SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Применение GSM-терминалов Cinterion при контроле за электрогенераторами. Возможности программирования на JAVA

В статье описано семейство терминалов Cinterion, ориентированных на применение в промышленных устройствах (рассмотрено подключение к гипотетической дизель-генераторной установке) и создающих качественно новую функциональность: контролируемый прибор получает свойства дистанционного управления и контроля, при этом логика работы устройства полностью определяется загруженными мидлетами, программами на Java ME. Приложения можно загружать, обновлять, удалять по радиоканалу, при этом само устройство может находиться в любой точке Земли, требуя только подачи питания и присутствия сигнала сети сотовой связи. Трудоемкость обслуживания минимизирована, один квалифицированный программист может обслуживать любое количество терминалов.

ООО «ЕвроМобайл», г. Санкт-Петербург

Logo_EM.gif

Современное производство становится все более безлюдным. Обычная картина сейчас – это завод-автомат, где смена состоит из уборщицы и пары водителей электрокаров для погрузки готовой продукции. Управляется такой завод практически полностью автоматически.

Некоторые особенности нашей жизни привели также к дефициту хороших специалистов по автоматизации. Этих специалистов мало, труд их дорог и, для того чтобы его максимально эффективно использовать, надо создать соответствующую инфраструктуру, которая позволит одному человеку управлять и поддерживать большое количество дистанционно доступных устройств. Элементом такой инфраструктуры являются высококачественные терминалы Cinterion c развитой системой ввода/вывода данных (принимают дискретные, аналоговые, звуковые сигналы) и возможностью программирования на платформе Java ME. Одно из важнейших качеств таких терминалов – тщательно продуманная, доведенная до совершенства система загрузки мидлетов через радиоинтерфейс (OTAP – Over The Air Provisioning).

Устройство состоит из Java-платформы с модулями ввода/вывода, в число которых входят модули GSM, USB, LAN, RS‑232 и GPIO (можно конфигурировать как ASC, DAI, SPI, I2C, ADC). Java используется в версии ME 3.2. Для мидлетов предусмотрено до 8 МБ флеш-памяти и до 6 МБ оперативной памяти. Устройство поддерживает защищенную передачу данных по протоколам HTTPS и SSL, а также многозадачный и многопоточный режим для приложений.

GSM-терминал Cinterion размещен в компактном прочном корпусе размером 113,5 × 75 × 25,5 мм. Внешний вид устройства показан на рис. 1, в табл. 1 перечислены все его возможные разъемы.

Ris.1.png

Рис. 1. GSM-терминал Cinterion: 
а – со стороны интерфейса RS‑232; 
б – со стороны разъема GPIO


Таблица 1. Интерфейсы Java-терминала

Tab.1.png

Набор интерфейсов GSM-терминала зависит от типа примененного GSM-модуля: EHS5T, EHS6T или EHS6T-LAN.

У модуля EHS5T отсутствует интерфейс RS‑232, у EHS6T есть USB, но нет разъема Ethernet, у модуля EHS6T-LAN есть Ethernet, но нет USB. У всех версий контроллера есть интерфейс GPIO (разъем типа Weidmueller), состоящий из двух разъемов – на 12 и 8 выводов. Интерфейс RS‑485 также выведен на этот разъем.

Таблица 2. Возможные типы интерфейсов для различных терминалов Cinterion 

Tab.2.png

Кроме того, имеются разъемы для сим-карты, подачи питания и управления (сигнал старта* и сигнал сброса) на разъеме типа RJ12 6P6C, для подключения антенны типа SMA (female).

На рис 2. представлена блок схема Java-терминала. Она содержит все возможные интерфейсы, на реальном терминале часть из них будет отсутствовать.

Ris.2.png

Рис 2. Блок-схема Java-терминала

Эта схема удобна для Java-программиста, по ней легко понимать взаимодействие блоков терминала и пути информационных потоков. Часть выводов общего назначения (GPIO) можно использовать для интерфейсов I2C, RS‑485, SPI, ADC. В терминале предусмотрен один 10-разрядный аналоговый вход с допустимым диапазоном входного напряжения от 0 до 5 В. Также эти выводы при необходимости применяются для выработки аппаратного ШИМ-сигнала (2 вывода), входа счетчика. В таблице 3 представлены все возможные варианты конфигурирования выводов общего назначения для применения в различных интерфейсах в зависимости от задачи.

Таблица 3. Выводы общего назначения

Tab.3.png

Терминал может быть подключен к источнику питания с напряжением от 8 до 30 В. Имеются требования к стабильности питания: напряжение должно быть не ниже 7,6 В и не должно изменяться более чем на 1 вольт в режиме работы сотового модуля на передачу. Ток потребления в режиме передачи достигает 1,2 А.

Все терминалы оснащены NTC-термистором для контроля внутренней температуры. В случае выхода температуры за пределы допустимого диапазона модуль выключается аналогично командам AT^SMSO. В составе модуля имеется аппаратный сторожевой таймер (watchdog). Его можно запрограммировать на множество различных действий – от рестарта программы через определенное время независимо ни от чего до запуска модуля через заданное время после выключения по температуре.

Также в терминале есть часы реального времени. Напряжение питания для работы этого механизма подается с отдельного стабилизатора.

Терминал поддерживает перезагрузку микрокода управления, но он доступен только локально – для соединения USB или LAN. Конечно, LAN-соединение можно считать локальным весьма условно, но оно требует физического доступа к терминалу.

Подробное описание модуля предоставляется всем клиентам.

Рассмотрим возможный сценарий применения такого терминала для управления генератором электроэнергии. Подобные устройства мощностью приблизительно 1 мегаватт используются для снабжения энергией крупных строек, могут служить как резервный источник питания больших дата-центров, бизнес-центров или магазинов. Все эти предприятия заинтересованы в бесперебойном снабжении энергией своих потребителей, но содержание команды для обслуживания генератора стало бы для них нецелевым расходованием бюджета. Можно представить себе, скажем, услугу по сдаче таких генераторов в аренду с дистанционным контролем состояния дизель-генераторной установки (ДГУ). Можно представить себе и услугу по генерации определенного количества электроэнергии, после выработки которого ДГУ не включается до оплаты нового объема электроэнергии.

Рис. 3. Блок-схема дизель-генераторной установки

На рис. 3 представлена блок-схема гипотетической дизель-генераторной установки, управляемой дистанционно через Интернет. Сердцем системы дистанционного управления выступает модуль терминала, а Java-мидлет, загруженный в терминал, обеспечивает следующие возможности:
- контроль за параметрами вырабатываемой электроэнергии и ее качеством. Для этого терминал подключен к электросчетчику с использованием интерфейса RS‑485. Электросчетчик измеряет параметры и количество электроэнергии, отданной во внешнюю сеть от ДГУ;
- контроль за состоянием собственно ДГУ. Для выполнения этой задачи присоединим некоторые сигналы с панели управления ДГУ к терминалу. Сигнал с аналогового датчика уровня топлива подается на аналоговый вход терминала. Остальные сигналы имеют дискретные значения и подаются на цифровые входы. В ДГУ, особенно мощных, предусмотрены десятки и сотни разнообразных параметров «здоровья» системы. Для нашего случая достаточно упомянуть сигналы выхода за допустимые пределы температуры охлаждающей жидкости, давления масла, оборотов двигателя и перегрузки по току. Будем считать, что в нашем гипотетическом случае эти параметры выведены на панель управления на индикаторные лампы и одновременно – на цифро­вые выходы. Эти выходы подсоединены к цифровым входам терминала.

Также на терминал можно завести сигналы с датчика открытия двери, датчика дыма. Обычно мощные ДГУ размещают в защищенных помещениях, и надо контролировать как входную дверь на предмет несанкционированного проникновения, так и возможные возгорания.

Чтобы получить возможность дистанционно останавливать генератор, например в случае исчерпания предоплаты, используем дискретный вход ДГУ «аварийный останов». На этот вход подадим один из дискретных выходов терминала, и можно использовать этот сигнал для отключения ДГУ дистанционно или программно.

Панель управления ДГУ можно подсоединить к внешнему устройству по каналу RS‑232, что позволяет программно из мидлета опрашивать все имеющиеся датчики дизель-генераторной установки и управлять ею.

Java-мидлет будет работать в терминале, опрашивая состояние дискретных входов и одного аналогового входа. Мидлет сможет реагировать на внешние команды по СМС- или по HTTPS-соединению от внешней программы, запущенной на внешнем устройстве, имеющем выход в Интернет.

Мидлет сможет реагировать на дискретные сигналы от датчиков. Например, реагируя на сигнал аварийного давления масла, терминал отправит СМС-сообщение ответственному за эксплуатацию механику. Также возможна передача голосового сообщения в полицию при несанкционированном проникновении в помещение, где расположена дизель-генераторная установка, или в пожарную охрану при срабатывании датчика задымления. Голосовые возможности предусмотрены в терминале, но требуют установки дополнительного цифрового звукового модуля. Естественно, доступны и более простые способы реакции типа сигнального фонаря на кожухе ДГУ или сигнальной сирены, включаемой дискретными выходами.

Возможна также интеграция датчика GPS и ГЛОНАСС, что позволит контролировать физическое расположение ДГУ.

Взаимодействуя с панелью управления ДГУ по каналу RS‑232, пользователь получит практически всю информацию о ДГУ – начиная от серийного номера установки и текущих параметров (типа температуры двигателя и давления масла) и заканчивая количеством выработанной энергии. Можно прочитать журнал событий системы, контролировать действия оператора (например, зафиксировать хищение топлива). Предусмотрено и удаленное  отключение станции по выбранному сценарию: из-за неоплаты, достижения порогового значения параметров, из-за прохождения технического обслуживания.

Все это доступно при весьма невысоких расходах на связь, около сотни рублей на объект в месяц.

Важно отметить, что терминалы на основе продуктов EHS допускают удаленную загрузку JAVA-мидлетов (механизм OTAP): это и загрузка новых программ, и обновление вер­сии, и удаление имеющихся. Подобные режимы дают в руки разработчика Java-мидлетов уникальные возможности по адаптации своего программного обеспечения к нуждам конкретного заказчика. Можно дистанционно и массово обновить все обслуживаемые контроллеры, включить или выключить дополнительные функции, гибко реагируя на запросы заказчика. Обслуживаемый терминал может находиться в любой точке Земли: при наличии сети сотовой связи он будет всегда доступен для контроля и изменений или обновлений. Механизм обновлений мидлетов реализован очень надежно, откат (восстановление предыдущих данных) происходит  при любой неудаче во время выполнения обновления. Терминал останется в рабочем состоянии и будет доступен извне при каждой мыслимой ошибке, допущенной во время обновления или последующего неудачного запуска обновленного либо только что загруженного мидлета. Естественно, приняты все меры по защите от несанкционированного доступа (защищенные каналы HTTPS/SSL, парольные защиты на выполнение действий, жесткий протокол).
_______________________
*Ignition в терминах этого изделия.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(57)_2015

ООО «ЕвроМобайл», г. Санкт-Петербург,
тел.: (800) 555-7576,
e-mail: info@euroml.ru,