Технические науки/6.Электротехника и радиоэлектроника

Мехтиев А.Д.. Нешина Е.Г., Алькина А.Д., Алиакпаров С. Е.,

Жумабеков Д. М., Оспанов А. А., Баландин В.С., Мади П.Ш.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Краткий сравнительный анализ эффективности использование сенсорной сети в горнодобывающей промышленности для мониторинга персонала и технологического оборудования

Сенсорные сети представляют собой распределенное в пространстве множество датчиков и исполнительных устройств, объединенных между собой посредством радиоканала. Применение беспроводной связи для сбора данных актуально во многих прикладных задачах, например: автоматический съем показаний квартирных счетчиков; системы мониторинга в промышленной и домашней автоматизации; мониторинг состояния несущих конструкций зданий и сооружений и т.д. Сенсорная сеть способна выполнять сбор, обработку и передачу информации с высокими требованиями по автономности, надежности, масштабируемости и распределенности сети. Основные преимущества сенсорных сетей: оперативность и экономичность развертывания; простота установки и обслуживания; длительная автономная работа; отказоустойчивость и надежность в жестких условиях эксплуатации; ремонтопригодность в местных условиях; широкая область применения. Сенсорные сети уже используются во многих странах для определения местоположения подвижных узлов, в том числе и в нашей стране.

Нашей целью является внедрение сенсорной сети в горнодобывающую промышленность, где нужен постоянный мониторинг персонала и оборудования из-за присутствия повышенной опасности обвалов и взрывов. Актуальностью внедрения сенсорных сетей в различные сферы промышленности и человеческой деятельности является создание надежной и дешевой системы сбора данных, и определения локального местоположения, что позволит своевременно получать информацию, избегать и предупреждать аварийные ситуации и проводить быстрый поиск людей в аварийных ситуациях. Подобные сети не нуждаются в дорогостоящем обслуживании, а при нынешних темпах развития технологий производства, оборудование для них с каждым годом дешевеет. Наша сеть является интеллектуальной, что дает ей возможность проводить обработку поступившей информации на ранних этапах сбора данных, экономя при этом время и деньги. Сенсорные сети имеют широкий спектр применения и могут быть внедрены в любую сферу человеческой жизни.

В сравнении с другими беспроводными технологиями, сенсорные сети имеют ряд преимуществ. Если такие технологии как Wi-Fi и Wimax не уступают в скорости передачи данных, а в некоторых случаях даже превосходят сенсорные сети, то затраты на обслуживание этих технологий в несколько раз больше. Сетям Wi-Fi и Wimax требуются дополнительные источники питания, дорогое техническое обслуживание, а также плата за предоставление услуг. Сенсорные сети имеют автономные источники питания, которых хватает в среднем на 5 лет, и просты в обслуживании, что значительно снижает эксплуатационные затраты. На рисунке 1 представлен график, где указаны сравнительные затраты на покупку оборудования, установку и обслуживание для большого предприятия для технологий Wi-Fi, Wimaх и сенсорных сетей.

Также установка Wi-Fi и Wimax оборудования неудобна в таких местах как шахты, так как антенны и другое оборудование имеют большие размеры и требуют прокладки дополнительных кабелей для питания и передачи данных на сервер. На рисунке 2 представлен сравнительный графикитоговых эксплуатационных затрат за 10 лет для технологий Wi-Fi, Wimaхи сенсорных сетей.

Мы планируем развернуть одну большую сеть в рамках предприятия, которая будет включать в себя несколько подсетей. Каждая такая подсеть будет выполнять определенную задачу: мониторинг шахтного оборудования; своевременное оперативное оповещение всех работающих об аварийных ситуациях, определение локального местоположения персонала и поиск застигнутых аварией людей; обеспечение персонала горных предприятий надежной и качественной оперативной связью на всем протяжении выработок в подземных условиях.

Рисунок 1 - Сравнение годовых эксплуатационных затрат

Рисунок 2 - Итоговые эксплуатационные затраты за 10 лет

Сенсорная сеть состоит из мобильных и стационарных приемопередатчиков, маршрутизаторов и сервера, которые будут охватывать всю территорию предприятия. Каждый мобильный передатчик, осуществляющий мониторинг оборудования или определяющий местоположение персонала, будет пересылать информацию по радиочастоте на стационарный приемопередатчик. Со стационарных приемопередатчиков информация по проводной системе будет поступать на маршрутизаторы, которые в свою очередь будут пересылать данные по оптоволокну на центральный сервер, расположенный в диспетчерской, где и будет производиться сбор, обработка и хранение информации. Принцип работы нашей сети изображен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Принцип работы сенсорной сети

Рисунок 4 – Сравнение скорости передачи данных

Для обеспечения беспрерывной передачи данных и более точной информации в “жизненно важных” узлах будет установлено по 2 приемопередатчика. Основу работы нашей сенсорной сети будут составлять приемопередатчики NanoLOC, разработанные берлинской компанией Nanotron. Сеть, построенная на приемопередатчиках NanoLOC, имеет лучшие параметры в сравнении с аналогами.

Литература:

1. Мехтиев А.Д., Нешина Е.Г. Применение сенсорных сетей для мониторинга и локального отпределения местоположения в промышленности . VII Научно-практическая конференция «Информационно-измерительная техника и технологии» г. Томск, 25-26 мая 2016г. – С.404-411.