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.

1.ábra. Távvezérelt mérésadatgyűjtés kapcsolt vonali hálózaton

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

 Szembekerültünk tehát azzal a ténnyel, hogy alacsony költségszint mellett nem tudunk olyan modemet szállítani, mely a felhasználó által elvárt igényeket teljesítené. Ennek hatására úgy döntöttünk, hogy egy merőben újfajta modemet fejlesztünk ki saját erőből. A modemet a megbízhatóság érdekében többszintű (hierarchikus) felépítéssel terveztük. Minden szinten önállóan működő egységek vannak, amelyek ellenőrzik az alattuk levő egység működését. Hiba esetén a modem képes önmagát újraindítani. A fejlesztés másik célkitűzése az volt, hogy a modem önállóan legyen képes különböző logikai feladatok elvégzésére is, szükség esetén, a belső felépítés átrendezésével a végberendezés szerepét is átvehesse.

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.

A IndustryPorte modem alkalmazásának előnyei

Röviden összefoglaljuk azokat az előnyöket, amelyeket az IndustryPorte alkalmazása jelent a távleolvasási rendszerben:


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
   előírásainak

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.

 

A Multiline hívásszétválasztó tulajdonságainak összefoglalása

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.