СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ РЕФРИЖЕРАТОРНИХ КОНТЕЙНЕРІВ ТА ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ

Машиныи и моторы. Технологии и инновации. Оборудование.

NEW ТЕХНОЛОГИИ


Все свежие публикации



Меню для авторов

ТЕХНОЛОГИИ: экспорт произведений
Скачать бесплатно! Научная работа на тему СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ РЕФРИЖЕРАТОРНИХ КОНТЕЙНЕРІВ ТА ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные кнопки

BIBLIOTEKA.BY Крутые видео из Беларуси HIT.BY - сенсации KAHANNE.COM Футбольная биржа FUT.BY Инстаграм Беларуси
Система Orphus

193 за 24 часа
Автор(ы): • Публикатор:


СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ РЕФРИЖЕРАТОРНИХ КОНТЕЙНЕРІВ ТА ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ

 

Колебанов О.К.

Херсонська державна морська академія

 (Україна)  

Чаусовский Г.О.

Запорізький національний університет (Україна)

 

Вступ. У даній роботі розглянуті питання удосконалення системи моніторингу рефрижераторних контейнерів шляхом запровадження бездротової системи як засіб передавання сигналу[1, 2, 3].

Актуальність теми підтверджується широким розповсюдженням бездротових технологій та практичною спрямованістю роботи на впровадження стабільно функціонуючої системи моніторингу на судні та усунення недоліків стандартних дротових систем моніторингу. У роботі проводиться аналіз щодо стандартів, технологій та методів застосування бездротового зв’язку та виконується вибір окремого стандарту для його інтеграції до системи моніторингу рефконтейнерів.

Дротова система Вотч-Дог Про повністю забезпечує автоматизований моніторинг та контроль основних параметрів рефконтейнерів. За відповідний параметр відповідає окремий модуль. Ядром системи, яке управляє її роботою, є центральний модуль. В ньому зберігається та виконується визначена оператором програма. Режим роботи центрального модуля задається за допомогою перемикача, який розташований на самому модулі. Модуль має 4 цифрові виходи для управляючих сигналів (24-230 В змінного струму, 48-63 Гц, 24-100 В постійного струму), 2 релейних виходи та також має комунікаційний порт для зв’язку з персональним комп’ютером.

Інформацію про поточну роботу системи (помилки у роботі системи, режим роботи, стан входів/виходів, обмін даними, реєстрація даних) надають розташовані на модулі світлодіоди.

Для управління та настроювання системи, з’єднаной з персональним комп’ютером, використовується спеціальне програмне забезпечення. Робочі параметри та виміряні значення зчитуваються в режимі реального часу з центрального модуля та потім відображаються на екрані монітору. Підтримка середою програмування режиму імітації дозволяє задавати віртуальні значення вхідних параметрів та моделювати подальшу реакцію системи на внесені зміни.

Для вирішення системою Вотч-Дог Про окремої задачі оператор підключає до центрального модуля необхідні вимірювальні модулі.

Нижче представлені окремі модульні системи, які відповідають за відповідний моніторинг параметрів [4].

  1. Модуль вимірювання напруги в трифазних колах.

Цей модуль дозволяє вимірювати лінійну 230 В та фазну 440 В напругу та також здійснювати контроль за чергою фаз, несиметрією трифазної системи напруг та обривом фази. Він має постійний контроль за живленням рефконтейнера. Даний модуль, так саме як і інші, отримує живлення 24 В постійного струму з локального інтерфейсу;

  1. Модуль вимірювання активної потужності

Вимірювання здійснюється за допомогою трансформатора струму, який дозволяє розширити діапазон вимірювання потужності до достатнього значення 4,6-5,5 кВт. Паралельно з вимірюванням активної потужності здійснюється також вимір в першому фазному проводі значення струму. Вимірювання активної потужності дозволяє робити висновки про робочий режим всієї системи рефконтейнерів, зокрема присутніх там електродвигунів, що визначає їх поточний стан – робота, перестій та перевантаження;

  1. Модуль вимірювання температури

Для виміру температури призначається модуль для підключення датчику Pt100, при цьому використовується стандартний сигнал у межах від 4 до 20 мА. Але у багатьох випадках вимір саме температури зазнає помилок у значеннях та перебоїв сигналу [4].

Недоліки системи Вотч-Дог Про.

Помилкові значення при вимірюванні температури з’являються в основному через один головний фактор - нестабільний рівень значення ізоляції кабелю живлення, через який також виконується передавання головного сигналу. Це стосується перш за все погодних умов: дощ, сніг, надмірна вологість повітря – все це приводить до зменшення ізоляції кабелю. Незважаючи на усе старання спеціалістів удосконалити захист відповідних систем від зазначених факторів, проблема все ще залишається не вирішеною.

Викладення основного матеріалу. Бездротові мережі Wi-Fi.

Wi-Fi - розвиток і основні принципи найпоширенішого стандарту бездротових мереж.

Бездротові мережі передавання даних заповнили майже всі сфери нашого життя, дозволяючи більш комфортно користуватися їх можливостями. Враховуючи необхідність в обміні інформацією  постійно вдосконалюються нові стандарти зв'язку. Такий розвиток дозволяє отримувати все більші швидкості з'єднання, більший радіус дії і різні технології захисту. Одною із них і стала бездротова мережева технологія Wi-Fi (Wireless Fidelity) [1,2,3].

На даний момент існує чотири основних стандарти 802.11a, 802.11b, 802.11g і 802.11n, які присутні в комп'ютерній і побутовій апаратурі. Архітектура стандарту Wi-Fi однакова для всіх її реалізацій, специфікація кожної з них відноситься до фізичного рівня, змінюючи лише швидкісні характеристики доступу. Не варто забувати, що, як завжди, радіус покриття також залежить від потужності випромінювання, кількості прийомних антен, схеми модуляції і корекції помилок [5].

Удосконалення функціонування системи Вотч-Дог за допомогою бездротової системи Wi-Fi.

Зрівнюючи усі параметри окремих методів системи Wi-Fi для запровадження дистанційного бездротового моніторингу та контролю за всією роботою рефконтейнерів у системі Вотч-Дог Про обирається наступна система з двох методів зазначених нище.

Стандарт IEEE 802.11 передбачає передачу сигналу одним з двох методів - Прямої послідовності (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) і Частотних стрибків (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), які розрізняються способом модуляції, але використовують одну і ту ж технологію розширення спектру.

Порівняння методів Прямої послідовності та Частотних стрибків.

Метод Частотних стрибків, так само як і метод Прямої послідовності, забезпечує конфіденційність і деяку перешкодозахисну передачу. Перешкодозахисна передача забезпечується тим, що, якщо на якому-небудь із 79 підканалів пакет даних, що  передається, не зміг бути прийнятий, то приймач повідомляє про це і передача цього пакету повторюється на одному з наступних (у послідовності стрибків) підканалів. З іншого боку, оскільки при використанні методу Частотних стрибків, на відміну від методу Прямої послідовності, на кожному підканалі передача ведеться на чималій потужності (порівняно з потужністю звичайних вузькосмугових передавачів), про цей метод не можна сказати, що він не заважає іншим видам передач. При цьому завжди потрібний дозвіл на 78 частот [6].

Підсумовуючи, ми можемо виділити наступні властивості Spread Spectrum 7 технології:

  • Перешкодозахисна. (Надмірність кодування 8 перешкодостійкість);
  • Не створюються перешкоди іншим пристроям. (Низька потужність сигналу - низький рівень перешкод) ;
  • Конфіденційність передач;
  • Економічність при масовому виробництві. (Низька потужність сигналу - дешеві високочастотні компоненти устаткування);
  • Шумоподібний сигнал - компактні антени;
  • Шумоподібний сигнал - можливість роботи в діапазоні, вже зайнятому класичними системами радіопередач без взаємних перешкод;
  • Висока швидкість передач в каналі - можливість економного його використання.

Таким чином, зважуючи усі властивості 2-х методів передавання сигналу, для інтеграції бездротової системи Wi-Fi до системи моніторингу параметрів рефконтейнерів Вотч-Дог Про було вирішено обрати метод Прямої послідовності зі стандартом 802.11b.

Для устаткування такої бездротової системи на судні необхідно вибрати та застосувати відповідне обладнання. В даний час на ринку присутні продукти, що реалізовують різноманітні конфігурації бездротових мереж. Продукти, що відносяться до різних категорій, можуть представляти кардинально різні технічні рішення, зрозуміло, так само розрізняються і їх ціни (у декілька разів). Тому, перш ніж вибрати конкретний продукт, необхідно ретельно проаналізувати умови його роботи невірне рішення
при закупівлі може обернутися істотними непродуктивними витратами.

Вибираючи обладнання для цієї мети, необхідно проаналізувати наступні кроки:

  • краща відповідність вимогам для призначеного функціонування;
  • краща програмно-технічна підтримка;
  • оптимальне співвідношення якість-продуктивність-ціна.

Тому при виборі устаткування для бездротової мережі перш за все необхідно зазначити функціональну спроможність окремого елементу, мається на увазі підтримка тих чи інших протоколів зв’язку та їх комбінації.

Для устаткування бездротової системи Wi-Fi на судні та її інтеграції до системи Вотч-Дог Про була обрана система з прямим підключенням точки доступу до антени. Саме цей тип підключення був обраний на відміну від інших, таких як простий антено-фідерний тракт чи антено-фідерний тракт з підсилювачем, які розраховані на більший діапазон розповсюдження сигналу.

Ця система включає до свого складу наступні елементи:

  1. Точка доступу, тип DWL-2100AP- представляє собою маршрутизатор;
  2. Кабельна збірка типу Pigtale, входить до складу комплекту маршрутизатора;
  3. Модуль грозозахисту; входить до складу антени.
  4. Приймаюча антена, тип ANT24-1400.

Для того, щоб здійснити передавання сигналу від встроєної системи моніторингу рефконтейнера до головного модуля системи Вотч-Дог Про у систему рефконтейнера необхідно інтегрувати модуль прийняття та передавання бездротового сигналу. Для цієї мети обираємо адаптер моделі DWA-142, від виробника D-Link.

Для роботи радіоканалу окрім якісного активного пристрою буде потрібно пасивну частину - антену і кабель, що підводить антено-фідерний тракт. З кабелем головне дотримуватися наступного - чим менше загасання (dB Loss), тим він кращий. Причому треба пам’ятати, що загасання потрібно дивитися саме на тій частоті, на якій працюватиме канал.

Зрозуміло, що чим довше кабель, тим більше в нім втрати. Так, 20 метрів RG58 внесуть загасання близько 20*0,76 = 15,2 Дб. Що порівнянно з підсиленням дуже пристойної антени. Окрім великих втрат на загасання, довгий кабель є хорошою антеною, яка збирає всі перешкоди з ефіру. У даному випадку використовується кабель діаметром 1 см для частоти 2,4 ГГц з втратами 0,23 дБмВт.

Таким чином винесення активного пристрою якомога ближче до топової мачти можна розглядати як насущну необхідність, при довжині фідера більше 30-40 метрів зв′язок швидше за все буде неможливий без підсилювачів і могутніх антен.

Наступний по значенню елемент високочастотного тракту - роз’єми. У бездротових системах для з’єднання функціонуючих елементів широко застосовуються N-type, SMA, TNC і вітчизняний РК-50 типи роз’ємів. Загасання в правильно змонтованих роз’ємах невелике, і еквівалентно 1-2 метрам кабелю. Але навіть невелика грязь або волога здатні його різко збільшити - до декількох Децибел, і неможливості зв′язку. Тому робота з роз’ємами не дуже складна, але вимагає великої акуратності.

Основна причина несправності в умовах - попадання води в роз’єм або навіть кабель (якщо в ньому як діелектрик використаний повітряний зазор). Тому герметизація з’єднань є одним з найважливіших етапів монтажу [7].

Антени - у відмінності від кабелів і роз’ємів - істотно тонша матерія. Панельні, колінеарні (всенаправлені), хвильовий канал, логоперіодичні, спіральні, параболічні, вібраторні – зараз дуже поширений спектр цих пристроїв. Але для проектування даної системи достатньо застосувати антену колінеарного типу моделі ANT24-1400, від виробника D-Link. Даний тип антени має можливість підключення до бездротових пристроїв в частотному діапазоні 2,4 ГГц. Теоретична відстань передавання сигналу при швидкостях 11/1 Мбіт/c досягає 1000/500 м, що більш ніж достатньо для діапазону довжини судна. Коефіцієнт підсилення даної антени дорівнюється 8,5 дБи. Крім того, корпус антени виготовлено з високопробного матеріалу, що дозволяє використовувати її за будь-яких погодних умов [7].

Грозозахист. Оскільки антена планується бути встановленою на топовій палубі треба зазначити її грозозахисні властивості. Майже всі сучасні типи антен є короткозамкнутими по постійному струму. Це саме по собі вельми надійний засіб проти атмосферної електрики, тільки потрібно піклуватися щоб кріплення антени були надійно заземлені. Для цього у даній системі використовується роз’ємний модуль антени із заземлюючим проводом.

Для точки доступу був обраний маршрутизатор типу DWL-2100AP, виробника D-Link. Основні технічні дані:

  • Підтримка стандартів:
  • IEEE11b – DSSS, IEEE 802.11g – OFDM ;
  • 1 порт 10/100Base-TX;
  • Максимальна швидкість передавання сигналу 54 Мбіт/c;
  • Має антену з коефіцієнтом підсилення 2 дБи (підсилення по відношенню до ізотропічного випромінювача);
  • Потужність 16 дБмВт [7].

Розрахунок дальності дії бездротового каналу зв’язку.

Для кожної швидкості приймач має відповідну чутливість. Для малих швидкостей (1-2 Мбит/с) чутливість є найменшою: від -90 дБмВт до -94 дБмВт. Для вищих швидкостей (6-54 Мбит/с) чутливість є значно вищою: від -87 дБмВт до -66 дБмВт. Залежно від торгової марки виробника чутливість може трохи варіюватися [8].

    Дальність зв’язку буде розраховуватись наступним чином:

     FSL = YдБ – SOM (1)

     SOM (System Operating Margin) – запас в енергетиці радіозв’язку. Він бере до уваги можливі фактори, які можуть негативно впливати на дальність зв’язку.

     YдБ = Pt,дБмВт + Gt,дБи + Gr,дБи – Pmin,дБмВт –L t,дБ – Lr,дБ (2)

     Pt,дБмВт – потужність передавача;

     Gt,дБи – коефіцієнт підсилення передавальної антени;

     Gr,дБи - коефіцієнт підсилення приймальної антени;

     Pmin,дБмВт – чутливість приймача;

     Lt,дБ – втрати сигналу в коаксиальному кабелі та роз’ємах передавального тракту;

     Lr,дБ - втрати сигналу в коаксиальному кабелі та роз’ємах приймального тракту .

Параметр SOM звичайно береться до 10 дБ. Вважається, що 10-децибельний запас по підсиленню є достатнім для інженерних розрахунків параметрів передавання сигналу [8].

Формула дальності зв’язку має наступний вигляд:

D = 10 (FSL/20 – 33/20 – lg F) (3) [8]

Таким чином для розробленого проекту бездротового моніторингу розрахунок дальності зв’язку при передаванні сигналу, враховуючи основні функціональні  параметри  бездротового обладнання, буде наступним [7]:

Потужність маршрутизатора DWL-2100AP: 16 дБмВт;

Потужність бездротового адаптера DWA-142: 16 дБмВт;

Чутливість маршрутизатора DWL-2100AP на швидкості 11 Мбит/с: - 85 дБмВт;

Чутливість маршрутизатора DWL-2100AP на швидкості 1 Мбит/с: - 94 дБмВт;

Чутливість бездротового адаптера DWA-142 швидкості 11 Мбит/c: -87 дБмВт;

Чутливість бездротового адаптера DWA-142 швидкості 1 Мбит/c: -94 дБмВт;

Коефіцієнт підсилення інтегрованої антени маршрутизатора DWL-2100AP: 2 дБи;

Коефіцієнт підсилення інтегрованої антени бездротового адаптера DWA-142: 0 дБи

  • Розрахуємо дальність зв’язку на швидкості 11 Мбит/c:

З формул (3.2) та (3.3) втрати у вільному просторі будуть наступними:

FSL = 16 + 2 – (-85) – 10 = 93 дБ;

З формули (3.4) знайдемо дальність бездротового зв’язку (для значення центральної частоти обираємо канал таблиці):

D11 = 10 (93/20 – 33/20 – lg 2437) = 0, 520 км =  520 м;

2) Розрахуємо дальність зв’язку на швидкості 1 Мбит/c:

З формул (1) та (2) втрати у вільному просторі будуть наступними:

FSL = 16 + 2 – (-94) – 10 = 102 дБ;

З формули (3) знайдемо дальність бездротового зв’язку        

D11 = 10 (102/20 – 33/20 – lg 2437) = 1, 15  км = 1015 м.

Завдяки розрахункам можна зробити висновок, що незалежно від швидкості передавання бездротового сигналу, його дальність буде завжди достатньою для ефективного передавання цього сигналу з бездротового модуля системи моніторингу Вотч-Дог Про рефрижераторного контейнера до приймально-передавальної антени, розташованої на топовій мачті судна.

Завдяки всенаправленості приймально-передавальної антени вплив факторів загасання на бездротовий сигнал зводиться до мінімуму. Тільки незначні показники загасання зв’язку можуть впливати на якість бездротового сигналу. Серед них: кабельна збірка Pigtale, кабельні роз'єми та атмосферні фактори, такі як дощ, туман чи сніг.

Висновки.        

  1. Проаналізовані основні методи дротового моніторингу на основі системи Вотч-Дог Про для рефрижераторних контейнерів

та технології побудови бездротових мереж на базі стандартів Wi-Fi 802.11.

  1. Обрані найбільш придатні для застосування в суднових умовах стандарт та метод бездротової мережі.
  2. Розроблено систему бездротового передавання сигналу на основі бездротової технології Wi-Fi зі стандартом 802.11b для інтеграції до системи моніторингу рефрижераторних контейнерів Вотч-Дог Про.

У цілому, необхідність такої системи особливо наявна у наш час, коли кількість рефконтейнерів збільшується, і саме за такими обставинами необхідно дотримуватись надійного моніторингу їхнього робочого процесу.

 Удосконалення системи моніторингу рефрижераторних контейнерів Вотч-Дог Про дає можливість постійного та точного моніторингу, що є дуже важливим, особливо під час транспортування великої кількості рефрижераторних контейнерів. На відміну від кабельних систем, удосконалена бездротова система моніторингу Вотч-Дог Про є дуже надійною у своєму функціонуванні.

  Дане рішення по розробці нової бездротової системи є дуже актуальним і з економічної точки зору. Інтеграція такої системи дає можливість уникнути багато втрат, таких як зіпсований вантаж, чи обладнання самого рефрижераторного контейнера при виникненні значних відхилень у роботі функціональних елементів системи, які не були вчасно поміченими. Розроблена система значно підвищує загальний рівень безпеки та робить набагато безпечнішим безпосереднє обслуговування рефрижераторних контейнерів.

 

ЛІТЕРАТУРА

 

1) Владимиров А.А.Wi-фу: «боевые» приемы взлома и защиты беспроводных сетей / Андрей А. Владимиров, Константин В. Гавриленко, Андрей А. Михайловский; пер. с англ. А. Слинкина. М.: НТ Пресс, 2005. — 463с.

2) Вишневский В., Ляхов А., Портной С., Шахнович И. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. - М.:Эко-Трендз, 2005. – 592 с.

3) Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа. – М.:Эко-Трендз, 2005. – 384 с.

4) Максим М. Безопасность беспроводных сетей / Мерит Максим, Дэвид Полино; Пер. с англ. Семенова А.В. – М.: Компания АйТи; ДМК Пресс, 2004.- 288с.

5) Рошан Педжман, Лиэри Джонатан. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11. : Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 304 с.

6) http://www.alpha-teleport.info – сайт компаніі alpha-teleport.info.

7) http://www.dlink.ru – сайт компаніі D-LINK.

8) http://www.wireless.ru – спеціалізований портал, присвячений бездротовим технологіям.

 

 

 



Опубликовано 18 октября 2018 года

Нашли ошибку? Выделите её и нажмите CTRL+ENTER!

подняться наверх ↑

ДАЛЕЕ выбор читателей

Загрузка...
подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ

Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY на Ютубе, в вКонтакте, Одноклассниках и Инстаграме чтобы быстро узнавать о лучших публикациях и важнейших событиях дня.