовать характеристики системы телемеханики на основе GSM и провести поиск способов их улучшения.

Объект исследования – система телемеханики магистрального трубопровода на основе связи стандарта GSM.

Предмет исследования – методы, используемые при создании системы телемеханики на основе GSM, характеристики данной системы и способы их улучшения.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, теория алгоритмов, теория конечных автоматов, теория эксперимента, математическая статистика.

Научная новизна диссертационной работы.

1.  Разработана методология для создания систем телемеханики на основе GSM.

2.  Предложена технология передачи информации в комплексной телемеханической системе на основе GSM.

3.  Создан протокол ElSy_GSM для передачи всех видов телемеханической информации.

4.  Разработаны алгоритмы, обеспечивающие одновременную работу сеанса связи Data call, отправку и получение SMS.

Практическая ценность.

1.  Создана система телемеханики магистрального трубопровода на основе GSM.

2.  Разработано программное обеспечение (ПО) для исследования характеристик услуг Data call и SMS, которое можно использовать для заданного оператора GSM в произвольной географической точке в различных практических приложениях. При незначительной модификации ПО можно использовать для исследования услуг сотовых сетей других стандартов.

3.  Выполнено исследование характеристик быстродействия и надежности услуг оператора GSM, по результатам которого предложены способы повышения быстродействия и надежности системы.

Положения, выносимые на защиту.

1.  Реализованная технология передачи телемеханической информации по сети GSM, а также способы, предложенные на основе результатов проведенных исследований, повышающие быстродействие и надежность системы телемеханики на основе GSM.

2.  Выявленные зависимости, позволяющие по параметрам системы и характеристикам услуг GSM рассчитать показатели быстродействия и надежности системы.

3.  Программно-алгоритмическое обеспечение по измерению характеристик услуг заданного оператора в произвольной географической точке.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы, в частности разработанное программно-алгоритмическое обеспечение, используются для создания систем телемеханики магистральных трубопроводов в НИИ Электронных систем, охранных систем удаленных объектов в «Информационные системы безопасности», а также в учебном процессе ТУСУР, что подтверждается актами о внедрении.

Личный вклад автора. Основные результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Автором разработаны: методология создания систем ТМ на основе GSM; технология передачи телемеханической информации по сети GSM; протокол ElSy_GSM, алгоритмы и ПО для аппаратного модуля программируемого логического контроллера (ПЛК), реализующие эту технологию; способы, повышающие быстродействие и надежность системы ТМ на основе GSM и способы защиты передаваемой информации. Также автором создано ПО для исследования характеристик услуг Data call и SMS и проведено экспериментальное исследование. Постановка задачи и результаты исследования обсуждались с д. т.н., профессором . Предварительное исследование услуг GSM было выполнено совместно с . Анализ методов повышения надежности программного обеспечения был произведен совместно с , и .

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях (из которых 1 в издании из Перечня ВАК).

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, выставках и семинарах:

1.  Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР», г. Томск, 2005, 2006, 2007 гг.

2.  Третьей международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2005 г.

3.  30-м Международном семинаре-презентации и выставке «Автоматизация. Программно-технические средства. Системы. Применения», ИПУ РАН, г. Москва, 2006 г.

4.  Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники», г. Красноярск, 2006 г.

5.  1-й Межрегиональной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники», г. Ростов, 2006 г.

6.  Международной научно-технической конференции «Сложные системы управления и менеджмент качества CCSQM’2007», г. Старый Оскол, 2007 г.

7.  Томских IEEE-семинарах.

8.  Научно-практических семинарах кафедры КИБЭВС ТУСУР «Системы моделирования, проектирования и управления», г. Томск.

9.  Научно-технических семинарах НИИ Электронных систем, г. Томск.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и 3 приложений. Работа включает 44 рисунка и 23 таблицы. Общий объем работы составляет 141 страницу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описывается АСУ ТП МТ, важнейшей частью которой является система телемеханики. Обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы, излагаются положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится анализ стандарта GSM, обсуждаются преимущества и недостатки GSM при использовании в автоматизированных системах и описываются варианты применения GSM.

GSM (Global System for Mobile Communications – глобальная система мобильной связи) является цифровым стандартом сотовой связи. Основные услуги GSM, используемые для передачи данных: Data call, SMS и GPRS. Принцип работы Data call аналогичен обычному голосовому вызову. При этом после установления соединения вместо речи передаются данные со скоростью 9600 бит/с. SMS (Short Message Service) – услуга коротких сообщений, GPRS (General Packet Radio Service) – услуга пакетной передачи данных.