Анализ современного состояния вопроса построения коммуникационного взаимодействия в АСДУ на основе БСС
научный журнал «Актуальные исследования» #1 (4), январь '20

Анализ современного состояния вопроса построения коммуникационного взаимодействия в АСДУ на основе БСС

Беспроводные сенсорные сети (БСС) – это семейство сетей, узлы которой являются миниатюрными устройствами, умеющими выполнять сразу процедуры получения и преобразования информации и коммуникационные функции. Узел имеет встроенные: процессор, оперативную и флэш память, преобразователи цифроаналоговые, приёмопередатчик радиочастот, множество разных датчиков и зарядку. В статье проведен анализ современного состояния вопроса построения коммуникационного взаимодействия в автоматизированных системах диспетчерского управления на основе БСС.

Аннотация статьи
АСДУ
БСС
коммуникационное взаимодействие
Ключевые слова

В настоящее время относительно невысокая стоимость и простота конструктивного исполнения аппаратных средств для беспроводной передачи данных (с использованием IoT – технологий: Lora, Wi-Fi, ZigBee и др.) позволяет создать сеть или сети, состоящие из более чем нескольких тысяч различных элементов. Низкое электропотребление позволяет узлам осуществлять работу от автономного источника питания в течение нескольких месяцев или даже лет. На данный момент, БСС – это одно из самых современных направлений развития отказоустойчивых систем самоорганизации наблюдения и контроля за распределительными объектами. Перспективность использования технологий БСС в создании подсистем мониторинга АСДУ, заключается в том, что сети можно разворачивать даже в труднодоступных местах (горная местность, подвалы и др.) и при отсутствии проводных коммуникаций и источников электропитания.

БСС можно классифицировать по различным критериям: сфера применения, географическая протяжённость, способ сбора данных, локализация абонентов, архитектурные решения и осуществление позиционирования устройства (рис. 1).

Рис. 1. Классификация БСС

По географической протяжённости, следующим образом: локальные, региональные, персональные и глобальные БСС.

Способ локализации или установка БСС, подразделяются на: динамические (мобильные) и статические (фиксированные).

Динамический метод установки подходит больше всего для задач, связанных с постоянным определением координат узла и его размещением относительно расположения соседей. Данная проблема решается мониторингом подвижности объекта, где находятся узлы, в пространстве.

Статический метод БСС используется в задачах исследования условий окружающей местности. Сбор информации БСС в такой работе, производится разными методами, основываясь на целевом назначение данной сети.

Принимая во внимание множество методов эксплуатации ресурсов сети, БСС можно распределить на классы, учитывая их вид функционирование и тип целевого приложения: гибридные сети, проактивные сети, реактивные сети.

Проактивные сети – это сети, узлы которой дают показания и перекидывают их на базовую станцию в определённый промежуток времени, что позволяет сформировать картину окружающей местности. Узлы проактивных сетей чаще всего используют для приложений, которые требуют регулярного отслеживания фактов, содержащих полное описание некоторой местности.

Реактивные сети – это сети, узлы которой аналогичным образом снимают показания, как и у проактивных, только они не передают их, если полученная информация попала в область нормальных показателей. Если же информация выходит за границы допустимой нормы, она тут же передаётся на главную станцию. Данный вид сетей предназначается для осуществления работы с приложениями в реальном времени.

Гибридные сети – это комбинирование 2-х вышеупомянутых типов, в которой сенсорные узлы могут не только пересылать полученную информацию, но ещё и обладают реакцией на резкие изменения в показателях. Поэтому, гибридная сеть, является самой перспективной структурой БСС, которая обеспечивает функционирование подсистемы отслеживания АСДУ. Данные устройства, помогают конструировать крупномасштабные сети, которые осуществляют сборку и первичную обработку информации, составляющую описание местности на территории субъектов России. При всём этом, полученная информация передаётся «по цепочке», то есть, от первого прибора к следующему. Пути передачи информации строятся автоматически так, чтобы за конечное число передач по сети, информация от каждого узла была перекидана на шлюз – прибор, который имеет соединение с программным и аппаратным обеспечением системы АСДУ. В случае аварии с каким-нибудь узлом, система автоматически подстроится так, чтобы данные со всех работоспособных узлов могли быть переданы и получены существующим шлюзом [1].

В конструирование подсистемы отслеживания АСДУ на основе БСС, нередко появляется проблема рационального размещения узлов сети на территории. Эта проблема решается либо установкой узлов БСС вручную на территории, либо разбрасыванием приборов с самолёта, что является более простым методом, а также это позволяет установить узлы в труднодоступных местностях. Следует отметить, что в первую очередь необходимо контролировать процесс конструирования структуры БСС, потому что, могут возникнуть проблемы недостатка энергоёмкости и воздействия снаружи, которые приведут к недоступности некоторых узлов к общей сети на определённое время. Следовательно, стоит понимать, что необходимость динамической модификации путей передачи информации в БСС, в таких ситуациях просто необходима.

Если произошёл выход из строя узла, то путь передачи информации от других узлов к главной станции сети будет перестраиваться, учитывая все изменения конфигурации.

Стоит учитывать то, что при, конструировании подсистемы отслеживания АСДУ на основе БСС, нужно не допускать повторную передачу одной и той же информации от разных узлов системы. Путь информации от узлов к основной станции должен перераспределиться, учитывая изменения конфигурации сети, а образующиеся места недоступности системы, должны вычисляться автоматически. Также, утерянная информация должна восполнится за необходимый период времени. Если происходит установка новых узлов в систему сети, то её структура должна будет вычислена автоматически, а путь информации перераспределён определённым образом.

Зная то, что БСС для АСДУ необходимо эксплуатировать в открытых местностях, которые должны быть легкодоступные, стоит пользоваться специальными процедурами для защиты передаваемых данных от различных воздействий или преднамеренных искажений [2].

Произведённый анализ состояния вопроса построения коммуникационного взаимодействия в АСДУ на основе БСС, позволяет создать картину того, что определённые требования к подсистеме отслеживания (мониторинга) на базе БСС в АСДУ, это: относительно невысокая стоимость; низкая энергоёмкость; автоматическое конфигурирование; устойчивость системы к внешним факторам и радиопомехам; автоматический выбор структуры организованности сети; способность получать информацию с географически распределенных объектов при выходе из строя как отдельных узлов, так и отдельных сегментов сети.

Таким образом, с учётом того, что требования по самонастройке и получению информации при отказе определённых частей структуры сети предполагают использовать нестандартные решения по контролю функционирования БСС, основанных на знаниях специалистов, возникает необходимость интеллектуального мониторинга, реализованного в современных АСДУ.

Структурная схема типовой АСДУ с использованием межуровневого коммуникационного взаимодействия на основе БСС представлена на рисунках 2 и 3.

Рис. 2. Структурная схема АСДУ. Нижний функциональный уровень

Рис. 3. Структурная схема АСДУ. Верхний функциональный уровень

На рисунках 2 и 3 соответственно представлена многоуровневая структура АСДУ, включающая:

1) НФУ – непосредственно измерительное оборудование (приборы учета) и исполнительные механизмы (автоматические выключатели и расцепители). Например: продукт компании АББ, серия Emax, Данные автоматические выключатели являются результатом долгой и усердной работы компании по поиску новых решений для современного рынка. Данные аппараты оснащены по последнему слову техники, новейшие расцепители предлагают широкий спектр возможностей для управления и защиты. В качестве примера прибора учета можно привести: счетчик меркурий 230.

2) СФУ, который представляет коммуникационное оборудование для организации передачи информации от НФУ к ВФУ. Он представлен GSM модемами. Например: GSM-модемы от компании TELEOFIS, данные устройства связи оборудованы специально для работы с автоматизированными сетями, для связи используют порты RS-232 и RS-485, например, модели TELEOFIS RX100-R и RX108-L.

3) ВФУ – серверное аппаратное и программное обеспечение. Для минимизации затрат на его внедрение предлагается использовать уже существующее серверное обеспечение. Например, такие программы как: AdminTools, АльфаЦЕНТР, Конфигуратор «Меркурий 230», SD-Testbus 2.

Для реализации работы БСС необходимо внедрить IoT технологии, например, ZigBee. Для этого необходимо в электрическом щите установить специальный ZigBee Pro-модем, а именно AnCom RZ/B. Данное устройство может осуществлять следующие функции:

– учет электроэнергии, воды, тепла и газа;

– диспетчеризация и мониторинг в системах ЖКХ (АСКУЭ, АСКУПЭ);

– удаленный контроль процессов и оборудования;

– мониторинг окружающей среды.

Структура АСДУ на базе БСС выглядит следующим образом (рис. 4):

Рис. 4. Структура АСДУ с применением БСС

На данной структурной схеме представлен адресный доступ к субъектам автоматизации со стороны диспетчерского ПО. М – узел сети (маршрутизатор), К – координатор.

Текст статьи
  1. Падалко С.Н., Терентьев М.Н. Автоматизированное проектирование адаптивных дискретных беспроводных сенсорных сетей для космических систем. М.: Изд-во МАИ, 2013. 128 с.
  2. Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам: Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 240 с.
  3. Удаленная диспетчеризация инженерных объектов с использованием GSM/3G-каналов связи [Электронный ресурс]. Режим доступа https://isup.ru/articles/3/4901/ (дата обращения 29.09.2019).
  4. Комплексные решения по GPRS-связи в системах промышленной автоматизации и диспетчеризации [Электронный ресурс]. Режим доступа https://wireless-e.ru/gsm/ancom/ (дата обращения 29.09.2019).
  5. Применение GSM-модемов для удаленного снятия показаний приборов учета электрической энергии // Информатизация и Системы Управления в Промышленности. 2011. № 2(32).
  6. Яманов А.Д., Алевский Д.А., Плеханов А.Е. Еще раз о локальных беспроводных сетях ZigBee для систем АСУ ТП и АСКУЭ /
    Д.А. Алевский, А. Е. Плеханов // Информатизация и Системы Управления в Промышленности. 2015. № 3(57).
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 июля по 16 июля
Осталось 2 дня до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
БЕСПЛАТНО
Размещение электронной версии
21 июля
Загрузка в elibrary
21 июля
Рассылка печатных экземпляров
25 июля