Диссертация (Проектирование устройств автономного электропитания сенсорной телекоммуникационной системы мониторинга состояния газотранспортных сетей), страница 18

Затем, для сравнения разработанногоалгоритма заряда аккумулятора, был предложен эксперимент, заключающийся в-140сравнении его эффективности с существующими коммерческими аналогами.Первоначально аккумуляторы были подзаряжены предложенным устройством(образец 1) и коммерческим контроллером заряда (образец 2).Рисунок 4.11 - Модель разработанного устройства заряда аккумулятораВ качестве аккумулятора, как было написано выше, был выбран никельметалл-гидридный аккумулятор модели GP T02 (рисунок 4.12), так какпроведенный в первой главе анализ показал наилучшее соответствие рабочиххарактеристик данного типа аккумуляторов предполагаемым режимам работыустройства при его использовании в составе системы мониторинга состоянияГТС.Рисунок 4.12 - Никель-металл-гидридный аккумулятор модели GP T02Затем проводились два тестовых разряда на одинаковую нагрузку данногоаккумулятора: заряженного от разработанного устройства (образец 2) сиспользованием предложенных алгоритмов, а затем от разработанного устройства-141с использованием стандартных алгоритмов (образец 1).

После выполнения 7подобных экспериментов было проведено сравнение полученного времениразряда, результаты которого представлены на Рисунке 4.13.Таким образом, можно заметить, что в случае заряда аккумулятора сиспользованиемпредложенногоустройствавремяавтономнойработыувеличилось в среднем на 5-7 %, что свидетельствует и об увеличении отдаваемойаккумулятором энергии.Рисунок 4.13 Сравнение времени разряда NiMH аккумулятораПроверка алгоритма управления электропитаниемДляоценкиэнергоэффективностипредложенногоалгоритмафункционирования устройства электропитания, а в частности – приемопередающего узла – был проведен следующий эксперимент.Была развернута беспроводная телекоммуникационная сеть, состоящая издесяти приемо-передающих модулей OD-RF Module (рисунок 4.14), в которыебыл предварительно записан разработанный в третьей главе алгоритм работы.Согласно рассчитанному ранее требуемому расстоянию между сенсорными-142модуля за дистанцию было взято 50 метров.

Также в программу был заложенсинхронизированный выход модулей в эфир с интервалом в 10 минут.Рисунок 4.14 - Приемо-передающий модель OD-RF ModuleДля имитации случайно возникающих аппаратных сбоев периодическиотключалось до 5 последовательных модулей. В качестве контролируемыхпараметров были выбраны: напряжение на аккумуляторе (В) и энергопотреблениемодуля (А). Эксперимент состоял из нескольких этапов:1. сиспользованиемразработанныхалгоритмовуправленияэнергопотреблением модуля;2.

применение стандартного алгоритма приемо-передачи;3. с питанием от поликристаллической солнечной панели и ветрогенераторас вертикальной осью вращения.Результаты проведенного эксперимента представлены на рисунке 4.14 а – дляизменения напряжения, на рисунке 4.14 б – для среднего энергопотреблениямодуля без учета режима ожидания (сна).-143-(а)2520151050Iср, мА117,7225(б)Рисунок 4.14 - Результаты анализа времени работы модуля и егоэнергопотребленияЭнергопотребление разработанного устройства в различных режимах работыпредставлено на рисунке 4.15.-144-Рисунок 4.15 - Циклограмма энергопотребления БП.Сравнение проводилось для трех случаев: стандартный алгоритм передачи,заложенный протоколом WirelessHart; разработанный алгоритм, позволяющийизменять мощности передатчика в зависимости от получателя сообщения дляпередачи следующему и через 4 беспроводных модуля.

Полученный результатподтверждает снижение энергопотребления на 30 %.Таким образом, можно сделать выводы, что применение разработанногоалгоритма:1.Дало возможность продлить время автономной работы устройства всреднем на 32 %, что в дальнейшем при разработке устройства электропитаниядля БСТС позволит либо применять аккумулятор меньшей емкости для сниженияобщей стоимости устройства, либо обеспечить достаточное время автономнойработы даже с учетом старения и деградации аккумуляторного элемента подвоздействием факторов окружающей среды.2.Способствовалоснижениюпотребляемоймощностиприемо-передающего узла более, чем на 30 %, что значительно увеличит времяавтономной работы устройства, а также, за счет этого, повысит надежность-145функционирования БСТС, особенно в ночное время и безветренную погоду, когдавыработка энергии солнечной панелью и ветрогенератором становится крайнеограниченной.4.4ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4На основе предложенного метода, математических моделей и алгоритмов вданной главе была разработана методика проектирования автономных устройствэлектропитаниясенсорнойтелекоммуникационнойсистемымониторингасостояния газотранспортных сетей.Проведеныэксперименты,подтверждающиеповышениеэнергоэффективности и надежности БСТС при ее проектировании с учетомразработанных метода, моделей и алгоритмов.-146ЗАКЛЮЧЕНИЕПри решении задач, поставленных в диссертационной работе, былиполучены следующие результаты:1.Проведен обзор состояния предметной области и, исходя изособенностейсенсорнойфункционированияавтономныхтелекоммуникационнойустройствсистемыэлектропитаниямониторингасостояниягазотранспортных сетей и предъявляемых к ним требованиям, поставлена научнаязадача исследования.2.областиНа основании сравнительного анализа существующих решений виспользованияавтономныхисточниковэнергиипредложенырекомендации по их использованию для автономных источников энергииустройствэлектропитаниясенсорнойтелекоммуникационнойсистемымониторинга состояния газотранспортных сетей.3.Предложенметодпроектированияустройствэлектропитанияэлементов беспроводной сенсорной сети с применением альтернативныхисточников энергии, позволяющий учесть влияние географического положения иметеорологических факторов.4.Предложенаматематическаямодельавтономнойсистемыэлектропитания, позволяющая исследовать распределение потоков энергии отисточников к нагрузке, и разработан алгоритм обеспечения требований понадежности, который позволяет в процессе проектирования учесть особенноститопологиииалгоритмафункционированиябеспроводнойсенсорнойтелекоммуникационной сети, а также схемотехнических решений ее компонентови параметров безотказности канала передачи данных.-147-5.Разработанкомплексалгоритмовфункционированиямодулясенсорной телекоммуникационной сети, в частности:- алгоритм передачи данных мониторинга состояния ГТС, позволяющийуправлять мощностью передатчика в зависимости от изменений в топологиибеспроводной сенсорной телекоммуникационной сети «точка-точка», вызванныхотказами промежуточных модулей;- алгоритм управления электропитанием, учитывающий текущие параметрыисточников электроэнергии для организации бесперебойного функционированиямодуля;- алгоритм управления зарядом аккумулятора с введением контролянесколькихдополнительныхпараметров,чтопозволяетповыситьегоэксплуатационные характеристики;6.моделейПредложена методика, которая на основе разработанных метода,иалгоритмовпозволяетпроектироватьэнергоэффективныебеспроводные сенсорные телекоммуникационные системы за счет разработкиадаптивных устройств автономного электропитания их модулей.7.Проведена апробация и экспериментальная проверка результатовработы на примере исследования разработанного устройства автономногоэлектропитания и беспроводной телекоммуникационной системы.8.Результаты диссертационной работы внедрены в промышленность иучебный процесс вузов.-148-СПИСОК СОКРАЩЕНИЙАКБ – аккумуляторная батарея;БМ – беспроводной модуль;БСТС – беспроводная сенсорная телекоммуникационная система;ВГ – ветрогенератор;ВИЭ – возобновляемые источники энергии;ГТС – газотранспортная система;ДУМ – датчик утечки метана;ЕСГ – Единая система газоснабжения;КЗА – контроллер заряда аккумулятора;КПД – коэффициент полезного действия;КРН - коррозионное растрескивание под напряжением;КС – компрессорная станция;ЛУ – линейный участок;МГ – магистральный газопровод;МПМ – магнитопорошковый метод;МЭК – международная электротехническая комиссия;ПК – программный комплекс;ПО – программное обеспечение;ППУ – приемо-передающее устройство;ПС – программное стредство;СП – солнечная панель;ССН – структурная схема надежности;СУЭП – система управления электропитанием;-149СЧ – составные части;СЭП – система электропитания;ТЗ – техническое задание;УАЭ – устройство автономного электропитания;ЧРВ – часы реального времени;ШИМ - широтно-импульсная модуляция;ЭРИ – электрорадиоизделие;ЭРЭ – электрорадиоэлементы;ЭХЗ – электрохимическая защита.-150СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.A.E.Salama.

Fault analysis and parameter tuning in analog circuits. Ph. D.dissertation, Mc Master Uniwersitety, Hamilton, Ont., Canada, 1983.2.Bercowitz R.S., Wexelblat R.L. Statistikal considerations in element valuesolutions. - IRE Trans. on Militery Electronics, 1962, vol. 6, July, p. 282-289.3.J. Courbata, D. Brianda, J. Wöllensteinb, N.F. de Rooija. Colorimetric gassensors based on optical waveguides made on plastic foil // Proceedings of theEurosensors XXIII conference. 2009г.4.Mark Nixon A Comparison of WirelessHART™ and ISA100.11a.