90
l Nr 5 l Maj 2011 r.POMIARY I MONItORINg
C
oraz powszechniejsze staje się wy- twarzanie urządzeń, które mają moż- liwość prowadzenia pomiarów i komuni- kacji ze zdalnymi odbiornikami w sposób bezprzewodowy [3]. Urządzenia takie mogą być zasilane bateryjnie i mogą dzia- łać nawet dwa lata bez wymiany baterii (w zależności od wykonania, montażu oraz wielu czynników środowiskowych).Wydaje się, że istnieje wiele możliwości zastosowań tego typu rozwiązań z uwa- gi na ich łatwe wdrażanie w praktyce [4].
Nie są potrzebne instalacje przewodowe pomiędzy przetwornikami obiektowy- mi a punktem centralnym. Wystarczy rozmieścić urządzenia w odpowiednich miejscach, skonfigurować oprogramowa- nie i system pomiarowy jest gotowy do działania. W kolejnych punktach artyku- łu zostanie przedstawione rozwiązanie systemu pomiarowo-rejestrującego skła- dającego się z przewodowych i bezprze- wodowych przetworników obiektowych, centrali rejestrującej i programu nadzo- rującego ich działanie.
Przetworniki obiektowe
W skład systemu wchodzi zestaw prze- tworników obiektowych przewodowych i bezprzewodowych wraz z centralą nadawczo-rejestrującą. Opracowano wie- le wariantów wykonań przetworników obiektowych w zależności od wyposaże- nia w przetworniki pomiarowe lub ele- menty wykonawcze, są to przetworniki temperatury o różnych zakresach, prze- tworniki wilgotności oraz innych wiel- kości mierzonych. Przetworniki obiek- towe zamknięto w obudowach z two- rzywa sztucznego o wysokim poziomie szczelności. Wykonania bezprzewodowe zasilane są z baterii 3,6 V. Przetworniki przewodowe są zasilane za pomocą od- dzielnego zasilacza [1]. Przetworniki bez- przewodowe są nadzorowane za pośred-
nictwem centrali komunikacyjnej dołą- czonej przy pomocy interfejsu RS232 do komputera PC. Komunikacja z centralą odbywa się przy użyciu nietypowego, fir- mowego protokołu komunikacyjnego.
Centrala komunikacyjna (rys. 1) jest niezbędnym modułem pośredniczącym w transmisji bezprzewodowej pomiędzy programem nadzorującym a bezprzewo- dowymi przetwornikami pomiarowymi.
Układ elektroniczny centrali wykorzy- stuje mikroprocesor ADUC836 [2]. Wy- posażona jest ona także w układy zapew- niające transmisję szeregową w standar- dzie RS232 z komputerem typu PC oraz nadajnik/odbiornik zapewniający ko- munikację radiową z przetwornikami pomiarowymi. Podstawowym zadaniem centrali jest komunikacja drogą przewo- dową przez interfejs RS232 z programem nadzorującym uruchomionym na kompu- terze PC, przesyłanie rozkazów drogą ra- diową do bezprzewodowych przetworni- ków pomiarowych, odbiór informacji od przetworników pomiarowych, wysyłanie informacji zwrotnej do aplikacji sygnali- zującej poprawną transmisję oraz groma- dzącej dane w bazie danych.
Przetwornik bezprzewodowy (rys. 2) jest przetwornikiem pomiarowym wy- konującym polecenia odbierane drogą radiową z centrali komunikacyjnej. Wy- korzystuje mikroprocesor ADUC836 [2].
Wyposażony jest w nadajnik/odbior- nik zapewniający komunikację radiową z centralą komunikacyjną, układ czaso- wy niezbędny do prawidłowej pracy oraz umożliwiający wprowadzenie przetwor- nika w tryb oszczędności energii i wy- chodzenia z niego. Posiada on także od- powiedni czujnik pomiarowy lub wejście sygnałów standardowych umożliwiają- cych dołączenie dodatkowych urządzeń pomiarowych.
Przetwornik przewodowy (rys. 3) jest obiektowym przetwornikiem pomiaro-
wym wyposażonym w klawiaturę oraz wyświetlacz LED. Wyświetlacz przedsta- wia wartości pomiarów, sygnalizuje wy- stąpienie alarmu oraz prezentuje tryb pra- cy urządzenia. Przetwornik wyposażo- ny został w mikroprocesor ADUC836 [2]
oraz układy zapewniające transmisję sze- regową za pomocą interfejsu RS485 i pro- tokołu komunikacyjnego Modbus.
Oprogramowanie
Przetworniki bezprzewodowe nie są wyposażone w wyświetlacz i nie za- pewniają prezentacji wyników mierzo- nych wielkości. Zaistniała konieczność zbudowania oprogramowania sterujące- go ich działaniem, odczytującego mie- rzone wartości wielkości pomiarowych, usypianiem na czas bezczynności oraz gromadzącego wyniki pomiarów w ba- zie danych. W tym celu opracowano pro- gram nadzorujący pracę przetworników,
Streszczenie: W artykule zapre- zentowano możliwości rozproszo- nego systemu pomiarowo-rejestra- cyjnego wykorzystującego przewo- dowe i bezprzewodowe pomiarowe przetworniki obiektowe. Scharakte- ryzowano przetworniki, ich budowę i możliwości oraz program kompu- terowy opracowany do nadzorowa- nia ich pracy. Program współpracu- je z bazą danych oraz pozwala na prezentacje obrazów synoptycznych z naniesionymi wartościami pomia- rów z przetworników. Przedstawiono również przykładowe obszary zasto- sowań systemu.
DISTRIBUTED
MEASUREMET-REGISTRATION SYSTEM WITH WIRED
AND WIRELESS COMMUNICATION Abstract: In the paper possibilities
of measurement-registration system using wired and wireless measure- ment object transducers were pre- sented. Transducers, their construc- tion and possibilities together with in- formation system do supervise their work were described. The supervis- ing program works with database and allows presentation of synoptic imag- es with all measurement values from transducers. Exemplary application areas were presented as well.
Rozproszony system
pomiarowo-rejestracyjny z komunikacją przewodową i bezprzewodową
Robert Szulim, Tadeusz Zborowski
Nr 5 l Maj 2011 r. l
91
POMIARY I MONItORINg
który oprócz wymienionych zadań re- alizuje również dodatkowe czynności, jak prezentacja wyników pomiarów na ekranach synoptycznych (rys. 4), wizu- alizacja przebiegu wartości na wykre- sach, drukowanie raportów oraz definio- wanie sposobu wykonywania pomiarów przez przetworniki obiektowe. Program współpracuje z lokalnym serwerem baz danych FireBird. Dostęp do poszczegól- nych funkcji programu możliwy jest po zalogowaniu. Stosowane są odpowiednie poziomy dostępu dla grup kont użytkow-
ników. Działalność użytkownika podczas pracy programu jest rejestrowana w ta- belach bazy danych. Program działa jed- nostanowiskowo. Do jego budowy wy- korzystano oprogramowanie programi- styczne Delphi.
Każdy przetwornik, który ma być ob- sługiwany w systemie, musi zostać w nim zdefiniowany. Program nadzorujący umożliwia definiowanie do 4 grup skła- dających się z 32 przetworników. Każ- da z grup może być dołączona do innego portu w komputerze PC. Podczas definio- wania przetwornika można określić ta- kie parametry, jak: typ przetwornika, ad- res sprzętowy, interwał odczytu wartości pomiarowej, zakresy alarmowe wartości mierzonych oraz możliwe jest skojarze- nie z przetwornikiem wzorcowym w ce- lu uruchomienia procedury sprawdzania poprawności jego działania. Kolejnym krokiem może być zdefiniowanie obra- zu synoptycznego i umieszczenie na nim odpowiednich ikon prezentujących wyni- ki pomiarów przetwornika, jak również jego stan (np. brak komunikacji).
Przykładowe obszary zastosowań System pomiarowo-rejestrujący mo- że być uruchomiony na obiekcie bez ko- nieczności montażu kabli połączenio-
wych i prowadzenia zasilania. Możliwe jest wykonanie kilku jego konfiguracji:
lzz przetwornikami bezprzewodowymi;
lzz przetwornikami przewodowymi [3];
lzz przetwornikami bezprzewodowymi i bezprzewodowymi
oraz jako Mobilne Laboratorium Wzor- cujące.
Wiele możliwości daje wykonanie apli- kacji systemu w konfiguracji mieszanej pokazanej na rys. 5. W takim przypad- ku możliwe jest gromadzenie informa- cji o wartościach zmierzonych przez przetworniki w różnych miejscach. Tam, gdzie niemożliwe jest użycie przetwor- ników bezprzewodowych, np. z powodu występujących zakłóceń lub dużej odle- głości, mogą być zastosowane przetwor- niki konstrukcji przewodowej.
Konfiguracja mieszana może być za- stosowana w systemie sprawdzania po- prawności pomiarów przetworników przewodowych zainstalowanych wcze- śniej na danym obiekcie. System może być wykorzystywany jako Mobilne La- boratorium Wzorcujące do sprawdzania przetworników przewodowych [5]. W ta- kim przypadku w miejscu, gdzie wyko- nywane są pomiary, należy obok prze- twornika przewodowego umieścić prze- twornik bezprzewodowy, który będzie realizował pomiary w takich samych
Rys. 4. Wygląd okna głównego programu nadzorującego pracę przetworników z przykłado- wą aplikacją
Fig. 4. View of supervising program main window with exemplary application Rys. 1. Centrala komunikacyjna
Fig. 1. Communication central
Rys. 2. Przetwornik bezprzewodowy Fig. 2. Wireless transducer
Rys. 3. Przetwornik przewodowy Fig. 3. Wired transducer
reklama
92
l Nr 5 l Maj 2011 r.POMIARY I MONItORINg
warunkach. W programie nadzorującym istnieje możliwość skojarzenia przetwor- nika przewodowego z wybranym prze- twornikiem bezprzewodowym. Podczas pracy systemu w momencie realizowa- nia pomiaru dla danego przetwornika przewodowego będzie jednocześnie wy- konany pomiar przez przetwornik bez- przewodowy skojarzony ze sprawdza- nym przetwornikiem. Program zapisze w bazie danych oba wyniki pomiarów.
W takiej konfiguracji pomiary wykony- wane przetwornikiem bezprzewodowym będą uznane za wzorcowe. Na podstawie różnicy w zarejestrowanych wartościach możliwe będzie sprawdzenie, czy dany przetwornik przewodowy działa popraw- nie, czy pomiary przez niego wykonywa- ne nie są obarczone zbyt dużym błędem.
Program umożliwia przygotowanie listy wykonanych pomiarów dla danego prze- twornika i zapis tej listy w postaci pliku MS Excel lub tekstowego. Dalsze analizy dotyczące rozbieżności w wynikach po- miarów mogą już być prowadzone w in- nych programach.
Podsumowanie
W artykule przedstawiono rozwiąza- nie systemu pomiarowo-rejestracyjnego z komunikacją przewodową i bezprze-
wodową w sieci rozproszonych prze- tworników obiektowych. Jest to system, który może być używany do wielu za- stosowań. Mogą to być typowe zadania monitorowania parametrów fizycznych obiektów, jak również tzw. Mobilne La- boratorium Wzorcujące. W przyszłości planowana jest rozbudowa funkcjonal- ności programu nadzorującego o możli- wość współpracy z innymi przyrządami pomiarowymi. Do komunikacji z prze- twornikami można wykorzystać tak- że istniejącą infrastrukturę sieci Ether- net. Istnieją rozwiązania umożliwiające konwersje sygnałów interfejsów szerego- wych RS232 i RS485 do sieci Ethernet w postaci gotowych modułów sprzętowo- -programowych [6]. Dzięki takiemu roz- wiązaniu możliwe jest także wykorzysta- nie sieci Internet do nadzorowania pracy przetworników.
Literatura
[1] Karta katalogowa przetworników PTH, Instytut Elektrotechniki oddział ME- TROL, Zielona Góra.
[2] Analog Devices Strona Domowa, http://www.analog.com.
[3] Biernacki L., PierzgaLski W., StudzińSki P.: Bezprzewodowy sys- tem rozproszony pomiaru i rejestra-
cji parametrów klimatycznych. Mię- dzyuczelniana Konferencja Metrolo- gów MKM2005, Zielona Góra 2005, ss. 349–356.
[4] StudzińSki P., ReSka d.: Wybrane aspekty budowy modułów pomiaro- wych z komunikacją bezprzewodową.
Międzyuczelniana Konferencja Me- trologów MKM2004, Gliwice–Ustroń, 2004, ss. 325–332.
[5] szuLim r., zBoroWski T.: Projekt tech- niczny systemu pomiarowo-rejestracyj- nego wraz z dokumentacją oprogramo- wania wizualizacyjnego METROL 77 ver. 1.0. Materiały Instytutu Elektro- techniki oddziału Metrologii i Auto- matyki w Zielonej Górze, Zielona Gó- ra 2009.
[6] TechBase, Automatyka Elektronika In- formatyka Przemysłowa Strona Domo- wa, http://www.a2s.pl.
Rys. 5. Przykładowa konfiguracja całego systemu pomiarowego Fig. 5. Exemplary measurement system configuration
Komputer PC z programem nadzorującym pracę
przetworników
Bezprzewodowa centrala komunikacyjna
Grupa przetworników bezprzewodowych
Grupa przetworników przewodowych Magistrala RS485
RS232
dr inż. Robert Szulim – Instytut Metrologii Elektrycznej, Uniwersytet Zielonogórski;
mgr inż. Tadeusz Zborowski – Instytut Elektrotechniki Oddział Metrologii i Automatyki METROL Zielona Góra
artykuł recenzowany
