CC BY
114
МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА METROLOGY AND INFORMATION-MEASURING DEVICES
Ураксеев М.А. Urakseev М.А.
доктор технических наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника» ФГБОУ ВО «Уфимский
государственный авиационный технический университет», Россия, г. Уфа
Левина Т.М. Levina Т.М.
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Общенаучные дисциплины» филиала ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», Россия, г. Салават
Шамаев Ф.Ф. Shamaev F.F.
магистрант, филиал ФГБОУ ВО «Уфимский
государственный нефтяной технический университет», Россия, г. Салават
Кулябин А.С. Kuliabin A.S.
студент, филиал ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», Россия, г. Салават
УДК 321.3.08
РАЗРАБОТКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ УЧЕТА, МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В СУБД С WEB-ИНТЕРФЕЙСОМ
В статье рассматриваются волоконно-оптические системы на эффекте Фарадея. Данные системы лишены недостатков традиционных (электромагнитных) измерительных систем. Они могут своевременно проводить прогнозирование работы высоковольтного оборудования для предотвращения возможных аварий и сбоев в работе оборудования на предприятиях нефтегазового комплекса. Эффект Фарадея, используемый в чувствительном элементе системы, заключается в том, что при прохождении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света, зависящее от величины напряженности магнитного поля. Волоконно-оптические измерительные системы могут быть построены по принципу интеллектуальной системы, путем добавления нейронного датчика в структурную схему. Нейронный датчик обрабатывает данные по количеству полученной потребителем электроэнергии, для дальнейшего регулирования электроэнергии, отдаваемой поставщиком. Использование нейронных датчиков в волоконно-оптических системах создает потребность в формировании системы управления базами данных (СУБД) с web-интерфейсом. При проектировании СУБД с web-интерфейсом для волоконно-
оптических систем учета, мониторинга и прогнозирования работы высоковольтного оборудования были поставлены следующие задачи: обеспечить обработку, хранение и выдачу информации о контролируемом оборудовании на предприятии; улучшить контроль качества и управление над производством продукции; определять техническое состояние оборудования, предупреждать аварии, повышать эффективность ремонтов и уменьшать число необоснованных планово-предупредительных ремонтов оборудования на предприятии. В статье рассмотрено программное обеспечение для реализации СУБД, такое как: PHPMyAdmin (клиент, позволяющий редактировать базу данных напрямую), Apache (виртуальный сервер), MySQL (система для создания и хранения базы данных на сервере), Django (Фреймворк для описания базы данных, подключения к интерфейсу и другим сервисам). СУБД позволит производить учет, мониторинг и прогнозировать ресурс работы высоковольтного оборудования. В дальнейшей перспективе волоконно-оптические системы могут взаимодействовать с технологией SmartGrid.
Ключевые слова: волоконно-оптическая система, эффект Фарадея, интеллектуальная система, нейронный датчик, база данных, система управления базами данных, web-интерфейс, PHPMyAdmin, MySQL, Apache, Django, SmartGrid.
DEVELOPMENT OF FIBER-OPTIC SYSTEMS FOR RECORDING, MONITORING AND FORCAST OF HIGH-VOLTAGE EQUIPMENT OPERATION IN DBMS WITH WEb-INTERFACE
The article deals with the fiber-optic system on the Faraday effect. These systems do not have the drawbacks of traditional (electromagnetic) measuring systems. They can work in a timely manner to carry out forecasting of high voltage equipment to prevent possible accidents and malfunctions of equipment for oil and gas companies. Faraday effect is used in the sensor system is that when a linearly polarized light through an optically inactive substance in a magnetic field, there is a rotation of the plane of polarization of light, depending on the magnitude of the magnetic field strength fiber-optical measuring system can be built on the principle of intelligent system by adding a sensor into the structural neuronal circuitry. Neural processes sensor data on the number of electricity produced by the consumer, to further regulate the electricity supplier given up. Using neural sensors in optical fiber systems create the need for the creation of a database management system (DBMS) with a web-interface. When designing a database with a web-interface for optical fiber systems of accounting, monitoring and forecasting of high-voltage equipment, were as follows: to provide handling, storage and delivery of information on the controlled equipment in the enterprise; improve quality control and management of the production of products; determine the technical condition of the equipment, to prevent accidents, improve the efficiency of repairs and reduce the number of unfounded planned - preventive maintenance of equipment at the facility. The article deals with the software to implement the database, such as: PHPMyAdmin (client to edit the database directly), Apache (virtual server), MySQL (the system to create and store the database on the server), Django (The framework for the description of the database, connection to the interface and other services). DBMS will produce accounting, monitoring and operation of high-voltage prognozirovatresurs oborudovaniya. In the longer term fiber-optic system can interact with SmartGrid technology
Key words: Fiber-optic system, Faraday Effect, intelligent system, neural sensor, database, data base management system, web-interface, PHPMyAdmin, MySQL, Apache, Django, SmartGrid.
Для предотвращения возможных аварий и сбоев в работе оборудования на предприятиях нефтегазового комплекса необходимо своевременно проводить прогнозирование работы высоковольтного оборудования.
В последние годы появился новый вид измерительных систем, основанный на волоконно-оптическом методе измерения. Волоконно-оптические системы лишены недостатков традиционных (электромагнитных) измерительных систем, а именно: явлений насыщения, гистерезиса, резонан-
са, остаточного намагничивания. Вместе с тем обладают высокой надежностью функционирования, быстродействием, чувствительностью и малыми габаритами [1-3].
Принцип действия волоконно-оптических систем основан на магнитооптическом эффекте Фа-радея, который заключается в том, что при прохождении линейно поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света, зависящее от величины напря-
женности магнитного поля [4].
Волоконно-оптические измерительные системы могут быть построены по принципу интеллектуальной системы. Для этого в структурную схему волоконно-оптической системы необходимо добавить нейронный датчик, который будет обрабатывать данные по количеству полученной потребителем электроэнергии, для дальнейшего регулирования электроэнергии, отдаваемой поставщиком.
Поставленная задача решается тем, что структурная схема (рисунок 1) содержит нейронный датчик и управляющее устройство. Нейронный датчик обрабатывает полученные данные тока с аналого-цифрового преобразователя, после чего данные поступают в управляющее устройство, которое осуществляет регулирование тока, все данные отображаются на жидкокристаллическом индикаторе.
Устройство работает следующим образом. При протекании электрического тока I по проводнику 5 создается контролируемое магнитное поле напряженностью H. Это поле воздействует на элемент Фарадея (скрученное оптическое волокно) 4. Создаваемое лазерным диодом 1 когерентное монохро-
матическое излучение J проходит по соединительному волокну 2, далее попадает в поляризатор 3, где поляризуется в линейно поляризованную световую волну J В элементе Фарадея 4 под действием внешнего магнитного поля происходит вращение плоскости поляризации света, распространяющегося вдоль направления магнитного поля. Световой поток J3 с выхода элемента Фарадея проходит через анализатор 6 и попадает на фотодиод 7, затем на измерительный блок 8, который состоит из усилителя, далее происходит преобразование сигнала в аналого-цифровом преобразователе 9 в цифровой код. Полученные значения контролируемого магнитного поля попадают в нейронный датчик 10, где происходит взаимодействие анализатора данных реального времени 11, среды интеллектуальной измерительной системы 12, интеллектуального преобразователя 13, человеко-машинного интерфейса 14, управления (реагирующая часть) 15. После обработки данных управляющее устройство 16 выполняет действия по регулированию протекающего тока по проводнику 5. На жидкокристаллическом индикаторе 17 получаем значение контролируемого магнитного поля [5].
Рис. 1. Структурная схема интеллектуально-измерительной системы на эффекте Фарадея
Использование нейронных датчиков в волоконно-оптических системах для учета, мониторинга и прогнозирования работы высоковольтного оборудования создает потребность в формировании системы управления базами данных (СУБД) с web-интерфейсом.
При проектировании СУБД с web-интерфей-сом для волоконно-оптических систем учета, мониторинга и прогнозирования работы высоковольтного оборудования были поставлены следующие задачи:
- обеспечить обработку, хранение и выдачу информации о контролируемом оборудовании на предприятии;
- улучшить контроль качества и управление над производством продукции;
- определять техническое состояние оборудования, предупреждать аварии, повышать эффективность ремонтов и уменьшать число необоснованных планово-предупредительных ремонтов оборудования на предприятии.
В таблице (см. стр. 100) приведен список необходимого программного обеспечения и выполняемые функции для реализации СУБД с web-интерфейсом в волоконно-оптических системах для учета, мониторинга и прогнозирования работы высоковольтного оборудования.
Таблица
Функции программного обеспечения
Название Функция
PHPMyAdmin Клиент. Позволяет редактировать базу данных напрямую
Midnight Commander Позволяет управлять и редактировать файлы
Apache Виртуальный сервер
MySQL Система для создания и хранения базы данных на сервере
Django Задачей Фреймворка является описание базы данных, подключение к интерфейсу и другим сервисам
Для работы с базой данных необходим клиент. К примеру, PHPMyAdmin - веб-приложение с открытым кодом, написанное на языке PHP и представляющее собой веб-интерфейс для администрирования СУБД MySQL. PHPMyAdmin позволяет через браузер осуществлять администрирование сервера MySQL, запускать команды SQL и просматривать содержимое таблиц и баз данных. Приложение пользуется большой популярностью у веб-разработчиков, так как позволяет управлять СУБД MySQL без непосредственного ввода SQL команд, предоставляя дружественный интерфейс. На сегодняшний день PHPMyAdmin широко применяется на практике. Последнее связано с тем, что разработчики интенсивно развивают свой продукт, учитывая все нововведения СУБД MySQL. Подавляющее большинство российских провайдеров используют это приложение в качестве панели управления для того, чтобы предоставить своим клиентам возможность администрирования выделенных им баз данных.
Для написания структуры и «подвязки» к базе интерфейса можно использовать различные инструменты: Denwer (Денвер) - набор дистрибутивов (Apache, PHP, MySQL, Perl и т. д.) + программная оболочка, которая использует этот набор для отладки сайтов на «домашней» (локальной) Windows-машине без необходимости выхода в Интернет, Abode Photoshop CS2 - профессиональный графический пакет для работы с растровой графикой. Он понадобится для графического оформления web-проектов и создания привлекательного дизайна. Web-сервер Apache 2.2.8 (альтернатива Internet Information Services, или сокращенно IIS, который интегрирован в операционную систему Windows)
- это сервер, принимающий HTTP-запросы от клиентов, обычно web-браузеров, и выдающий им HTTP-ответы, обычно вместе с HTML-страницей, изображением, файлом, медиапотоком или другими данными. По сути, web-сервер - это программное обеспечение, выполняющее функции web-сервера, как и компьютер, на котором это программное обеспечение работает.
База адаптирована для использования на сервере компании, поэтому первым делом создается виртуальная машина с операционной системой.
В работе базы данных будет осуществляться большое количество запросов, и нужна операционная система с большими возможностями в области связи. Debian является одной из модификаций Linux. Она хорошо проработана со стороны информационных сетей. Также система есть в свободном доступе с постоянной поддержкой разработчиков. Unix-системы менее подвержены вирусам и вредоносным программам за счет хорошей проработки уязвимостей системы. Данная система ставится на сервер. Для разработки проекта можно использовать любую другую машину. Это удобно со стороны мобильности и безопасности сервера в процессе разработки. Когда проект будет готов, его можно будет перенести на серверную систему. Debian занимает примерно 2 Гб свободного места на жестком диске. Это небольшой объем для операционной системы.
Разработанная волоконно-оптическая система для учета, мониторинга и прогнозирования работы высоковольтного оборудования в СУБД с web-интерфейсом содержит несколько таблиц, связанных между собой (рисунок 2).
I mc [a)ex@debian]:~/news... 10,0.2.IS / localhost / alex...
Рис. 2. Структура СУБД в PHPMyAdmin
Для построения структуры использован Фреймворк Django. Это позволяет описать базу данных до мелочей и получить именно такую систему, какой представляет ее себе разработчик. Система
не имеет интерфейса, вся работа осуществляется через консоль. После того как структура прописана в проекте, ее можно запустить на виртуальном сервере (рисунок 3).
Рис. 3. Программа запуска на виртуальном сервере
Для этого использовался Apache. Он создает на машине виртуальный сервер, к которому можно обратиться через браузер. Django также может создать интерфейс для администратора сайта, где задаются права пользователей, редактируется информация, осуществляется выборка.
Одной из особенностей созданной базы должен был стать учет изменений в базе. Для этого были разработаны таблицы со значениями имени пользователя, даты изменяемых данных и host, с которого
был выполнен вход. Запись в эти таблицы осуществляется автоматически при помощи триггеров. Они прописаны в базе MySQl. Это позволяет полностью отслеживать все изменения в таблице.
Немаловажной частью является интерфейс базы. С помощью фреймворка можно создавать представления для Мт1-страниц. Все запросы поступают в базу через запросы на странице. Это может быть поиск, выборка или просто переход на другую страницу. Это становится возможным бла-
годаря виртуальному серверу. Мы можем задать ссылки на страницы, и сервер обработает их в нашей системе.
Разработанная база данных с web-интерфейсом даст большие преимущества перед текущим методом диагностирования [6].
В дальнейшем на базе разработанных волоконно-оптических систем для учета, мониторинга и прогнозирования работы высоковольтного оборудования с web-интерфейсом возможны создания цифровых подстанций, которые являются частью новой технологии SmartGrid, которую на русский язык можно перевести как «интеллектуальная электроэнергетическая система». SmartGrid - это название глобальной технологии развития электроэнергетической системы [7].
Список литературы
1. Ураксеев М.А. Волоконно-оптические датчики магнитного поля и электрического тока [Текст] / М.А. Ураксеев, Т.М. Левина // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2007. - № 9.
- С. 42-45.
2. Ураксеев М.А. Волоконно-оптические датчики электрического тока и магнитного поля как средства повышения уровня безопасности, объектов нефтегазового комплекса [Текст] / М.А. Ураксеев, Т.М. Левина // Экологические системы и приборы.
- 2008. - № 3. - С. 8-12.
3. Ураксеев М.А. Оптоволоконные трансформаторы как элемент современных электротехнических комплексов и систем [Текст] / М.А. Ураксеев, Т.М. Левина // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - № 2. - Т. 9. - 2013.
- С. 23-29.
4. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики [Текст] / Т. Окоси, М. Оцу, Х. Нисихара, К. Хататэ; Под ред. Т. Окоси: Пер. с яп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленигр. отд., 1991. - 255 с.
5. Пат. № 136190 Российская Федерация G01R15/24 Интеллектуальный преобразователь магнитного поля и электрического тока [Текст] / Ф.Ф. Шамаев, Т.М. Левина; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».
- № 2013134844/28. - Заявл. 23.07.2013. - Опубл. 27.12.2013.
6. Свидетельство о регистрации программ для ЭВМ № 2014615381 Информационная система учета
оборудования предприятий [Текст] / Н.Н. Лунева, Т.М. Левина, К.В. Галиуллина; правообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет». - № 2014612693. -Заявл. 27.03.2014. - Опубл. 20.06.2014.
7. Levina T.M. Methods of controlling spark and explosion-proof sensors on the CDU / T.M. Levina, Y. Zharinov // Abstracts collection on new challenges in the European area. - Baku, 2013. - Р. 53-55.
References
1. Urakseev M.A. Volokonno-opticheskie datchiki magnitnogo polja i jelektricheskogo toka [Tekst] / M.A. Urakseev, T.M. Levina // Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol', diagnostika. - 2007. - № 9. - S. 42-45.
2. Urakseev M.A. Volokonno-opticheskie datchiki jelektricheskogo toka i magnitnogo polja kak sredstva povyshenija urovnja bezopasnosti, ob#ektov neftegazovogo kompleksa [Tekst] / M.A. Urakseev, T.M. Levina // Jekologicheskie sistemy i pribory - 2008.
- № 3. - S. 8-12.
3. Urakseev M.A. Optovolokonnye transformatory kak jelement sovremennyh jelektrotehnicheskih kompleksov i sistem [Tekst] / M.A. Urakseev, T.M. Levina // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - № 2. - Т. 9. - 2013. - S. 23-29.
4. Okosi T. Volokonno-opticheskie datchiki [Tekst] / T. Okosi, M. Ocu, H. Nisihara, K. Hatatje; Pod red. T. Okosi: Per. s jap. - L.: Jenergoatomizdat. Lenigr. otd., 1991. - 255 s.
5. Pat. № 136190 Rossijskaja Federacija G01R15/24 Intellektual'nyj preobrazovatel' magnitnogo polja i jelektricheskogo toka [Tekst] / F.F. Shamaev, T.M. Levina; zajavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO «Ufimskij gosudarstvennyj neftjanoj tehnicheskij universitet». - № 2013134844/28. - Zajavl. 23.07.2013.
- Opubl. 27.12.2013.
6. Svidetel'stvo o registracii programm dlja JeVM № 2014615381 Informacionnaja sistema ucheta oborudovanija predprijatij [Tekst] / N.N. Luneva, T.M. Levina, K.V. Galiullina; pravoobladatel' FGBOU VPO «Ufimskij gosudarstvennyj neftjanoj tehnicheskij universitet». - № 2014612693. - Zajavl. 27.03.2014. -opubl. 20.06.2014.
7. Levina T.M. Methods of controlling spark and explosion-proof sensors on the CDU / T.M. Levina, Y. Zharinov // Abstracts collection on new challenges in the European area. - Baku, 2013. - Р. 53-55.
