Разработка системы управления на базе беспроводных технологий

 

Реферат

Курсовая работа содержит ____ страниц, 9 рисунков, 9 источников, 2 приложения.

Ключевые слова:

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МОДУЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ.

Объект исследования: система управления на базе беспроводных технологий

Цель исследования: разработка модуля взаимодействия и приложений для мобильных устройств.

Достигнутые результаты: была изучена предметная область, разработаны основные функциональные части модуля взаимодействия, определения координат, спроектирована и создана БД, создано приложение для работы с БД, разработано средство тестирования

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2007.

Список исполнителей

Жернаков К.М. - ответственный за работу с БД, тестер.

Леонов А.Е. - разработчик приложения для Windows Mobile, ответственный исполнитель.

Шишкин И.Н. - разработчик модуля взаимодействия с персоналом.

Пехов О.В. - разработчик приложения для Java MIDP

Содержание

Введение

1. Основные определения

2. Описание предметной области

3. Разработка компонентов системы

3.1 Разработка модуля взаимодействия

3.2 Разработка приложения для мобильных устройств на базе Windows Mobile

3.2.1 Обоснование выбора протокола XMPP

3.2.2 Описание модулей приложения

3.3 Разработка базы данных и приложения для работы с ней

3.4 Разработка приложения для Java Midp

4. Тестирование и отладка системы

4.1 Обоснование выбора Masterscada

4.2 Разработка программы моделирующей аварийные ситуации

4.3 Разработка модели для тестирования

Заключение

Публикации

Список использованных источников

Приложения

Введение

Современный человек стремиться улучшить методы и технологии в своей трудовой деятельности, при этом многие процессы сводятся к более простым алгоритмам. Создаются много полезных и комфортных вещей. Например, сотовые телефоны, являющиеся продуктом беспроводных технологий, играющих значимую роль в повседневной жизни общества. В тоже время в большинстве технологических процессов используются более дорогие в эксплуатации и развёртывании проводные технологии, что обосновывается их более высокой надёжностью и простотой. В настоящее время оба эти утверждения могут быть применены и к беспроводным технологиям. Кроме того для GSM, который уже несколько лет применится в системах контроля газо- и нефтепроводов, сложно применить термины "сложно реализуемый " и "ненадёжной" [1].

Беспроводные технологии мобильны, что является немаловажным в современном мире, и в тоже время к ним неприменимо такое понятие как обслуживание сети передачи данных, что позволяет серьёзно экономить на эксплуатационных издержках. Сети третьего поколения (3G) - пример беспроводных сетей, позволяющий организовать взаимодействие и координацию работы даже весьма сложного технологического процесса.

Разрабатываемый модуль взаимодействия необходим для автоматического управления технологическими процессами, в частности производить координацию работ обслуживающего персонала на объекте автоматизации.

Данные к модулю взаимодействия поступают из SCADA, в процессе обработки данных выявляются ошибки и аварийные ситуации в работе оборудования. После получения данных модуль взаимодействия производит расшифровку кода ошибки, производя поиск в базе данных сведений, соответствующих данному коду. Информация, полученная в процессе расшифровки, пересылается соответствующим абонентам. Пересылка осуществляется по двум каналам связи: GSM и Internet. Таким образом, информация об ошибке поступает к абонентам, минуя диспетчера, сводя тем самым влияние человеческого фактора на работу системы практически к нулю.

Модуль взаимодействия с персоналом на базе беспроводных сетей - это система, обеспечивающая оперативный доступ информации, позволяющей скорректировать работу технологического процесса в кратчайшие сроки.

Разработка модуля взаимодействия автоматизированной системы управления обслуживающим персоналом на базе беспроводных технологий позволит решить много проблем в процессе координации работ по обслуживанию и восстановлению автоматизированных систем и не только. В том числе и для оповещения клиентской базы, о каких-либо мероприятиях затрагивающих их.

Актуальность: в процессе изучения предметной области не было найдено информации о действующих аналогах, которые осуществляли автоматизированную связь с персоналом. В настоящее время вся работа с персоналом осуществляется через диспетчера, что значительно увеличивает время поиска и связи с персоналом. Разрабатываемая система будет автоматизировать эту работу.

В процессе исследования предметной области были выделены основные задачи:

разработать программу под Windows Mobile для определения координат местоположения с помощью технологии GPS и координации работы обслуживающего персонала;

разработать модуль взаимодействия с мобильным персоналом;

разработать базу данных для хранения информации об объектах автоматизации, обслуживающем персонале, составление и хранение отчётности;

разработать средство тестирования

1. Основные определения

SCADA - диспетчерский контроль и сбор данных. Система контроля и управления процессом с применением ЭВМMax - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств.- глобальная система позиционирования - спутниковая система навигации.- это набор стандартов, позволяющих обеспечить и формализовать информационный обмен между программными компонентами систем автоматизированного управления и сбора данных [2].# - объектно-ориентированный язык программирования.- объектно-ориентированный язык программирования.

2. Описание предметной области

В настоящее время большое внимание уделяется эффективности управления обслуживающим персоналом на распределенных объектах. Описание предметной области предполагает рассмотрение функционирования модуля взаимодействия, выделение основных целей, задач для которых он создается.

Вся необходимая информация о состоянии объекта автоматизации поступает на SCADA систему. Система обрабатывает полученную информацию и принимает решение о необходимости оповещения персонала либо автоматически, либо по команде диспетчера. После подтверждения необходимости оповещения персонала, данные передаются модулю взаимодействия, который по полученным данным организует запрос к базе данных, и по его результатам формирует необходимые сообщения. Все операции выполняются автоматически, история вызовов, ошибок и отчётность храниться в базе денных.

Основные функции модуля взаимодействия:

)Получение данных об ошибке

.Работа с OPC сервером

2.Получение данных от SCADA системы

2)Анализ данных от SCADA

.Расшифровка кода ошибки

2.Запрос к БД

.Формирование сообщений

.Определение статуса персонала (свободен / занят)

3)Определение получателя сообщения

.Определение места аварии

2.Построение зоны эффективного взаимодействия с персоналом

.Поиск ближайшей свободной группы обслуживающего персонала

.Отправка заявки

4)Взаимодействие с персоналом

.Получение подтверждения о приеме заявки

2.Слежение за положением персонала

.Перенаправление заявки по истечении контрольного времени, либо отказа от выполнения.

5)Получение готовности задачи

.Получение подтверждения окончания работы от персонала

2.Оповещение SCADA системы об окончание работ

.Получение подтверждения от SCADA системы об успешно выполненном задании

.Снятие заявки

Основные функции программы на платформе Windows Mobile:

)Определение координат.

.Получение данных с GPS приемника

2.Расшифровка данных

2)Отправка координат модулю взаимодействия.

.Формирование сообщения

2.Отправка сообщения

Основные функции базы данных для взаимодействия с мобильным персоналом:

)Хранение информации о группах, объектах, ошибках, вызовах и. т.п.

2)Составление отчетности

3. Разработка компонентов системы

.1 Разработка модуля взаимодействия

Разработка серверного модуля включает в себя обработчик данных, клиент доступа к базе данных, ОРС-сервер. На схеме (Рисунок А.1) представлено внутреннее устройство модуля и потоки данных внутри него. Рассмотрим подробней каждый элемент модуля.сервер - функциональный модуль, отвечающий за связь между модулем взаимодействия и SCADA системой. Обмен данными осуществляется по протоколу OPC DA 3.0 [6]. Для написания OPC сервера был использован набор инструментов GrayBox OPC Toolkit Demo.

Данный сервер содержит 5 тэгов:_code - содержит номер (код) ошибки;_code - содержит номер (код) объекта, на котором произошла ошибка;- содержит информацию о текущем состоянии OPC-сервера (Работа, запрос к БД, отправка сообщения);_message - дополнительная информация от диспетчера;_message - информация о результатах обмена данными с мобильным персоналом (Заявка принята, бригада заступила на дежурство и. т.п.).

Вся информация, полученная от SCADA системы, направляется к обработчику данных, на основании полученной информации этот модуль принимает решение о необходимости и составе запроса к базе данных.

После выполнения запроса, результаты возвращаются обработчику данных

Так же обработчик данных работает с информацией, получаемой с мобильных устройств. Для всех каналов связи выбран одинаковый формат сообщений, поэтому нет разницы, по какому каналу связи получена информация. Обмен происходит по строго определённому протоколу, что упрощает и ускоряет расшифровку и анализ информации.

Модуль "Управление отправкой" отвечает за контроль над каналами связи (есть ли связь, сильно ли загружен канал и. т.п.) а так же отвечает за выбор канала для отправки сообщения. Пока модуль не сообщит о наличии связи, вся программа находиться в режиме ожидания.

Модуль "Основной канал связи" отвечает за непосредственную отправку и приём сообщений через Интернет. Для обмена информацией в интернете был выбран протокол xmpp. Для реализации протокола используется библиотека agsxmpp.

Модуль "Резервный канал связи" отвечает за работу с внешним GSM модемом. В этом модуле реализуется формирование PDU пакетов и отправка SMS сообщений через GSM-модем. Так же этот модуль отвечает за приём сообщений и расшифровку PDU пакетов в текстовую информацию.

"Клиент доступа к БД" реализует соединение с базой данных и содержит формы запросов в которые может выбирать обработчик данных. Кроме того обработчик данных может передавать необходимые параметры для запросов.

Алгоритм функционирования приведен на рисунке А.2

При запуске инициализируется OPC сервер. После чего проверяется наличие связи по основному и резервному каналу. Если связи нет, то выдаётся предупреждение об отсутствии связи и программа уходит в режим ожидания на определённое время. После выхода из режима ожидания, снова проверяется наличие связи.

В случае установления связи по какому-либо каналу, проверяется наличие информации об аварийных ситуациях, поступившей из SCADA системы (считываются OPC тэги). Если такая информация есть, то формируется запрос к БД, и отправляется сообщение выбранной бригаде, если такой информации нет, то программа уходит в режим ожидания.

беспроводная технология мобильный приложение

В режиме ожидания программа проверяет наличие новых входящих сообщений с мобильных устройств, обрабатывает полученную информацию, протоколирует входящие ошибки и отчёты от персонала. Так же в данном режиме создаются очереди задач в случае временного отсутствия связи с персоналом или с БД

Разработчик: Шишкин И.Н.

3.2 Разработка приложения для мобильных устройств на базе Windows Mobile

В унификации модуля была выбрана операционная система Windows Mobile 5.0 применяющаяся в коммуникаторах, смартфонах и КПК.

В ходе данного семестра была продолжена разработка приложения для мобильных устройств на базе Windows Mobile. Данное приложение является клиентской частью модуля взаимодействия с мобильным персоналом. Оно должно обеспечивать обмен сообщениями с серверной частью модуля, позиционирование и передачу координат на сервер. Обмен сообщений должен осуществляться по двум каналам связи - это GSM и Internet. В ходе работы в семестре был разработан примерный интерфейс приложения, организован обмен SMS-сообщениями с серверной частью модуля взаимодействия, обмен Internet-сообщениями с сервером и тестовая версия приложения. [7]

3.2.1 Обоснование выбора протокола XMPP

Данный протокол обмена internet-сообщениями принят по следующим причина:

.Протокол является открытым для использования в разработке приложений.

2.Широко распространён.

.Имеется возможность создания собственного сервера.

.Существует множество библиотек интегрируемых в различные среды (в данном случае интегрируется в среду dotNET Compact Framework 2.0)

3.2.2 Описание модулей приложения

Описание модуля интерфейса.

Данный модуль содержит формы главного меню, настроек, вызовов и форму для работы с GPS-данными.

Форма главного меню содержит кнопки, с помощью которых пользователь может перейти на необходимую ему форму. Форма главного меню представлена на рисунке (рисунок А.3).

При получении приложением сообщения пользователь получает уведомление о новом входящем сообщении. При подтверждении пользователем принятия сообщения открывается форма "Вызовы", содержащая текстовое окно, в котором отображается принятое сообщение. Под текстовым окном расположены кнопки для быстрого ответа. При нажатии кнопки "Принять" на сервер будет отправлено сообщение о том, что пользователь принял запрос на выполнение ремонтных работ. Соответственно при нажатии кнопки "Отказаться" на сервер будет отправлено сообщение о том, что пользователь отказывается от данного запроса.

Форма настроек должна содержать необходимы поля и кнопки для настройки параметров сервера (IP-адрес, номер телефона GSM-модема и jabber-ID).

Форма для работы с GPS-данными должна содержать поля отображения координат и кнопку для начала и остановки отправки данных на сервер.

Таким образом, удобный и простой интерфейс позволяет быстро отреагировать на поставленные перед персоналом задачи.

Описание модуля обработки.

Данный модуль предназначен для организации приема и отправки сообщений от сервера и обработки входящих и исходящих сообщений. Содержит методы для обработки протокола XMPP и SMS сообщений и метод обработки данных со встроенного GPS-приемника.

Описание модулей jabber и SMS.

Данные модули организуют представление входящих сообщений в приемлемый для чтение пользователем формат и организует отправку ответов на поступающие запросы. Форма обработки входящих сообщений представлена на рисунке А.4.

Описание модуля GPS.

Данный модуль предназначен для отображения координат местоположения пользователя и отправки текущего положения на сервер. Эти данные будут использованы для определения ближайшей к месту аварии бригады.

Разработчик: Леонов А. Е.

3.3 Разработка базы данных и приложения для работы с ней

Разработанная база данных хранит информацию об объектах обслуживания, их состояниях, местах расположения, принадлежности к какому-либо сектору обслуживания; о возможных ошибках, возникающих в процессе функционирования объектов; об обслуживающих бригадах, их статусах, составе, обсуживаемых секторах; о способах связи с бригадами; о произошедших авариях; о посланных вызовах, ответах на них и сообщений об окончании работ.

Приложения для работы с базой данных осуществляет выполнение следующих запросов:

запрос на добавление аварии в список аварий;

запрос на выбор информации об ошибке;

запрос на выбор адреса, по которому находиться вышедший из строя объект;

запрос на выбор описания объекта;

запрос на выбор контактной информации бригады;

запрос на добавление вызова в список вызовов;

запрос на добавление в список вызовов времени поступления ответа от бригады с изменением состояния бригады на "занят";

запрос на добавление в список вызовов времени завершения работы с изменением состояния бригады на "свободен";

запрос на изменение ip-адресов бригад;

Алгоритм выбора бригады заключается в следующем: вся обслуживаемая область разбивается на сектора квадратной (или прямоугольной) формы; поиск осуществляется, прежде всего, среди бригад, обслуживающих сектор, в котором произошла авария; выбирается свободная на данный момент бригада; если все бригады в данном секторе заняты, то осуществляется выбор свободной бригады из соседнего сектора, причем порядок просмотра секторов следующий: сначала поиск осуществляется в секторе, находящемся справа от содержащего аварию, затем - слева, снизу, сверху, справа снизу, слева снизу, справа сверху и так далее.

Разработчик: Жернаков К.М.

3.4 Разработка приложения для Java Midp

За прошедший семестр, были выбраны способы общения между, клиентской программой на мобильном телефоне и терминалом модуля взаимодействия на компьютере оператора. Обращение посредством SMS сообщений, и второй способ через GPRS-соединение по протоколу xmpp по типу Jabber - клиента.

В функции мобильного клиента было решено также включить определение положения мобильного аппарата с помощью GSM-станций, на данном этапе разработки приложения реализация функции отложена.

Основной задачей в этом семестре была реализация обмена SMS сообщений, на сегодняшний день написан модуль, отвечающий за отправку сообщений с телефона, через выбранный порт устройства. Существует пока не решенная проблема получения сообщения приложением. Ее суть в том, что приходящее SMS автоматически перехватывается виртуальной машиной телефона даже при работающем приложении, не говоря уже о том, чтобы получить сообщение, пришедшее в нерабочее время приложения. После тщательного изучения специальной литературы и поднятия этого вопроса на форумах разработчиков ПО для телефонов, наиболее вероятной причиной этой проблемы является то, что по умолчанию в телефоне для приема смс сообщений назначен порт 0, и любое сообщение, приходящее на этот порт, перехватывается виртуальной java-машиной. Возможным решением проблемы является назначить на терминальном приложении порт отправки сообщения отличный от стандартного, а в клиентском приложении установить этот порт на прием сообщения.

Разработчик Пехов О.В.

4. Тестирование и отладка системы

Системы была протестирована на совместимость с различными SCADA-системами:

.Genesis 32;

2.MasterSCADA;

.OpenSCADA;

Во всех трёх системах удалось подключить и настроить модуль взаимодействия. В последующем мы выбрали систему MasterSCADA для дальнейшего тестирования и построения отладочной модели.

4.1 Обоснование выбора Masterscada

Система была в виду следующих факторов:

.наличие полноценной демо-версии;

2.широкая распространённость системы;

.наличие обучающих материалов по системе;

.удобный интерфейс;

.является российской разработка;

4.2 Разработка программы моделирующей аварийные ситуации

Для проведения тестирования была написана программа, моделирующая различные аварийные ситуации

Особенности программы:

.взаимодействие со SCADA системой по протоколу OPC DA, что позволяет эмулировать процесс получения данных с датчиков;

2.регулируемое количество объектов;

.реализация различных наработок на отказ (для каждого объекта);

.все объекты подчиняются экспоненциальному закону надёжности.

Разработчик: Шишкин И.Н.

4.3 Разработка модели для тестирования

Тестовая модель рассчитана на осуществление контроля за состоянием десяти объектов. Целью создания модели является наглядная визуализации состояний объектов в режиме реального времени.

Наблюдение за объектами реализуется посредством мнемосхемы, на которой изображены:

.строения (дома), содержащие наблюдаемые объекты (лифты);

2.сами объекты (лифты), связанные однозначно с какой-либо частью строения (подъездом дома);

.индикаторы позиций (этажей), отображающие положение объектов (лифтов) в режиме реального времени.

Визуализация состояний объектов осуществляется следующим образом:

От специально созданной программы, модулирующей аварийные ситуации, на SCADA-систему приходят сигналы о состояниях объектов (лифтов). При отсутствии аварийных ситуаций на мнемосхеме все объекты (лифты), а также части строений (подъезды), окрашены в зеленый цвет, что символизирует нормальное рабочее состояние. Индикаторы позиций (этажей) отображают текущее положение объектов (лифтов) в режиме реального времени (Рисунок А.6).

В момент аварии в SCADA-систему поступает соответствующая информация, которая отображается на мнемосхеме путем подсвечивания объекта (лифта) красным цветом и переводит его в режим мигания. Кроме того, красным цветом подсвечивается часть строения (подъезд), содержащая вышедший из строя объект (лифт), а также высвечивается положение (этаж), на котором находился объект (лифт) в момент аварии (Рисунок А.7).

Разработчик: Жернаков К.М.

Заключение

В результате проделанной работы были выполнены поставленные на данный семестр задачи. Доработана программа под Windows Mobile. Доработаны части модуля взаимодействия с мобильным персоналом. Создана тестовая модель в среде Master SCADA.

В следующем семестре планируется начать тестирование на реальном оборудовании в аудитории 108 корпуса фэт, доработка и устранение ошибок во всех приложениях, разработка способов определения местоположения на основе GSM сетей.

Публикации

1. Некрылова М.О., Шишкин И.А. Модуль взаимодействия с мобильным персоналом. Научная сессия ТУСУР - 2010, 5, часть 3. В-спектр 2010 - с.280

. Некрылова М.О., Шишкин И.А. Разработка модуля взаимодействия SCADA системы с мобильным обслуживающим персоналом на базе беспроводных технологий. Сборник трудов VII всероссийской научно-практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых "технологии Microsoft в теории и практике программирования"; Национальный исследовательский Томский политехнический университет, - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - С.217-219

Список использованных источников.

1. Мельников М.И. Разработка автоматизированной системы управления распределённым лифтовым хозяйством на базе беспроводных технологий. Доклады ТУСУР, 1 (19), часть 2 - Томск: ТУСУР, 2009 - с.81

. #"center">Приложения

Приложение А

Схемы, алгоритмы приложений и их графические интерфейсы

Рисунок A.1 - Схема модуля взаимодействия

Рисунок А.2 Алгоритм работы модуля взаимодействия

Рисунок A.3 Основное меню приложения для Windows Mobile

Рисунок A.4 Работа Jabber клиента

Рисунок А.5. Схема приложения для Windows Mobile

Рисунок А.6 Общий вид тестовой модели для MasterSCADA

Рисунок А.7 Функционирование тестовой модели (1 аварийная ситуация)

Рисунок А.8 Функционирование тестовой модели (3 аварийных ситуации)

Рисунок А.9 - Графический интерфейс приложения для Java MIDP

Приложение Б

Компакт-диск

Компакт-диск содержит:

.электронную версию пояснительной записки в формате *. doc

2.Исходные коды всех приложений на момент написания отчёта

.Индивидуальные и групповые месячные отчёты

Реферат Курсовая работа содержит ____ страниц, 9 рисунков, 9 источников, 2 приложения. Ключевые слова: БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МОДУЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВ

Больше работ по теме: