Модернизация беспроводной сети автоматизированных систем управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава 1. Обзор беспилотных систем и индустриальных сетей 4G/5G

Системы беспилотных автосамосвалов

Беспроводная сеть MOTOMESH Solo

Беспроводная сеть Motorola WiNG5

Глава 2. Исследование АСУ ГТК и БСПД на Ломоносовском ГОК

Разработка приложения MeshRadar

Разработка приложения CoverApp

Глава 3. Оценка готовности Ломоносовского ГОК к внедрению ИБС

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б



Введение

Под горнодобывающей промышленностью понимается комплекс отраслей, занимающихся добычей и обогащением полезных ископаемых: благородных металлов, железных и урановых руд, алмазов, угля и других. Это одна из ведущих отраслей глобальной экономики, широко представленная и в нашей стране. Россия является лидером по количеству видов добываемых минеральных продуктов.

В настоящее время на открытых и подземных работах в горнодобывающей промышленности имеет место интенсивное внедрение принципиально новых средств управления технологическими процессами, основанных на последних достижениях в электронике, радиотехнике, микропроцессорной технике и спутниковой космической связи.

Основной задачей современных автоматизированных систем управления технологическими процессами на карьерах и подземных рудниках является оптимальное управление грузопотоками, учет и контроль работы погрузочно-транспортных комплексов и, как следствие, снижение эксплуатационных издержек, энергозатрат, повышение надежности оборудования и промышленной и экологической безопасности производства [1, с. 3-4].

Следующим шагом в этом направлении может стать использование на карьерах интеллектуальных беспилотных систем и, в частности, беспилотных автосамосвалов, что позволит увеличить производительность парка карьерной техники, повысить безопасность горных работ, а также решить проблему с кадрами на удаленных карьерах, где привлечение и удержание квалифицированных специалистов является затруднительным.

Разумеется, внедрение таких систем повлечет за собой повышенные требования к сетям связи, а именно потребует предоставления гарантированного качества услуг.

Целью данной работы является исследование АСУ ГТК и беспроводной сети передачи данных на конкретном предприятии, Ломоносовском ГОК, и оценка его на предмет готовности к внедрению интеллектуальной беспилотной системы.



Глава 1. Обзор беспилотных систем и индустриальных сетей 4G/5G

Месторождение Ломоносова - самое крупное коренное месторождение алмазов в Европейской части Российской Федерации, расположенное в Архангельской области около поселка Поморье. Месторождение включает в себя шесть кимберлитовых трубок: Архангельскую, им. Карпинского-1, им. Карпинского-2, Пионерскую, Поморскую и им. Ломоносова. Добыча алмазов на месторождении Ломоносова ведется открытым карьерным способом и методом шахты.

В 2012 году на Ломоносовском ГОК была внедрена автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом Wenco, а также беспроводная сеть передачи данных MOTOMESH Solo. Разумеется, при планировании и развертывании беспроводной сети передачи данных, учитывались в первую очередь требования АСУ ГТК на конкретный момент времени. О возможности внедрения, например, интеллектуальной беспилотной системы речи тогда не шло. Для того, чтобы дать оценку готовности Ломоносовского ГОК к внедрению такой системы, необходимо иметь представление о функциональных требованиях интеллектуальных беспилотных систем, архитектуре и способах расчета покрытия существующей беспроводной сети, а также о перспективных сетях следующего поколения.

Системы беспилотных автосамосвалов

Беспилотные технологии способны увеличить показатели доступности оборудования, общую производительность и безопасность на любом карьере, за счет ограничения числа людей, работающих с оборудованием. Это особенно важно для удаленных местоположений, где привлечение и удержание квалифицированных специалистов является непростой задачей.

Беспилотные машины управляются системой контроля, которая указывает им куда двигаться и что делать. Интеллектуальные системы на борту позволяют автосамосвалам самим "решать" как добираться до мест назначения и выполнять поставленные задачи. Продвинутые сенсорные технологии позволяют им безопасно работать в паре и рядом с другой карьерной техникой и персоналом, даже в тесных пространствах. Эти технологии остановят автосамосвал в случае возникновения непредвиденной ситуации.

Беспилотные технологии также улучшают продуктивность, так как автосамосвалу не нужно останавливаться на обед или на время смены оператора. Такие автосамосвалы всегда работают по заданной программе, уменьшая износ и увеличивая доступность. В случае непредвиденных обстоятельств, они уведомят об этом диспетчерскую и предоставят мгновенную диагностическую информацию.

Первым коммерчески успешным производителем беспилотных автосамосвалов в мире считается компания Komatsu. В автономной системе грузоперевозок Komatsu (Autonomous Haulage System) каждый автосамосвал оборудован транспортными контроллерами, высокоточной системной навигации (GPS), системой предотвращения столкновений и беспроводной системой передачи данных. Данные о векторе и скорости движения передаются автосамосвалам из диспетчерского пункта, в то время, как GPS используется для уточнения их местоположения. В ходе цикла перевозки, автосамосвалы автоматически направляются в зону погрузки экскаватора после вычисления координат его ковша. Маршрут к месту разгрузки также задается из диспетчерского пункта.

Существует похожая система от компании Caterpillar под названием Cat Command for Hauling, тесно интегрированная с другим ее решением, АСУ ГТК Cat MineStar System. Среди прочего можно отметить способность автономных автосамосвалов Caterpillar работать как в беспилотном, так и в ручном режиме, а также возможность создания зон на карте, накладывающих ограничения на работу в них в том или ином режиме [2].

Стоит отметить, что интеллектуальные беспилотные системы существуют не только в виде концептуальных разработок, но давно и активно используются в горнодобывающей промышленности.

Беспроводная сеть MOTOMESH Solo

MOTOMESH Solo - решение от компании Motorola, в основе которого лежит использование сети с ячеистой топологией (mesh network). В сетях с ячеистой топологией каждый узел выступает в роли маршрутизатора/ретранслятора для других узлов сети. При этом, узлами сети могут быть как статичные элементы сетевой инфраструктуры, так и сами мобильные устройства. MOTOMESH Solo поддерживает оба режима одновременно.

Рисунок 1. Отличие сети с ячеистой топологией от традиционной сети

Как следствие, имеем децентрализованную и недорогую мобильную широкополосную сеть, в которой каждому узлу достаточно осуществлять передачу не далее следующего узла сети. Эта техника, которую Motorola называет Multi-Hopping, позволяет сети покрывать большие расстояния, обеспечивать высокую скорость передачи данных, а также создавать соединения в условиях непрямой видимости и пересеченной местности. Сети с ячеистой топологией очень надежны, так как каждый узел соединяется сразу с несколькими другими узлами. Если один из узлов пропадает из сети, например, по причине сбоя оборудования, соседние узлы мгновенно находят другой маршрут. Запас прочности такой сети может быть увеличен просто за счет добавления в нее новых точек доступа.

В состав архитектуры MEA (Mesh Enabled Architecture) входят шесть типов устройств:

· интеллектуальная точка доступа (IAP6300),

· беспроводной маршрутизатор (MWR6300),

· улучшенный беспроводной маршрутизатор / переносной беспроводной маршрутизатор (EWR6300 / PWR6300),

· встраиваемый в транспортное средство модем (VMM6300),

· абонентское устройство (WMC6300),

· беспроводной последовательный модем (WSM6300).

Абонентское устройство (SD) - совместимый с протоколом IP ноутбук, карманный компьютер или навигатор, использующий беспроводную модемную карту (WMC) для предоставления доступа к сети.

Беспроводная модемная карта представлена в виде устройства форм-фактора PCMCIA. WMC предоставляет доступ к инфраструктуре сети и другим сетям, таким как Интернет.

Она так же может выполнять функции беспроводного маршрутизатора для других абонентских устройств.

Абонентские устройства могут быть ключевыми компонентами сетевой инфраструктуры.

Добавление абонентов увеличивает количество беспроводных маршрутизаторов в сети, что в свою очередь, увеличивает количество путей, которыми абоненты могут воспользоваться.

Беспроводной маршрутизатор (MWR) - недорогое беспроводное устройство малого размера, используемое как правило для обслуживания определенной географической области, которое увеличивает радиус действия IAP и SD, и тем самым повышает спектральную эффективность сети. MWR выполняют несколько функций в сети, таких как:

· расширение радиуса действия IAP и SD,

· точки для прыжков в режиме peer-to-peer,

· автоматическое распределение нагрузки,

· выбор маршрута,

· оптимизация пропускной способности сети путем укрепления маленьких пакетов,

· ориентир для служб определения местоположения.

Малый размер и легкий вес позволяют им быть установленными практически где угодно.

Вышки для этого не требуются.

Интеллектуальные точки доступа (IAP) - недорогие устройства малого размера, служащие точками перехода от беспроводной сети к проводной и оттуда, в сеть Интернет. Каждый IAP предоставляет скорость передачи данных вплоть до 6 Мбит/с и поддерживает интерфейс Ethernet. Основные функции IAP включают:

· управление мобильностью абонентских устройств,

· ориентир для служб определения местоположения,

· точка перехода из беспроводной сети к проводной.

Габариты IAP также позволяют им быть установленными практически где угодно, без использования вышек.

Все эти устройства используют одинаковый приемопередатчик, за счет чего их показатели производительности очень схожи. Единственное отличие заключается в типе антенны и мощности.

Параметр	Описание
Диапазон частот	2.400 - 2.480 ГГц, 4 канала
Выходная мощность	минимум +23 дБм
Чувствительность приемника	-90 дБм
Скорости передачи данных	1.5, 3.0, 4.0 и 6.0 Мбит/с
Способ модуляции	QPSK/BPSK
Усиление антенн
Статичное оборудование	4 и 8 дБи
Мобильные устройства	0 и 3 дБи
Абонентские устройства	2 дБи

Таблица 1. Сводка производительности оборудования MEA

Основными отличиями радио MEA от более традиционных радио WAN являются:

· использование рейк-приемника,

· прямая коррекция ошибок (FEC) на втором уровне,

· адаптивный протокол передачи (ATP),

· технология multi-hopping.

Эти возможности делают радио MEA надежной мобильной платформой, работающей на скорости транспортных средств вплоть до 250 миль в час, имеющей улучшенную сопротивляемость помехам, способность преодолевать препятствия внутри сети и корректировать скорость передачи [3].

Беспроводная сеть Motorola WiNG5

WiNG5 - это пятое поколение беспроводных сетей Motorola, основным отличием которого от предыдущих поколений являются уход от строгой контроллерозависимости в сторону распределенных сетей. Вызвано это несколькими очевидными факторами:

· увеличением скорости передачи данных в сетях Wi-Fi,

· увеличением масштабов сетей, в том числе включая удаленные площадки,

· необходимостью обеспечения автономной работы удаленных площадок,

· необходимостью поддержки сетей как малого, так и крупного масштаба.

Модель централизованного развертывания Motorola предоставляет в высокой степени расширяемую беспроводную локальную сеть, предназначенную для потребителей, использующих беспроводные локальные сети 802.11n на нескольких удаленных площадках. Централизованная модель отличается от типовой модели развертывания, так как вся настройка и управление осуществляется централизованно на беспроводных контроллерах, расположенных в вычислительном центре. В типовой же модели беспроводные контроллеры находятся каждый на своем участке. Весь беспроводной пользовательский трафик обрабатывается локально на участках, исключая таким образом возможность возникновения узких мест.

Рисунок 2. Централизованная модель развертывания Motorola

Централизованная модель может быть расширена до 4096 удаленных участков, где на каждом участке может быть до 64 независимых точек доступа с двумя радио и до 24 независимых точек доступа с одним радио.

Точки доступа на каждом удаленном участке связываются с беспроводными контроллерами в вычислительном центре через частную глобальную сеть или службу MPLS. Для дальнейшей оптимизации пропускной способности глобальной сети, одна их точек доступа, выбранная на каждом участке, поддерживает связь с централизованным беспроводным контроллером. Эта точка (менеджер домена RF) отвечает за распределение образов прошивки, сбор статистики и выполнение SMART RF вычислений на карьере.

Независимые точки доступа также могут осуществлять полный контроль за участком в случае падения глобальной сети. Каждая из этих точек способна предоставлять услуги AAA, DHCP, брандмауэра, WIPS и WIDS служб на участке. В отличии от решений конкурентов, падение глобальной сети не ограничит беспроводные услуги или защищенность удаленного участка [5].

Таким образом, получив представление о функциональных требованиях интеллектуальных беспилотных систем, а также познакомившись с архитектурой существующих индустриальных беспроводных сетей, рассмотрим подробнее состояние дел на Ломоносовском ГОК, в части использования им АСУ ГТК Wenco и беспроводной сети передачи данных MOTOMESH Solo.



Глава 2. Исследование АСУ ГТК и БСПД на Ломоносовском ГОК

В 2012 году на Ломоносовском ГОК была внедрена АСУ ГТК от компании Wenco, признанного лидера в разработке, внедрении и сопровождении компьютеризированных систем мониторинга и управления горным и транспортным оборудованием на карьерах.

Структурно можно выделить следующие комплексы задач АСУ ГТК Wenco:

· контроль и управление горным и транспортным оборудованием в режиме реального времени,

· высокоточное позиционирование горного оборудования,

· мониторинг и контроль движения руды и вскрыши,

· управление заправками, мониторинг и учет расхода топлива,

· мониторинг технического состояния и обслуживания горного и транспортного комплекса,

· база данных и система отчетности,

· обеспечение безопасности движения.

На рисунке 3 изображена структурная схема АСУ ГТК на Ломоносовском ГОК. Как видно на схеме, всего в АСУ ГТК Wenco выделяется 11 функциональных подсистем:

· бортовое оборудование с подключенными к бортовому компьютеру Octagon антеннами MESH, GPS/ГЛОНАСС, различными датчиками и установленным на нем программным обеспечением MDT5,

· серверное оборудование, отвечающее за ведение базы данных и обмен данными со смежными системами,

· терминал MST, осуществляющий контроль и управление горным и транспортным оборудованием в режиме реального времени,

· маркшейдерско-геологическая служба, отвечающая за ведение/отслеживание контуров и движения горных масс,

· автоматизированное рабочее место диспетчера, осуществляющего мониторинг карьера в режиме реального времени и составление отчетов,

· отдел управления предприятием, в ведении которого находится производственная отчетность,

· обогатительная фабрика, обеспечивающая контроль и управление рудопотоками в режиме реального времени,

· автобаза, осуществляющая мониторинг эксплуатации автосамосвалов и расхода топлива,

· цех по ремонту, контролирующий техническое состояние оборудования,

· сервисная служба АСУ ГТК, отвечающая за ведение базы данных, а также

· базовая станция RTK, выполняющая коррекцию координат по GPS/ГЛОНАСС.

Рисунок 3. Схема АСУ ГТК на Ломоносовском ГОК

Данные в АСУ ГТК Wenco передаются между подсистемами по протоколу UDP с использованием протокола SOAP. Список параметров, передаваемых бортовым оборудованием, включает текущую скорость оборудования, его статус, обороты двигателя, показания датчика уровня топлива, моточасы, вес груза, статус загрузки самосвала, положение кузова и другие [6].

В качестве беспроводной сети передачи данных на Ломоносовском ГОК используется технология MOTOMESH Solo, архитектура которой описана в главе 1 данной работы. Из аппаратных средств на карьере используются интеллектуальные точки доступа (IAP6300), беспроводные маршрутизаторы (MWR6300) и беспроводные модемные карты (MWC6300), встроенные в бортовые компьютеры Octagon. Данные из сети Motorola попадают в основную сеть предприятия через интеллектуальные точки доступа, которые подключены к центральному узлу связи через интерфейс Ethernet.

На рисунке 4 показано расположение базовых станций Motorola на карте карьера. Это базовые станции MWR-1, IAP-2, IAP-3, IAP-4, MWR-5, MWR-6, MWR-7, IAP-8, MWR-9 и MWR-10. Следует заметить, что рельеф местности на карьере постоянно меняется, что требует своевременной установки дополнительного сетевого оборудования. Так, например, базовая станция IAP-2 имеет секторную антенну с углом 120 градусов, направленную внутрь Архангельской трубки. Установлена она была по той причине, что по мере проведения экскаваторной выемки в Архангельской трубке, в ней образовалась слепая зона, которая не попадала в зону покрытия базовой станции MWR-6.



Рисунок 4. Расположение базовых станций на карте Ломоносовского ГОК

При оценке канала связи на предмет его пропускной способности, первым и наиболее важным показателем считается мощность сигнала на входе приемника или отношение сигнал-помеха. Среди факторов, влияющих на мощность сигнала, можно выделить мощность передатчика, потери на трассе, усиление передающей антенны, пространственные потери, а также усиление антенны приемника.

Для мощности сигнала на входе приемника справедливо отношение:

, где: (1)

Pr - мощность сигнала на входе приемника (дБм),

Pt - мощность сигнала на выходе передатчика (дБм),

Gt - усиление на входе приемника (дБм),

Lp - потери на трассе (дБ),

Ls - пространственные потери (дБ),

Gr - усиление на выходе передающей антенны (дБи).

В свободном пространстве, пространственные потери могут быть найдены по формуле:



, где: (2)

d - расстояние (м),

л - длина волны (0.125 метров на частоте 2.5 ГГц).

Модель распространения радиоволн в свободном пространстве не учитывает энергетические потери, связанные с взаимодействием электромагнитных волн и окружения распространения. Это взаимодействие может быть измерено с помощью следующего отношения, использующего показатель потерь на трассе или индекс затухания сигнала:

, где: (3)

PL - общие потери на трассе (дБ),

PL₀ - потери на трассе на эталонном расстоянии d₀ (дБ),

d - расстояние (м),

d₀ - эталонное расстояние, как правило, равное 1 км,

г - показатель потерь на трассе,

X_g - нормальная случайная величина, отражающая затухание сигнала, вызванное замираниями (дБ).

Показатель потерь на трассе г - это эмпирическая константа, принимающая значения от 2.0 для свободного пространства и до 4.0 или 5.0 для систем сотовой связи [4].

Разработка приложения MeshRadar

Для нахождения среднего значения затухания сигнала на эталонном расстоянии, необходимого для расчета зоны покрытия по формуле (1), мной было принято решение разработать специальное программное обеспечение.

Программа MeshRadar была написана мной на языке программирования C# в среде разработки Visual Studio 2015. Это консольное приложение, которое принимает в качестве входных параметров IP-адрес базовой станции, учетные данные для доступа к базе данных Wenco, а также количество итераций опроса, которые необходимо проделать.

Программа способна опрашивать базовые станции типа IAP6300 и MWR6300 по протоколу SNMP и получать от них перечень подключенных в настоящее время абонентских устройств, их уровне сигнала и количестве прыжков, связывающих их с данной базовой станцией.

Зная IP-адреса абонентских устройств, программа обращается к серверному программному обеспечению системы Wenco по протоколу SOAP и определяет текущее местоположение оборудования в локальных координатах. После этого выполняется преобразование локальных координат в географические с использованием коэффициентов преобразования из базы данных Wenco.

Сопоставив местоположение оборудования с данными об уровне сигнала и количестве прыжков, программа записывает в CSV файл строку следующего содержания:

<Широта>;<Долгота>;<Высота>;<Уровень сигнала>;<Кол-во прыжков>

Программа выполняет указанное пользователем количеством итераций опроса, после чего завершает работу. Интервал между итерациями составляет 1 секунду.

Исходный код программы представлен в приложении А данной работы.

Разработка приложения CoverApp

Для визуализации покрытия сети мной было разработано специальное графическое приложение, позволяющее отображать на карте Ломоносовского ГОК метки базовых станций и зоны их покрытия, рассчитанные аналитическим методом. Кроме того, программа позволяет визуализировать записи об уровне сигнала в различных участках карты, полученные на предыдущем этапе. Каждая запись отображается на карте в виде точки с заливкой соответствующего цвета (от черного для уровня сигнала -100 дБ и до зеленого для уровня сигнала -50 дБ и выше).

Программа была написана на языке программирования C# в среде разработки Visual Studio 2017 с использованием библиотек Windows Forms, GMap.NET и Proj.NET.

Интерфейс программы состоит из панели настроек (слева) и панели карты (см. рис. 5).

Рисунок 5. Интерфейс программы CoverApp

В панели настроек отображается список базовых станций, предопределенный в исходном коде программе. Для каждой базовой станции можно указать ее имя, географические координаты, среднее значение затухания сигнала на эталонной дистанции, а также скрыть или показать ее метку на карте. В верхней части панели настроек располагается регулятор максимального количества прыжков. Записи об уровне сигнала с количеством прыжком больше заданного не будут показаны на карте.

Под регулятором максимального количества прыжков находится кнопка импорта записей, по нажатию на которою откроется выпадающий список с именами базовых станций. Выбрав нужную базовую станцию, пользователь может импортировать файл формата CSV с записями об уровне сигнала с указанной станции, полученный на предыдущем этапе. На рисунке 6 показано, как на карте отображаются записи об уровне сигнала после импорта их из CSV-файла.

Рисунок 6. Отображение записей об уровне сигнала на карте в CoverApp

По завершению импорта программа автоматически изменит среднее значение затухания сигнала на эталонном расстоянии. Алгоритм нахождения среднего значения затухания сигнала выглядит следующим образом: в цикле проходим по каждой записи с количеством прыжков равным единице, где расстояние от точки до базовой станции лежит в интервале от 0.75 до 1.25 километров. Для каждой записи по формуле (1) находим расчетное значение мощности сигнала на входе приемника в данной точке без учета потерь на трассе. Разница между расчетной и фактической мощностью сигнала на входе приемника эквивалентна потерям на трассе для конкретного случая. Таким образом, поделив сумму разностей между расчетной и фактической мощностью сигнала для каждой записи на количество просмотренных записей, получим среднее значение затухания сигнала на эталонном расстоянии 1 километр.

Зная среднее значение затухания сигнала для базовой станции, можем построить на карте зону ее покрытия. Для этого, перебирая значение расстояния до базовой станции в интервале от 5 до 5000 метров с шагом 5 метров, найдем пороговые значения расстояния, при которых достигаются мощности сигнала на входе приемника -70, -65, -60, -55 и -50 дБм соответственно. Эти расстояния отображаются на карте в виде окружностей разного цвета вокруг базовой станции.

Исходный код программы представлен в приложении Б данной работы.

Таким образом, разработав приложения для анализа уровня сигнала в зависимости от местоположения оборудования, а также приложение для визуализации зоны покрытия беспроводной сети, я получил все необходимые инструменты для оценки готовности Ломоносовского ГОК к внедрению интеллектуальной беспилотной системы.



Глава 3. Оценка готовности Ломоносовского ГОК к внедрению ИБС

В приложении MeshRadar было сделано две тысячи итераций опроса базовых станций, в результате чего получилось опросить базовые станции MWR-1, MWR-5, MWR-6 и MWR-10, что в среднем дало около 1500 записей об уровне сигнала с каждой базовой станции.

Полученные файлы в формате CSV были последовательно импортированы в программу CoverApp. Здесь и далее считаем, что минимальная мощность сигнала на входе приемника для гарантированной передачи пакетов равна -70 дБ.

Рисунок 7. Визуализация записей об уровне сигнала с БС MWR-1



Рисунок 8. Визуализация записей об уровне сигнала с БС MWR-5

Рисунок 9. Визуализация записей об уровне сигнала с БС MWR-6



Рисунок 10. Визуализация записей об уровне сигнала с БС MWR-10

Для каждой базовой станции программой было найдено среднее значение затухания сигнала на эталонной дистанции. Для тех базовых станций, опросить которые не удалось, среднее значение затухания было получено как сумма значений для БС MWR-1, MWR-5, MWR-6 и MWR-10 деленная на 4.

После этого методом подбора расстояния от базовой станции были определены расчетные зоны покрытия для мощностей сигнала -70, -65, -60, -55 и -50 дБ.

Результаты представлены в таблице 2.

БС	Ср. зн-е затух-я, дБ	Расстояние до базовой станции в зависимости от мощности сигнала, м
		-70 дБм	-65 дБм	-60 дБм	-55 дБМ	-50 дБм
MWR-1	21.8	450	335	250	190	140
MWR-5	23.01	420	315	235	175	130
MWR-6	14.6	680	510	380	285	215
MWR-10	29.69	285	210	160	120	90
…	22.28	435	325	245	180	135

Таблица 2. Средние значения затухания сигнала и расчетные зоны покрытия базовых станций

Совместив все записи об уровне сигнала и базовые станции на карте в программе CoverApp, получим приблизительную карту покрытия беспроводной сети на Ломоносовском ГОК (см. рис. 11).

Рисунок 11. Карта покрытия беспроводной сети на Ломоносовском ГОК

Как видно на рисунке, самый слабый уровень сигнала согласно аналитическим расчетам, наблюдается на дороге от трубки имени Карпинского-1 до отвала пустых пород №2 (между базовыми станциями IAP-4 и MWR-7). Это подтверждается данными, полученными непосредственно с базовых станций: мощность сигнала в этой местности в среднем колеблется от -100 до -90 дБм.

Кроме того, есть несколько базовых станций, которые не используются или согласно аналитическим расчетам используются не оптимально: это БС MWR-10, MWR-9 и IAP-8, расположенная на отдалении в восточной части карьера.

Таким образом, без модернизации беспроводной сети передачи данных, в том или ином виде, обеспечить функционирование беспилотных автосамосвалов на Ломоносовском ГОК не представляется возможным.

В качестве временного решения проблемы можно предложить установить новую базовую станцию в месте, отмеченном на карте желтым цветом (см. рис. 12). Это позволит устранить одну из слепых зон на Ломоносовском ГОК, но в полной мере не решит задачу обеспечения гарантированности передачи данных.

Стоит так же учитывать, что аналитическая формула, использованная при расчете зон покрытия, не отражает реальной картины на карьере, так как не берет в расчет потери сигнала, связанные с рельефом местности. В будущем для учета данных факторов могут быть использованы модели распространения радиосигнала Лонгли-Райса и специализированное программное обеспечение (SPLAT! и другие).

Рисунок 12. Предполагаемое расположение новой БС на карте в CoverApp



Заключение

В ходе проделанной работы ознакомился с существующими интеллектуальными беспилотными системами и индустриальными мультифункциональными сетями четвертого и пятого поколения.

Исследовал АСУ ГТК и беспроводную сеть передачи данных на Ломоносовском ГОК.

Разработал приложения для анализа и визуализации покрытия сети MOTOMESH Solo.

Сделал выводы о готовности Ломоносовского ГОК к внедрению интеллектуальной беспилотной системы, а также предложил решение, способное улучшить качество связи.

интеллектуальный беспилотный компьютеризованный карьер



Список литературы

[1] Современные системы управления горно-транспортными комплексами [Текст] / К.Н. Трубецкой, А.А. Кулешов, А.Ф. Клебанов, Д.Я. Владимиров. - Санкт-Петербург: НАУКА, 2007.

[2] Cat Command for Hauling [Электронный ресурс] / Caterpillar. - 2013. - Режим доступа: http://s7d2.scene7.com/is/content/Caterpillar/C10338825, свободный.

[3] Mesh Networks. Delivering IP-based Seamless Mobility in Municipal and Ad-Hoc Wireless Networks [Электронный ресурс] / Motorola, Inc. - 2006. - Режим доступа: http://www.motorola.com/innovators/pdfs/mesh-ntwks-wp-7.24.06.pdf, свободный.

[4] MEA 3.1 Guidelines for Network Deployment [Электронный ресурс] / Motorola, Inc. - 2005. - Режим доступа: http://meshsupport.motorolasolutions.com/Documents/Download/453, свободный.

[5] WING 5.X How-To Guide. Centralized Deployments [Электронный ресурс] / Motorola Solutions, Inc. - 2013. - Режим доступа: http://documentation.extremenetworks.com/ExtremeWireless/WING_5.X_CENTRALIZED_DEPLOYMENTS_HTG_TME-02-2013-07_REVD_EN.pdf.

[6] Автоматизированные системы управления "Wenco" для карьеров [Электронный ресурс] / Wenco International Mining Systems. - 2015. - Режим доступа: http://rit-it.ru/wp-content/uploads/2016/03/WENCO-SYSTEM-OVERVIEW-2015.pdf, свободный.



Приложение А

Класс	Описание
Coordinates	Вспомогательный класс для преобразования координат
CoreService	Класс содержит функции получения координат оборудования с серверного ПО Wenco
DataMining	Класс обрабатывает данные с серверного ПО и базовых станций и создает файл формата CSV
equip	Класс объекта "оборудование"
getipnettable	Вспомогательный класс для получения IP- и MAC-адресов сетевых устройств
myexception	Пользовательский тип исключения
Program	Класс содержит точку входа приложения
snmpworker	Класс содержит функции опроса базовых станций по SNMP

Таблица 1. Список классов в исходном коде программы MeshRadar



Приложение Б

Класс	Описание
BaseStation	Класс объекта "базовая станция"
CoordinateConveter	Вспомогательный класс для преобразования координат
Entry	Класс объекта "запись об уровне сигнала"
Form1	Класс основного окна приложения
Program	Класс содержит точку входа приложение
UTMPoint	Класс объекта "точка в системе UTM-координат"

Таблица 1. Список классов в исходном коде программы CoverApp

const int TRANSMIT_POWER = 23;

const int TRANSMIT_ANTENNA_GAIN = 8;

const int RECEIVE_ANTENNA_GAIN = 2;

const int DISTANCE_DELTA = 250;

double GetMeanPathLoss(BaseStation baseStation, List<Entry> entries) {

double pathLossSum = 0;

int entryCount = 0;

for (int i = 0; i < entries.Count; ++i) {

Entry entry = entries[i];

if (entry.HopCount > 1) {

continue;

}

double d = GetDistance(baseStation.PointLatLng, entry.PointLatLng);

if (Math.Abs(d - REFERENCE_DISTANCE) > DISTANCE_DELTA) {

continue;

}

pathLossSum += GetReceivePower(d) - entry.SignalStrength;

++entryCount;

}

return pathLossSum / entryCount;

}

double GetReceivePower(double d, float pl0 = float.NaN) {

float pt = TRANSMIT_POWER;

float gt = TRANSMIT_ANTENNA_GAIN;

float gr = RECEIVE_ANTENNA_GAIN;

float n = 2;

double lp = float.IsNaN(pl0) ? 0 : pl0 + 10 * n * Math.Log10(d / REFERENCE_DISTANCE) + 0;

double ls = 20 * Math.Log10(4 * Math.PI * d / 0.125);

return pt + gt - lp - ls + gr;

}

double GetDistance(PointLatLng p1, PointLatLng p2) {

GeoCoordinate c1 = new GeoCoordinate(p1.Lat, p1.Lng);

GeoCoordinate c2 = new GeoCoordinate(p2.Lat, p2.Lng);

return c1.GetDistanceTo(c2);

}

Листинг 1. Часть исходного кода программы CoverApp, отвечающая за вычисление среднего значения затухания сигнала (класс Form1)

Размещено на Allbest.ru