Беспроводные системы на базе сенсорных сетей для автоматизации объектов нефтяной промышленности

• высокая гибкость – возможность добавления новых типов датчиков;

• масштабируемость системы – простота при расширении системы новыми сегментами (увеличения количества узлов) и включения в состав системы новых функциональных подсистем.

Преимущества для эксплуатирующей организации:

• быстрота развертывания системы;

• простота технического обслуживания;

• отказоустойчивость и надежность в жестких условиях эксплуатации;

• низкая стоимость внедрения и технического обслуживания системы.

 

«Сенсорная сеть» является сегодня устоявшимся термином (Sensor Networks), обозначающим распределенную, самоорганизующуюся, устойчивую к отказу отдельных элементов сеть из необслуживаемых и не требующих специальной установки устройств. Каждый узел сенсорной сети может содержать различные датчики для контроля внешней среды, микрокомпьютер и радиоприемопередатчик. Это позволяет устройству проводить измерения, самостоятельно проводить начальную обработку данных и поддерживать связь с внешней информационной системой.

          Узел, играющий роль центрального координатора, оснащен также интерфейсом USB, по которому может взаимодействовать с компьютером.

         Узлы сенсорной сети регистрируют события (нажатие на кнопку, превышение порога вибрации и др.) и при наличии связи с центральным координатором передают эту информацию на компьютер. При временном отсутствии связи

с координатором узлы запоминают события и передают их при восстановлении связи.

 

Рисунок 2 – Узел сенсорной сети

 

 

Таблица 1 -Технические характеристики сенсорной сети

Полосы радиочастот	Технические характеристики				Рабочий цикл	Разнос каналов
	Наименование	Значение	Размерность
Персональные радиосети (технологии ZigBee)
2400-2483,5 Mгц	Максимальная ЭИИМ	10		мВт	нет ограничений
	Класс изучения	5M007GW
	Вид модуляции	O-QPSK
	Технология расширения спектра сигнала	Прямое расширение спектра сигнала (DSSS)
	Максимальный коэффициент усилия антенны	3,5		дБ
	Тип антенны	Ненаправленная, интегральная

 

 

Рабочие параметры:

• диапазон рабочих частот: 2,40 — 2,48 ГГц;
• скорость передачи данных: до 250 кбит/с;
• количество входных дискретных сигналов (сухой контакт): до 4;
• количество входных аналоговых сигналов (4-20 мА): до 4;
• количество выходных сигналов (релейный выход): до 4;
• максимальное количество устройств в одном сегменте сети: 1000;
• дальность связи между устройствами по прямой видимости: до 300 м;
• степень защиты от внешних воздействий: IP65;
• диапазон рабочих температур: от – 40 до +75 0С.

 

 

 

 

 

 

5 Технология обработки  полученных результатов.

            Программное обеспечение, необходимое для организации и работы с сенсорными сетями (операционная система TinyOS, язык программирования NesC, эмулятор сети TOSSIM, визуализаторы TinyOS, MoteView, средства интеграции с другими системами MoteWorks).

Такие возможности предоставляет программное обеспечение TinyOS, MoteWorks. На рисунках  показаны страницы программного обеспечения с инструкцией на английском языке.

Программа обеспечение TinyOS.

TinyOS — компонентная операционная система с открытым исходным кодом и предназначенная для беспроводных сетей датчиков. TinyOS является встраиваемой ОС написанной на языке nesC и представляет собой ряд взаимодействующих задач и процессов. Предназначена для объединения с так называемой «умной пылью». TinyOS разрабатывается консорциумом, который возглавляют Калифорнийский университет в Беркли совместно с исследовательским подразделением компании Intel.

Рисунок 3 – Скриншот программы TinyOS.

 

         Программное обеспечение MoteWorks

  Возможности продукта:

• XMesh маломощный сетевой стэк
• Промежуточное програмное обеспечение XServe Gateway
• Надежность доставки сообщений >99.9%
• Маршрутизаторы с низким потреблением энергии
• Обширные API для приложений
• Связь с  корпоративными системами

MoteWorks™ первая в индустрии  открытая, интегрированная, стандартизованная платформа для разработки беспроводных сенсорных сетей, OEM устройств и систем. Платформа поддерживает разработку беспроводных сенсорных устройств, подключаемых к корпоративной сети предприятия. MoteWorks обеспечивает гибкость, позволяя разработчикам выбирать наиболее подходящую топологию сети, профиль питания и пропускную способности в зависимости от разрабатываемого приложения. Оптимизированная для маломощных сетей MoteWorks™ предоставляет:

Для сенсорных устройств: XMesh . Сетевой стек и операционную систему, поддержка 802.15.4/ZigBee, удаленное программирование и средства разработки.

Для серверного шлюза: XServe. Промежуточное программное обеспечение для подключения сенсорной сети к информационной и управленческой системам предприятия.

Для интерфейса пользователя: MoteView . Клиентское приложение для дистанционного анализа и мониторинга, управления и конфигурации датчиков в сети (сетевого управления).

MoteWorks™ создан для обеспечения разработки индивидуальных аппаратных продуктов. Также платформа позволяет разработчикам сосредоточится на дополнительных приложениях и разработках на системном уровне для быстрого вывода на рынок решений на базе беспроводных сенсорных сетей.

MoteWorks доступен для свободного  использования и распространения, для использования в научных, исследовательских, персональных, или некоммерческих проектах. 

            Программное обеспечение MoteWorks. 
      MoteView клиентом является пользовательский интерфейс, который позволяет MoteWorks™ доставить end-to-end решение для всех уровней для беспроводных сенсорных сетей. 
      MoteView отображает информацию из сети для разработчиков и конечных пользователей. Всей сети или отдельных узлов могут быть показаны и проанализированы в графических диаграмм или текстовом формате. MoteView воспроизведения, что позволяет исторических просмотр состояния сети и показания датчика с течением времени, и основывается на информации журнала хранятся в XServe. 
       MoteView анализ возможности автоматического предупреждения по электронной почте, когда пользователем условий. Например, если РФ ссылки пересаживают из-за изменений в 
среды или показания датчиков превышает заданное пороговое значение, e-mail будет оповещать оператора или специалиста в полевых через КПК или мобильный телефон. 
MoteView позволяет конечным пользователям для оптимизации топологии сети и настройки, анализировать информацию с датчиков в интерактивном режиме и затем предпринять корректирующие действия. 
        MoteView предоставляет интерфейс для удаленной настройки пылинки в беспроводной сети. Каждый узел может быть индивидуально обновлены конфигурационные параметры, предусмотренные сучок. Это делает его прозрачным для пользователя установлен беспроводной сенсорной сети, чтобы настроить пылинки, например. частота изменения показаний датчиков, не требуя каких-либо знаний в области программирования. 
        MoteView также имеет встроенную поддержку для crossbow весь спектр сенсорных платы, что обеспечивает очень быстрое прототипирование. Если настраиваемый датчик досок, необходимых для приложения, эти советы могут быть использованы для управления в MoteView.

Рисунок 4- Скриншот  программы MoteView.

        Автоматизация объектов цеха добычи нефти и газа (ЦДНГ) на базе УБПД.

Для того чтобы телемеханизировать весь фонд добывающих скважин, необходимо на каждую скважину установить контроллер и радиомодуль, идентичный работающему на АГЗУ, так как к каждой АГЗУ подведены 8 — 14 скважин, то стоимость радиотелемеханизации возрастает в 10 раз. Применение УБПД, стоимость которых значительно меньше аналогичных систем для радиотелемеханизации добывающих скважин, позволит выполнить требование ГОСТР8.615-2005 п.7 по учету времени, отработан-ному каждой скважиной.

 

   

Рисунок 5 - Схема автоматизация объектов цеха добычи нефти и газа.

    Необходимо отметить, что использование автоматизированных систем позволяет достичь следующих результатов:

- Снизить затраты труда и исключить ошибки персонала;

- Усовершенствовать обработку информации за счет исключения ручного ввода и связанных с этим ошибок;

- Повысить скорость обработки и передачи данных;

- Повысить общую скорость работы производства;

- Улучшить прослеживаемость измерений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была рассмотрена и усовершенствована разработка и внедрение беспроводной системы на базе сенсорных сетей.

Система автоматизированного контроля позволила ускорить процесс измерений и повысила их достоверность, а благодаря передачи узла информации к инженеру на компьютер повысилась скорость обработки и передачи данных, а также была улучшена отслеживаемость измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Каневский И.Н., Сальникова Е.Н. Неразрушающие методы контроля: Учебное пособие. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - 243 с.
2. Чекмарев А.Н., Барвинок В.А., Шалавин В.В. Статистические методы управления качеством [Текст]\\ А.Н. Чекмарёв – М.: Машиностроение, 1999, - 314 с. 
3. Лахири С. RFID. Руководство по внедрению [Текст]\\ С.Ларихи – М.: КУДИЦ-Пресс, 2007, - 312 с.
4. СТО СГАУ 02068410-004-2007. Общие требования к учебным текстовым документам. – Самара.: СГАУ, 2007. - 29с.
5. http://www.ipmce.ru/img/release/bsm_ipmce.pdf
6. http://www.masters.donntu.edu.ua/2011/fknt/levzhinsky/library/translate.htm
7. http://www.transneft.ru/
8. http://www.ubitel.ru/production/xbow/soft/
9. http://www.compress.ru/article.aspx?id=19782