HAZAI MŰSZERÚJDONSÁGOK |
Ipari modem alkalmazása mérésadatgyűjtő berendezések távleolvasására
A cikkben két magyar fejlesztésű és gyártású eszközt szeretnénk bemutatni, amelyek segítségével analóg adatátviteli úton (távbeszélőhálózaton, bérelt vonalon, illetve analóg rádiófrekvenciás összeköttetésen) lehet nagy megbízhatósággal távolról leolvasni adatgyűjtő berendezések adatait. Az egyik eszköz egy ipari kivitelű modem, amellyel külön számítógépes program beállítás nélkül igen nagy megbízhatósággal lehet megoldani a távleolvasást. A másik eszköz egy olyan ipari kivitelű hívásszétválasztó, amellyel a kapcsolt vonali adatgyűjtő rendszerek telepítését valósíthatjuk meg. Használatával egyetlen távbeszélővonalon, minőségromlás nélkül lehet adatátviteli kapcsolatokat létesíteni úgy, hogy a bejövő hívásokat önmüködően a megfelelő eszközre (távbeszélőre, távmásoló faxra, vagy modemre) irányítja.
Adatátvitel a mérésadatgyűjtésben
Gyakori feladat az iparban, hogy különböző
távoli mérésadatgyűjtő egységek adatait egy központnak adott
sorrendben, önmüködően kell leolvasni. Ilyen mérésadatgyűjtő
egység lehet valamilyen fogyasztásmérő (pl. villamos energia, víz, gáz
fogyasztásmérő), vagy bármilyen folyamat jellemzőit rögzítő
adatgyűjtő egység, amelynek van kommunikációs kapuja (portja). A mért
adatokat a mérésadatgyűjtő eszköz általában előre meghatározott
módon, adott sebességgel, adatszerkezettel és adatátviteli
protokollal szolgáltatja ezen a kommunikációs kapun. A beépített kommunikációs
kapu legtöbb esetben V.24-es (RS-232) soros kapu, ritkábban alkalmazzák
azonban az áramhurkos csatlakozási felületeket is.
Helyszíni kiolvasásnál közvetlenül
csatlakoztatnak egy adatfeldolgozó berendezést (pl. egy PC-t) a kommunikációs
kapura. Ezzel a módszerrel akkor olvasható ki a tárolt adatmennyiség, ha
minden kiolvasáskor a helyszínre lehet menni. Ezt nem lehet minden esetben
megoldani, mivel a leolvasási pontok száma igen nagy lehet, vagy nem oldható
meg a helyszín megközelítése, vagy
gyakran kell leolvasni a mérési eredményeket. Ekkor feltétlenül szükséges
az említett távleolvasó rendszer, amellyel a távoli eredményeket nagy megbízhatósággal,
torzítás nélkül lehet az adat-feldolgozási állomásra (helyre) továbbítani.
Távleolvasási
rendszerek a villamos fogyasztásmérésben
Mivel Magyarországon a közepes- és
nagyfogyasztói körben a távleolvasható elektronikus villamos fogyasztásmérők
alkalmazása széles körben elterjedt, a villamos fogyasztásmérők távleolvasása,
illetve a távleolvasás megvalósítása kiemelt feladattá vált. A fogyasztásmérők
távleolvasása nagy biztonsággal, gyorsan megoldható a meglévő távbeszélő
hálózaton, vezetékes modemek alkalmazásával.
Az adatátvitel fizikai közege lehet vezeték,
vagy országos rádiófrekvenciás csatorna. Az átviteli közegen általában
alacsony (300...9600 bit/s) sebességen történik az adatok továbbítása, ezt
a fogyasztásmérők adatátviteli sebessége határozza meg. Az adatgyűjtő
berendezésben tárolt adatmennyiség általában nem túl nagy (100…300 Kbájt),
így a leolvasási idő tapasztalataink alapján 5...20 perc.
*Delta Elektronik Kft.
A központi oldalon ipari kivitelű, folyamatos üzemre tervezett, fiók (rack) kivitelű modemeket célszerű használni, míg a távoli oldalon a mérésadatgyűjtő mellett egyedi, a fogyasztásmérők zajos ipari környezetének jól ellenálló modemeket kell alkalmazni. Az önmüködő központi távleolvasáshoz napjainkban olyan számítógépi programok állnak rendelkezésre, amelyek támogatják a mérőkben megvalósított nemzetközileg elismert szabványos protokollokat, továbbá az egyedi protokolt használó - különféle gyártók által forgalmazott - mérőkészülékeket is. Az 1. ábrán egy mérésadatgyűjtő rendszer felépítése látható.
Az ábrán látható informatikai rendszer felépítését
és szervezését (topológiáját) tekintve egyutas, soros rendszerű adatátvitelt
tesz lehetővé. Az adat kerülőút nélkül tud eljutni a központi
oldalra, végighaladva a rendszer elemeken. Ez azt jelenti, hogy a legkisebb
megbízhatóságú elem fogja meghatározni az egész rendszer megbízhatóságát.
A rendszer elemei közül a gyakorlati tapasztalatok alapján, a
legbizonytalanabb láncszem a távoli modem. Az ilyen informatikai rendszerek
kezdeti, kísérleti szakaszában a kereskedelemben kapható Internetes, házi
használatra tervezett modemeket használták a távoli oldalon. Ezeket a
modemeket azonban felügyelet melletti üzemre tervezték. Ez a gyakorlatban azt
jelenti, hogy az internetes modemekben nincs túlfeszültség védelem a tápfeszültség
és a kommunikációs kapu (amely kizárólag RS-232-es kapu) felől, ezen túlmenően
a távbeszélővonal felől is csak az ún. másodlagos túlfeszültség
védelemmel (ez a kisebb energiájú védelmet jelenti) rendelkezik. Ha egy
ilyen internetes modemet az IEC 801-es szabvány szerint túlfeszültség
impulzusokkal vizsgálunk, akkor a 0. osztályra előírt feszültség-lökéseket
sem viseli el, "lefagy", továbbá elfelejtheti a beállított jellemzőket
is. Ilyen impulzusok az ipari környezetben gyakran előfordulhatnak, így
ezeket a modemeket nem szabad olyan rendszerekben alkalmazni, ahol a modem újraindítása
nem megoldható. Részvettünk olyan kísérleti rendszer beüzemelésében,
melyben Internetes modemeket alkalmaztak a távleolvasásra.
Tapasztalataink a következők voltak:
Az Internetes modemek kb. 1-2 havonta leálltak, mert a modemekben lévő A/D és D/A átalakítást végző mikroszámítógép a különböző zajbeütések hatására, hibás parancsértelmezés miatt olyan állapotba került, amelyben nem válaszolt semmilyen külső jelre. Ebből az állapotból csak ki- és bekapcsolással lehet a modemeket kihozni, ezért egy-két havonta a helyszínre kell menni. Így az az igény nem teljesül, hogy ne kelljen a távoli helyszínre utazni havi gyakorisággal.
Minden modem tartalmaz egy I2C-buszos adattárolót a beállítás
tárolására, amelybe az írás vagy olvasás egy utasítás-sor hatására történik.
Az utasítás-sorban 1 bit eltérés határozza meg, hogy az adattárolóba írás
vagy olvasás történik. Zaj hatására egy olvasási művelet képes átírni
az adattároló tartalmát, ezért újra meg kell adni a beállítást a
modemnek egy számítógép segítségével; vagyis ismét a helyszínre kell
menni.
Az
IndustryPorte ipari modem
2. ábra. Az IndustryPorte modem előlapja
Az
IndustryPorte elnevezésű egység (2. ábra) felépítését tekintve három
szintű: az alsó szinten egy teljes kiépítésű 14,4 kbit/s sebességű
modem található, egyedi rendszerprogrammal. A második szinten egy önálló,
a modemtől teljesen elkülönülten működő mikroszámítógép
van, mely a modemet az adott programállásnak megfelelően vezérli,
illetve állapotát ellenőrzi. Lényeges, hogy ez a beépített mikroszámítógép
képes az adat-végberendezés (DTE) szerepét is átvenni, vagyis mindazt el
tudja látni, amely egy modemhez csatlakoztatott számítógéppel megoldható.
Ebben az esetben az RS-232-es kaput leválasztja a modemhez csatlakoztatott külső
végberendezésről. A mikroszámítógép önállóan állítja be a
modemet egy külön EPROM-ban tárolt AT beállító parancssor (szekvencia)
szerint; és képes pl. adott telefonszám tárcsáztatására, önmüködő
üzenetküldésre valamilyen állapothoz, vagy hibajelhez rendelten stb. |
A
harmadik szinten egy önmüködő törlő (reset) áramkör található.
Ez az ún. házőrző (watchdog), lényegében egy egyszerű RC
oszcillátor, újraindítható számlálóval. Ha a második szinten lévő
mikroszámítógép adott időn belül nem indítja újra a számlálót,
akkor legkésőbb 2 s múlva a törlő áramkör újraindítja a mikroszámítógépet,
és az egész modemet.
Az
ipari modem az új szolgáltatások mellett újdonságot hozott az üzembehelyezés,
és a kezelés területén is. Az IndustryPorte egyetlen kezelőszerve egy
10 állású programkapcsoló, melyen ki lehet választani, hogy a modem milyen
üzemmódban (AT parancssor), milyen ellenőrzések mellett (Rx-Tx jelek
figyelése; behívó üzemmód; időkorlát alkalmazása stb.), milyen adatátviteli
sebességen üzemeljen. A programkapcsoló állásaihoz rögzített üzemmódokat
és beállításokat a felhasználói igények, és a végberendezés határozza
meg. A programot az adott felhasználás számára be kell égetni az
IndustryPorte programmemóriájába.
A
konkrét példában, a villamos fogyasztásmérők távleolvasásánál a különböző
típusú mérőkhöz egy-egy programállást rendeltünk. Az üzembe helyezés
mindössze a táp-, távbeszélő- és RS-232 csatlakozók illesztése után
az adott mérőnek megfelelő programállás kiválasztásával történik
a 10 állású programkapcsolón. Az üzembehelyezés pár percet vesz igénybe,
és nem szükséges hozzá különösebb szakértelem.
Az
IndustryPorte üzembiztonságát a többszintű felépítésén kívül egy
ún. behívó (dial-in) üzemmód növeli, melynek alkalmazásával jelentős
fogyasztás-csökkenést is el lehetett érni. Az üzemmód lényege, hogy a
modem alapállapotban ki van kapcsolva, csak az adatátvitel idejére kap tápellátást.
Bejövő csengetés hatására a modemet a vezérlő bekapcsolja, majd a
programkapcsoló állása szerint beállítja a modemet adott sebességre, és
átadja az RS-232 kaput a végberendezésnek. Az adatközlés ideje alatt a vezérlő
mikroszámítógép figyeli az RS-232 jeleket. Rendellenes működés esetén,
illetve az átvitel végén a modemet a vezérlő kikapcsolja a következő
behívásig. Ebben az üzemmódban is képes a modem önműködően
hibajel küldésére. Hibajel érkezése esetén a modem bekapcsol, egy előre
megadott telefonszám tárcsázása után üzenetet küld.
Az
újfajta felépítésnek köszönhetően új üzemmódokat is meg lehet valósítani
a modemmel. Egyik újdonság az önmüködő üzenetküldő üzemmód.
Önmüködő hibaüzenet küldés esetén a modem a hibajel állapotának
megfelelően képes adott távbeszélőszámra önállóan üzenetet küldeni
az adott alkalmazásnak megfelelő protokollal.
Másik
újdonság az adatátvitel elemi szintű ellenőrzése. A modem egyedülálló
felépítése lehetővé teszi a soros vonali adatátvitel folyamatos figyelését,
pl. az IEC 1107-es előírásoknak megfelelő parancsok értelmezését,
valamint egy kapcsolaton belül az adatátviteli sebesség változtatását is.
Ezt hagyományos modemmel nem lehet megoldani.
Az
IndustryPorte alkalmazásával lehetővé vált olyan eszközök átlátható
(transzparens) leolvasása és beállítása (paraméterezése), amelyek az IEC
1107-es szabvány szerinti adatátvitellel müködnek (pl.: villamos fogyasztásmérők).
Ez a lehetőség RS-232-es, és RS-422-es illesztőegység
alkalmazásával is lehetséges.
Röviden
összefoglaljuk azokat az előnyöket, amelyeket az IndustryPorte alkalmazása
jelent a távleolvasási rendszerben:
Nagyfokú
üzembiztonság: A modem nem áll le, és nem felejti el az adott üzemhez szükséges
beállításait.
Nem
szükséges drága, távolról beállítható modem alkalmazása. Ezeket a
modemeket többek közt azért alkalmazták, mert ha a távoli modem
elfelejtette a beállításait, akkor a központból beállíthatják. Az
IndustryPorte egységben a beállítások a tárban rögzítettek, azok nem törlődnek,
az ára pedig kb. 1/5-öd része a beállítható modem árának.
Megfelelő
túlfeszültség védelem. Az otthoni használatra szánt modemek esetében nem
alkalmaznak védelmet a soros kapu és a tápfeszültség felől. Az ipari
modembe ezt beépítettük, továbbá jelentősen megnöveltük a
telefonvonal felől érkező nagyfeszültség-impulzusok elleni védelmet.
Alacsony
áramfelvétel és hőleadás (disszipáció). Az ipari modemben nagy hatásfokú
kapcsolóüzemű tápegység látja el a modem IC-t, amely 200 mA áramfelvételű,
5 V-on 1 W-ot ad le. Az összes többi áramkör együttes teljesítmény-felvétele,
beleértve a tápegységet is, kb. 0,1 W, vagyis
nagyon kicsi az ipari modem meddő teljesítményű. A teljesítmény-felvételt
jelentősen csökkenti a behívó üzemmód alkalmazása, ekkor hívásra várakozás
alatt 30 mA az áramfelvétel, és csak a tényleges adatátvitel idejére
kapcsol be a nagy áramfelvételű modem-chip.
Kiterjesztett
üzemi hőmérséklet tartomány. A modem 0...50 oC között
üzemel.
Könnyű,
gyors üzembehelyezés (installáció): a csatlakozások (telefonvonal, RS-232,
és ha szükséges külön tápellátás) illesztése után csak be kell állítani
a programkapcsolót a megfelelő helyzetbe.
Egyedi
igényre beállított (optimalizált) működés. A gyártó segít az adott
rendszerhez a legkedvezőbbre beállítani
a modem működését, a beállítást a programtárolóban rögzíti.
Az egyedi igények szerinti ellenőrző-vezérlő programokkal (rutinokkal)
látja el az ipari modem rendszerprogramját.
Kis
méret: nem okoz gondot az elhelyezése.
Az
IndustryPorte modem műszaki adatai
Legnagyobb vonali sebesség: |
14400 bit/s |
|
Legnagyobb adatátviteli sebesség: |
57600 bit/s |
|
Illesztő: |
RS-232, illetve RS-422 (opció) |
|
Csatlakozók |
DB25; AK700 sorkapocs; RJ11 telefon aljzat |
|
Kezelőszervek: |
10 állású programkapcsoló |
|
Áramfelvétel: |
bekapcsolt modem esetén: 160 mA |
|
Behívó üzemmódban: 30 mA |
||
Túlfeszültségvédelem |
||
-Távbeszélő vonalon: |
>max: ±10 kV (max. áram 150 A t1/t2=1/1000 s impulzus) | |
-RS232 bemeneten: |
max: ±10 kV (IEC 1000-4-2) |
|
-Megfelel az IEC 801.2-es osztály |
||
Hibajavítás |
LAPM |
|
Tömörítés: |
V 42bis; MNP5 |
|
Méret: |
103 mm x 69 mm x 26 mm |
|
Súly: |
120g |
|
Ellenőrző LED-ek: |
Rx;
Tx; DCD; DTR |
A MultiLine hívásszétválasztó
Gyakorlati tapasztalat, hogy a mérésadatgyűjtők távleolvasásához külön távbeszélővonal nem áll rendelkezésre. Úgy kell megoldani a távlolvasást, hogy azon a távbeszélővonalon, amelyen az adatátvitel történik, meg lehessen oldani egyéb távbeszélő feladatokat is. A gyakorlatban a távvezérelt leolvasó rendszerek éjszaka, központi híváskezdeményezéssel oldják meg az adatok lekérdezését napi, heti, vagy havi gyakorisággal. Ez azt jelenti, hogy az idő jelentős részében a távbeszélővonalat tudnák telefon, távmásoló céljaira is használni, ha a híváselosztás önmüködően megoldható lenne. Ezt a célt szolgálja a MultiLine hívásszétválasztó. A hívásszétválasztóval lehetőség van egyetlen analóg fővonalat (illetve egy alközpont analóg mellékét) öt különböző eszközre csatlakoztatni úgy, hogy a bejövő hívást önmüködően vagy kézi beválasztással lehet a mellékek között elosztani.
A kimenő hívás kezdeményezésekor az adott mellékre csatlakoztatott eszköz rálép a vonalra (pl. a telefonkagylót felemeljük). Ameddig egy mellék használja a vonalat, addig a többi mellékre csatlakozatott eszköz nem képes a vonalat használni, mivel nem kap tárcsahangot. A külső vonal eléréséhez külön kód (ún. prefix) nem szükséges, úgy kell tárcsázni az adott mellékről, mintha a telefonkészülék (vagy az éppen használatos más eszköz) közvetlenül a fővonalon lenne.
Kimenő hívás tárcsázása történhet DTMF kódsorozattal, illetve impulzus tárcsázással is. Bejövő hívások esetén a hívásszétválasztó két módszerrel dönti el, melyik mellékre adjon csengetést:
Elsődlegesen azt vizsgálja, hogy a hívást kezdeményező eszköz, a hívásszétválasztó vonalra lépése után kiadja e az ún. DTMF kódot, amellyel közvetlenül lehet az 1...5 mellékeket kiválasztani. Ha érkezik ilyen választó kód, akkor a fővonalat az adott mellékre csatlakoztatja, és erre a mellékre fog csengetést kiadni.
Ha a hívást kezdeményező eszköz távmásoló vagy modem, akkor a távmásoló által kiadott 1100 Hz-es hívóhangot (ún. CNG hangot), illetve a modem által kiadott 1300 Hz-es hívóhangot felismeri. Ekkor, ha távmásolat érkezik, akkor a 2-es mellékre, ha modem-es hívás érkezik, akkor a 3-as mellékre kapcsolja a hívást. Ha nem érkezik választó kód vagy hívóhang, akkor a MultiLine az 1-es melléket fogja kapcsolni.
Egy mellék csengetése vagy beszélgetés közben is lehetőség van a hívás átadására egy másik mellékállomás számára. Ehhez csupán az adott mellékállomásnak megfelelő DTMF kódot kell kiadni a hívást kezdeményező eszközön. Ekkor megtörténik a bejövő vonal leválasztása az adott mellékről, és a hívásszétválasztó a kívánt melléket kezdi csengetni. A hívásátadás nincs korlátozva, egyetlen hívás folyamán többször is igénybe lehet venni. (pl. ha egyik mellék nem válaszol, akkor a megfelelő DTMF kód leütésével egy másikat lehet kérni, és így akár az összes melléket egyenként ki lehet csengetni.)
A MultiLine hívásszétválasztó üzembehelyezése egyszerű. A telefonvezetékek és a tápegység csatlakoztatása után azonnal üzemkész, semmilyen pótlólagos programozást nem igényel.
Egyetlen telefonvonalra 5 különböző berendezés (távbeszélő,
távmásoló, modem, üzenetrögzítő) csatlakozhat.
Kimenő hívást a mellékvonalra csatlakoztatott berendezés
vonalra léptetésével lehet kezdeményezni. Ezután a többi mellékről
nem lehet a fővonalat elérni a használat ideje alatt.
A fővonal eléréséhez külön tárcsázási előtag nem szükséges,
a tárcsázást úgy kell végezni, mintha az adott melléken levő eszköz
közvetlenül a fővonalon lenne.
Kimenő hívás esetén a tárcsázás mind DTMF kóddal, mind
impulzus-tárcsázással lehetséges.
Bejövő hívás esetén az első csengetésre a vonalra lép,
és szabványos 425 Hz-es -15 dBm adásszintű folyamatos tárcsahangot ad
ki 3 s ideig, hogy a túloldali berendezés automatikus választást tudjon
kezdeményezni.
Hívásátirányítással rendelkezik, vagyis a bejövő hívások
tetszőlegesen átirányíthatók egy másik mellékre, az adott mellék
DTMF kódjának megadásával.
A MultiLine figyeli a foglaltsági hangot, annak megléte esetén bontja
a hívást, amennyiben mellékállomás nem csatlakozik a vonalra. Ez azt
jelenti, hogy bejövő csengetés esetén (a csengetés ideje alatt), ha a távoli
hívó fél bontja a vonalat, a MultiLine hívásszétválasztó 2 másodpercen
belül bontja a vonalat. Ezzel elkerülhető, hogy hosszú ideig
feleslegesen adjon egy mellékre csengetést.
Túlfeszültség elleni védelem van a csatlakozási pontokon.
Az 1-es melléken levő távbeszélő készülék áramszünet
esetén is működik.
Segítségével ipari önmüködő
távleolvasó rendszerek is megvalósíthatók.
A fejlesztések eredményeként egyrészt sikeres termékek született, másrészt nagyon fontosnak tartjuk, hogy Magyarországon fejlesztett és gyártott, exportképes modem termék létrehozásával a Delta Elektronik Kft. úttörő szerepet vállalt ezen a területen. A sikerre épülve kialakulóban van az ipari elektronikai fejlesztéssel foglalkozó üzletág bővülő termékválasztéka, amely készen áll hasonló termékek fejlesztésére a jövőben is.
Molnár Sándor
A laprendszer készítője: UFE Bt.