7/29/2019 Raport Practica de Diploma

1/12

MINISTERUL EDUCAIEI I TINERETULUI AL REPUBLICII MOLDOVA

Universitatea Tehnica din R.Moldova

Facultatea Calculatoare, Informatica si Microelectronica

RaportLa practica

Locul stagiului de practic : Techno Test SRL

Durata :04.02.2013-02.03.2013

Tema:Sistemul Automatizat de Monitorizare si Achizitie Date

A efectuat : st.gr.ME-091 Timbalist Radu

A verificat : N. NiculitaCoordonator din cadrul intreprinderii : Gheorghe Burdila

Chiinu 2013

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

2/12

Principiul arhitectural al sistemului inteligent de monitorizare a consumului

de energie termica si electrica

Introducere

Sistemul inteligent de monitorizare a consumului de energie este proiectat in general

pentru Spitalul Regional Orhei. Sistemul reprezinta o achizitie a datelor obtinute in urma

masurarilor a contoarelor instalate dupa cerintele supuse in cadrul proiectarii. Monitorizarea

datelor masurate are loc cat manual cu echipament de citire conectat direct la contor, cat si

automatizat prin intermediul conectarii software la echipament cu ajutorul tehnologiei ZigBee.

Astfel este propus un soft specializat pentru stocarea, manipularea cu datele contoarelor si

analiza lor.

Astfel a fost preconizat de a fi luate masurari a energiei temice furnizate de catre reteaua

de termoficare (centrala termica) si a consumului de apa menajera la fiecare cladire in parte.

Contoare

Pentru un sistem automatizat de monitorizare a consumului de energie electrica, termica,

apa calda, apa rece, folosim o retea de contoare de firma Kamstrup. Pentru masurarea si dirijarea

datelor masurate folosim urmatoarele modele de contoare:

Kamstrup Multical 62

MULTICAL 62 este un contor ultrasonic utilizat la masurarea consumului de apa rece

(0.1...50 C) sau de apa calda (0.1...90C) pentru utilizatorii casnici si industriali.

Contorul ultrasonic nu include parti mecanice in miscare, ceea ce inseamna ca nu se

uzeaza in timp, prelungindu-se astfel durata de viata a contorului, in mod considerabil.

Debitul de apa vehiculat este masurat utilizand tehnica ultrasonica ce are la baza metoda

de masurare a timpului de tranzit. Toate masuratorile, citirile si calculele sunt controlate

de un microprocesor aflat in capacul calculatorului. Contorul poate inregistra pierderile si

consumul neprevazut de apa datorat unor posibile avarii de la rezervorul toaletei sau din

instalatia sanitara.

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

3/12

Kamstrup Multical 602

MULTICAL 602 este un calculator de energie termica si de racire, care poate fi utilizat aproape

cu orice tip de debitmetru cu iesire in impulsuri si perechi de senzori de temperatura in 2 sau 4

fire. Datorita preciziei sale de masurare, contorul va inregistra cu exactitate, pe perioada intregii

sale durate de viata, consumurile si caracteristicile fluidului ce-l strabat. Costurile de intretinerenu exista, iar durata de viata foarte mare este o garantie pentru costuri de exploatare anuale

minime.MULTICAL 602 este utilizat pentru masurarea energiei termice, de racire si combinate,

incalzire/racire, in toate sistemele care utilizeaza apa ca agent termic, cu temperaturi cuprinse

intre 2C si 180C - pentru incalzire si 2C si 50C - pentru racire.

Kamstrup 382

Kamstrup 382 este un calculator de energie electrica. Are posibilitatea de a masura in diferiti

valori de masur, si masoara curentul prin divizarea tensiunii. Acest calculator au o gama largade tehnologii pentru comunicare. De obicei cele trei modele vin in configuratie standarta, cu

posibilitati de a adauga modulele necesare, pentru comunicarea in retea cu alte echipamente de

transmitere sau de citire. Astfel datele de la contor pot fi citite si manual, prin intermediul

portului optic. Contoarele date au posibilitatea de a masura tensiunea pe toate fazele necesare,

astfel si de inregistra perturbatiile magnetice, sabotaje. Aceste versiuni de echipament la fel pot

fi utilizate in sisteme de masurare automate pentru facturare, analiza si contorizari inteligente.

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

4/12

Echipamentul Kamstrup are posibilitatea de a fi conectat la aparate de citire, moitorizare,

sau de analiza, prin cablu ca precum si fara fir, cu o putere mare a undelor radio, GSM, GPRS,

Wireless M-Bus, WiFi, ZigBee si Z-Wave.

Aceste calculatoare de masurare au posibilitatea de a fi completate cu o multime de

module. In principiu, pentru sistemul de transmitere a datelor loggers o sa folosim portul fizicRS232, pentru conectarea fizica cu un microcontroller ZigBee, care v-a genera semnalul pentru

transmitere catre concentrator.Metoda de conectarea fizica al portulului RS232 cu

microcontrollerul ZigBee, reprezinta o procedura functionala si din privire economic

avantajoasa.

Tehnologia ZigBee

Tehnologia ZigBee Smart Enery reprezint o tehnologie de transmitere a datelor prin

intermediul undelor radio la frecvene joase. ZigBeeSE din anul 2009 reprezint un standard

principal folosit la interaciunea echipamentelor n ramura programului USA i UE cu referin

la optimizarea cheltuielilor energiei Smart Grid. Care ne permite optimizarea timpului de

conectare si de administrare la echipamentul aplicat in prestare de servicii.

Dece ZigBee?

ZigBee reprezint unicul standart global de transmitere a datelor prin intermediul

undelor radio, la frecvene mici. Dezvoltarea stimulat a reelelor ieftine de putere

mic pentru monitoringul i dirijarea echipamentelor.

Aplicarea tehnologiei ZigBee pe teritoriul Republicii Moldova poate fi realizat fr

procurarea licenei pe frecvena 2,4 GHz.

Aceast tehnologie fr fir estebazat pe reducerea (80%) a consumului de catre

utilizatorul final.

Protocoalele deschise ZigBee, elaborate pe standardul IEEE802.15.4 pentru retelele

private fara fir.

Posibilitatea integrarii in Internet prin intermediul GPRS sau prin conexiunea directa

TCP/IP considerabil scad cerintele fata de canalul de transmitere a datelor si

cheltuielile capitale la elaborarea sistemului de achizitie a datelor.

Modul de achizitie a datelor

Achizitionarea datelor de la echipamentele instalate in retea pote fi administrate prin

platforma web de administrare a statiei de colectare a masurarilor.

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

5/12

Tehnologia Service Smart Energy Web-ZB (SSEW) reprezinta platforma web pentru

formarea retelelor intelectuale de alimentare electrica (Smart Grid). Care sunt foarte larg

intrebuintate in formarea uni sistem de prestare a energiei la fel ca si monitorizarea acesteia.

Reteaua de achizitie a datelor reprezinta o retea de echipamente si produse soft cu

ajutorul carora putem achizitiona datele masurate, si de a verifica starea functionala a aparatelor,cu o periodicitate de o data in luna, in saptamina, zi, ora. Tehnologia SSEW ne permite sa

efectuam masurari, configurari la tot echipamentul instalat in retea, cat si la fiecare echipament

in parte. Folosimd pentru aceasta canalele RF (IEEE802.15.4/ZigBee) cat si tehnologiile de

transmisie radio GPRS, 3G, 4G, WiMAX, ce ne permite sa realizam toate cerintele necesare in

termeni scurti si cu pierderi minime.

Descrierea tehnologiei SSEWTehnologia SSEW (Servic Smart Energy Web-ZB) reprezinta tehnologia ce are la baza

achizitionarea datelor la distanta si controlul riguros al echipamentului, folosind astfel standardul

ZigBee/IEEE 802.15.4, cu implementarea protocolului TCP/IP.

La prezent exista posibilitatea de a monitoriza urmatoarele sisteme intrebuintind tehnologia

data:

- Sistemul de achizitie a energiei electrice cu controlul incarcarii Smart Energy

Web-ZB

- Sistemul de achizitie si control a alimentarii cu apa Smart Water Web-ZB

- Sistemul de control a consumului de gaze Smart Gaz Web-ZB

Functiile principale a sistemului:

- Achizitia, stocarea si transmiterea datelor de la echipamente (contoare).

- Monitorizarea si controlul functionarii a sistemului.

- Formarea datelor pentru convertarea lor in aplicatii.

Elementele de baza a sistemului

Echipamentul ZigBee este destinat pentru conectarea fizica a ehipamentului

(contorului) prin intermediul portului RS 232 si transformarea datelor in format digital pentru a

fi transmise catre serverul central prin intermediul canalului radio 2,4GHz IEEE 802.15.4 . In

dependenta de caracteristicile de iesire a ZigBee, distingem urmatoarele functii:

- Aplicarea de sinestatator a procedurii de prelucrare, tarificarea, stocarea datelor si

convertarea lor in format digital

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

6/12

- Convertarea interfetei de comunicare

Gateway 802.15.4/ZigBee

Este elaborata o platforma de comunicare a retelei ZigBee si aplicatiile externe cuajutorul conexiunilor directe TCP/IP, WiMAX, 3G sau GSM/GPRS. La elaborarea protocoalelor

de comunicare ZigBee sunt alipite mecanisme de creare a retelei prin conectarea a diferitor PAN.

Platforma de acces prin IEEE 802.15.4

Platforma de acces IEEE 802.15.4 a fost elaborata pentru crearea Gateway-urilor

utilizatorilor si pentru accesul la retea, format de echipamentele ce functioneaza cu standarduldat. Aceasta platforma 802.15.4 ne permite accesul la distanta la diferite sisteme. Pentru

comunicarea mai eficienta se folosesc modulele XBee cu puterea de iesire de 1. 2. 75. 100 mW

sau a modulelor ServBee-v2.1.1.1R. Platforma ne permite sa largim aria de functionare cu

ajutorul retelelor cablate si retele fara fir TCP/IP.

Principiile platformei:

- Comunicarea dintre doua elemente 802.15.4 (la fel si ZigBee)PAN impreuna

-

PAN ID1PAN ID2- PAN IDGPRS(GSM), 3G,4G,WiMAX, Internet

- Monitoringul la distanta si parametrizarea prin platforma web de administrare

Sistemul de reele Wireless de tip ZigBee pentru msurri a datelor

i automatizrii sistemului de monitoring.

Ce este ZigBee?

ZigBee reprezint denumirea unei specificaii tehnice utilizate n protocoalele de

comunicaii radio digitale, de mic putere, bazate pe standardul IEEE 802.15.4 pentru reele

wireless personale (Wireless Personal Area Networks).Versiunea ZigBee 1.0 a fost ratificat la

14 decembrie 2004.

Opernd n benzile radio de 868 MHz (Europa), 915 MHz (SUA) i 2,4 GHz n

majoritatea rilor, un circuit radio ZigBeeprodus n serie foarte mare costa n 2005 circa 1,10

dolari SUA, iar preul unui microcontroler dedicat este n prezent mai mic de 3 dolari.

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

7/12

Utiliznd o tehnologie mult mai simpl i mai ieftin dect alte reele wireless, cu

dimensiuni ale software-ului ntre 2 % i 10 % din cele pentru un nod Bluetooth tipic, reelele

ZigBee sunt destinate aplicaiilor cu consumuri foarte mici de putere (schimbarea bateriilor se

poate face n unele cazuri doar o dat la doi ani) i care nu necesit rate mari de tranfer al datelor.

O reea ZigBeepoate fi utilizat ntr-o gam larg de domenii, de la controlul industrial,reelele cu senzori integrai, achiziia de date medicale i sistemele antiincendiu i antiefracie

pn la automatizrile din cldiri i casele inteligente.

Reele ZigBee WN

O reea ZigBee WN reprezint o serie de module hardware care ne permit monitorizarea

sau controlul unor echipamente de msurare cu transmitrea radio digital a informaiei.

Exista 2 categorii principale de module ZigBee WN: Module coordonatoare

Module finale (de msurare sau de comand)

Modulul coordonator al reelei ZigBee reprezintnucleul, care ne asigur conectarea

echipamentului la un calculator de comand sau conectarea la o alt reea. Modulul coordonator

stocheaz datele despre modulele finale, formnd mpreun o reea n configuraie de tip stea.

Sunt disponibile 2 tipuri de module coordonatoare:

WN-Ethernet WN-USB

Modulul WN-Ethernet se conecteaz la un port Ethernet, permind astfel ca reeaua de

module finale s poata fi accesat i verificat din orice punct dorit.

Modulul WN-USB este necesar pentru conectarea la reeaua locala de verificare i

monitorizare. Acest modul se conecteaz la un port USB al calculatorului cu care acionm.

Un modul coordonator poate verifica 65.000 de module finale, asigurnd o rata de

transfer de 250 kbps prin intermediul undelor radio, i 115,2 kbps prin intermediul conectrii la

interfaa Ethernet sau USB.

Modulele finale ndeplinesc o mulime de funcii specifice unui sistem de msurare i

automatizare. Ca spre exemplu urmatoarele funcii prezente la modulele finale:

WN-AI i WN-Current: reprezint module cu doua canale pentru msurarea

semnalelor analogice, utiliznd un convertor Delta-Sigma pe 24 bii,, cu o rat maxim de

eantionare de 240 S/s.

WN-DIO : reprezint modul cu patru linii digitale bidirecionale, TTL sau CMOS,

protejate pnla 47 V asigurnd la ieire pn la 500 mA la utilizarea unui singur canal, sau

pn la 180 mA la utilizarea a toate cele patru canale.

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

8/12

WN-CNT : reprezint numrtor pe 32 bii , TTL sau CMOS, cu frecven maxim

de 5 MHz.

WN-RLY : reprezint un modul cu doua relee de tip C, 1 A la 30 Vcc i 0,5 A la 30

Vca, cu frecvena maxim de 60 cpm.

Fiecare tip de modul final este disponibil n doua variante constructive, n funcie dedistana maxim pana la care modulul final se poate afla n raport de modulul coordonator:

Modul cu raz scurt de aciune, dispunnd de o anten interioara, cu o putere de

amisie 1mW, capabil de a comunica maxim pana la 30m n incinte i 100m in exteriorul

incperilor.

Modul cu raz lung de aciune, dispunnd de o anten exterioar, cu o putere de

emisie de 60mW, capabil de a comunica maxim 100m n incinte, i maxim 1,6 Km n exteriorul

ncperilor.

Modul de operare al sistemului

Fiecare modul WN , coordonator sau modul final, conine un emitor receptor radio

ZigBee IEEE 1451 reprogramat cu valori implicite ale celor doi parametri care determina durata

i frecvena perioadelor sale de activitate: lungimea perioadei inactive (Sleep Period = SP) i

lungimea perioadei active (WakeUP Period = WP). ntr-o reea toate echipamentele se afl n

aceeai stare activ sau inactiv.

Un modul coordonator baleiaz continuu n cutarea de module finale i i actualizeaz

propriile informaii referitoare la modulele disponibile din vecintatea sa.

Pe parcursul perioadelor active, modulele finale ncearc s stabileasc o legtur cu un

modul coordonator pentru a fi nregistrate de ctre acesta drept module active.

Dac n acest timp exist o aplicaie rulatpe un PC care solicit date de la modulele

finale, atunci ntre modulul coordonator i cte un modul final la un moment dat are loc un

schimb de comenzi i date, doar pe parcursul perioadei active.

Valorile pentru lungimile perioadelor activ i inactiv determin astfel timpul de

rspuns al sistemului de msurare. Rspunsurile mai rapide vor necesita durate reduse ale

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

9/12

perioadei inactive, iar n cazul timpilor de rspuns mai mari pot fi acceptate valori mai mari

pentru aceast durat. Pe de alt parte, cu ct perioadele de inactivitate sunt mai mari, cu att

puterea consumat de ctre modulul final va fi mai redus.

Sisteme SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

Un sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) reprezint un ansamblu

de echipamente pentru automatizare supravegheat (de la distan) i culegere de date (la

distan) privitor la parametrii i strile procesului tehnologic, inclusivechipamentele i reeaua

de telecomunicaii aferente. Cnd dimensiunile unui proces devin foarte mari se pot aprecia

beneficiile SCADA, n sensul reducerii costurilor vizitelorde rutin pentru urmrirea

funcionriiechipamentelor. Astfel, tehnologia SCADA se aplic cel mai bine proceselor care

sunt distribuite pe suprafee largi, sunt relativ simplu de controlat si urmrit i care necesit

intervenii frecvene, regulate sau imediate. Procesul de transport prin conducte al produselor

petroliere se ncadreaz foarte bine n aceast categorie.

Sistemele SCADA asigur:

supravegherea funcionrii sistemului i a componentelor sale;

transmisia de date de la senzori (traductoare) amplasai n teren pentru

supravegherea funcionrii sistemului;

telecomanda manual sau automat a dispozitivelor de acionare prin care se

regleaz funcionarea sistemului.

Toate aceste funcii se realizeaz de la un singur punct de comand, cu un numrmic de

operatori, olosind calculatoare de proces i soft-uri specializate. Implementarea unui sistem

SCADA ofer urmtoarele avantaje:

optimizarea performanelor sistemului;

minimizarea erorilor de operare;

minimizarea pierderilor de produse;

coordonarea interveniilor operatorului uman;

creterea fiabilitaii i flexibilitii sistemului;

optimizarea costurilor de transport;

minimizarea eforturilor de decontare ntre companii.

Mult timp SCADA a funcionat independent de alte sisteme numerice i faptul c era un

sistem n timp real, nu era important. Din ce n ce mai mult apar sisteme SCADA care

funcioneaz pe baz de program prestabilit sau pe baz de cerere. n prezentSCADA mbinatt elemente n timp real ct i funcionare reprogramat.

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

10/12

Pentru sistemele SCADA funcionarea n timp real nseamn actualizarea comenzilor n

funcie de schimbrile din proces. n sens strict, comanda n timp real este aceea care nu

introduce timp mort ntre recepia msurtorilor din proces i semnalele decomand. n realitate,

toate sistemele de comand introduc o oarecare ntrziere. Acelea care introduc ntrzieri fr

niciun efect msurabil sunt denumite, n general, sisteme n timp real.n opoziie cu acestea sunt sistemele reprogramabile (secveniale). Majoritatea

sistemelor care controleaz procese continue funcioneaz n timp real. De cele mai multe ori

ineriile specifice sistemului sunt mult mai mari dect timpul de rspuns al sistemului de

comand, ceea ce face s se poat considera c aceasta se face n timp real. Un alt element

important n proiectarea sistemelor SCADA l reprezint alegereaperioadei de scanare n funcie

de necesitile procesului i care trebuie fcut despecialiti care cunosc efectele ntrzierilor din

sistem.Practic, timp real pentru sisteme nseamn c timpul de ntrziere nu este att de mare

nct s introduc efecte evidente n control. Din acest motiv majoritatea sistemelorSCADA sunt

considerate sisteme de comand n timp real, chiar dac pot fi puse neviden anumite

ntrzieri.

Elementele unui sistem SCADA

Un sistem SCADA conine de obicei urmtoarele subsisteme:

interfa om-main (HMI Human Machine Interface)prin care sunt

prezentate datele din proces unui operator uman i prin care acesta monitorizeaz icontroleaz

procesul;

un calculator supervizor (MTUMaster Terminal Unit)care achiziioneaz

datele din proces i trimite comenzi ctre echipamentele subordonate;

uniti terminale la distan (RTU) conectate la traductoarele din proces,

transform semnalele de la traductoare n semnale digitale pe care le transmite la calculatorul

supervizor; automate logice programabile (PLC)folosite ca echipamente de cmp, fiind mai

economice i mai flexibile dect RTU.

sistemul de comunicaie ntre supervizor i unitilela distan.

Componentele sistemului SCADA se prezint n Figura de mai jos. n centru este un

operator care acceseaz sistemul prin intermediul unui echipament interfa numit "consola

operator". Aceasta funcioneaz ca o fereastr a operatorului ctre proces.Consola operator este

alctuit din dou elemente: o unitate display (VDU- Video Display Unit), care afiseaz date n

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

11/12

timp real despre proces si o tastatur pentru a introduce comenzile operatorului sau mesajele

ctre proces.

Accesul operatorului n sistem se face prin unitatea terminal master MTU (Master

Terminal Unit) care este controlerul sistemului. Unitatea MTU este totdeaunabazat pe un

calculator. Ea poate monitoriza si comanda instalaia chiar si cnd operatorul nu este prezent.Aceasta se poate realiza prin intermediul unor agende ce pot fiprogramate s repete anumite

instruciuni, la intervale prestabilite. De exemplu, se poateprograma s se cear informaii

periodice de la RTU (Remote Terminal Unit), ce sunt localizate departe de staia central.

Principalele elemente ale unui sistem SCADA

n general, sistemele SCADA controleaz procese simple, cantitatea de informaii este

mic i deci vitezele de transmisie sunt mici. Uzual, vitezele sunt de ordinul 300 bps(bii/sec).

Exist i sisteme care necesit viteze mai mari, cum ar fi sistemele electrice (2400bps), dar

aceste viteze sunt nc acceptabile pentru liniile telefonice obinuite. nmod normal, unitileMTU au echipamente auxiliare: imprimante, memorii tampon (backup memories). Acestea sunt

considerate ca fcnd parte din MTU.

MTU poate s comunice cu nivele ierarhice superioare transmind informaii despre

starea sistemului prin intermediul unor linii speciale sau, mai nou, prin reele LAN (Local Area

Network).

n cele mai multe sisteme SCADA, MTU poate primi informaii de la alte calculatoare.

n felul acesta, programe care ruleaz pe alte calculatoare pot asigura un control supervizor al

sistemului SCADA. Desi comenzile ce sunt date ntr-un sistem SCADA sunt, n general,

limitate, aceast facilitate este caracteristica distinctiv a sistemelor SCADA .

7/29/2019 Raport Practica de Diploma

12/12

SCADA este un sistem bidirecional care permite nu numai monitorizarea unui proces,

ci i acionarea asupra procesului. Partea de control supervizor a unui sistem SCADA are aceast

funcie.

Sistemul de comunicaie

Comunicaiile joac un rol vital n funcionarea sistemelor SCADA. Dac nu se poatestabili o linie de comunicaie ntre o locaie ndeprtat si o locaie central sau master, datele nu

pot fi vehiculate i nu se poate dezvolta un sistem SCADA.

Specificaiile funcionale ale sistemului trebuie s descrie cerinele deperforman

pentru sistemele de comunicaii i includ:

Configuraia general a sistemului de comunicaii;

Capacitatea reelei;

Tipul digital/analog;

Amplasarea nodurilor de comunicaii;

Tipul facilitilor de comunicaie sau mediile de transmisie;

Dac reeaua trebuie s fie privat sau parte a unei reele publice etc.

Concluzii:

In urma stagiului de practica, am facut cunostinta cu echipamentele si tehnologiile

implementate pentru elaborarea unui system automatizat de monitorizare si achizitie a

datelor de la contoarele instalate in incinta blocurilor locative. Astfel am si aflat

tehnologiile necesare pentru elaborarea acestui system. In urma studierii pe termenul

stagiului de practica am elaborate acest raport unde am prezentat ceva tipuri de contoare

cu posibilitatea de a fi monitorizate la distanta si tehnologiile necesare pentru elaborarea

acestui monitoring.