УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕННОГО МОНИТОРИНГА И АНАЛИЗА РАБОТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПЕРЕДВИЖНОГО ВЫСТАВОЧНО-ЛЕКЦИОННОГО КОМПЛЕКСА
DEVICE FOR REMOTE MONITORING AND ANALYSIS OF OPERATION OF TECHNICAL MEANS OF MOBILE EXHIBITION AND LECTURING COMPLEX

Изобретение относится к области систем удаленного автоматизированного мониторинга и контроля параметров оборудования, установленного как на стационарных объектах, так и на транспортных средствах с использованием сети подвижной связи стандарта GSM.
Известна цифровая система дистанционного контроля и управления удаленными объектами, которая работает в сети Ethernet и использует радиостанции стандарта TETRA, включает в себя персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением, связанный с локальным контроллером, удаленный контроллер, связанный с центральной радиостанцией, радиоконтроллеры, связанные с объектными радиостанциями. Локальный и удаленный контроллеры связаны между собой посредством электрического стыка 10Base-T с использованием протоколов TCP/IP, а персональный компьютер и локальный контроллер, удаленный контроллер и центральная радиостанция, радиоконтроллеры и объектные радиостанции соответственно связаны посредством интерфейса RS232. Локальный контроллер имеет регулятор громкости, разъемы для подключения тангенты, микрофона, громкоговорителя, RJ-45 - для электрического стыка 10Base-T и порт RS232. Удаленный контроллер имеет 12 линий для подключения датчиков и исполнительных устройств, разъемы для подключения аудиосигналов, RJ-45 - для электрического стыка 10Base-T и два порта RS232. Каждый их радиоконтроллеров имеет 12 линий для подключения датчиков и исполнительных устройств и два порта RS232 (RU 72594 U1, H04Q 7/00, 20.04.08).
К недостаткам известного технического решения следует отнести:
- использование радиоканалов сети стандарта TETRA, т.к. это не является оптимальным решением в условиях, когда покрытие территории страны сетью стандарта TETRA, в отличие от сетей сотовой связи, например GSM 900/1800, незначительное, что делает их использование для подвижных объектов вообще затруднительным;
- использование на обеих сторонах передачи данных специализированных радиостанций, поскольку это усложняет архитектуру системы и повышает затраты как при проектировании, так и при эксплуатации;
- невозможность использования типовых мобильных абонентских устройств передачи данных, таких как электронные планшеты, коммуникаторы и карманные персональные компьютеры (КПК);
- сбор данных с контролируемых пунктов производится только при использовании аналоговых и дискретных входов и не предполагает работу со стандартными цифровыми интерфейсами, например промышленный Ethernet.
Известна система для оперативного контроля и управления состоянием удаленного объекта, содержащая блок контроля и управления состоянием объекта, связанный по каналу связи с блоком сопряжения с объектом, имеющим выводы для подключения к объекту, причем блок сопряжения с объектом содержит микропроцессорное устройство, датчик контролируемого параметра объекта, подключенный одним выводом к исполнительному устройству, а информационным выходом - к входу микропроцессорного устройства, в блок сопряжения с объектом дополнительно введена схема сравнения, выход которой соединен с управляющим входом исполнительного устройства, первый вход подключен к информационному выходу датчика контролируемого параметра объекта, а второй вход соединен с выходом микропроцессорного устройства (RU 62722 U1, G07C 11/00, 27.04.07).
Недостатки известного технического решения обусловлены ограниченной функциональностью блока сопряжения, которая позволяет реализовать только режим стабилизации одного из параметров объекта, отсутствием функций обработки и преобразования данных в блоке сопряжения и блоке контроля и управления, имеющего ограниченную функциональность.
В качестве прототипа принята телемеханическая система контроля и управления удаленными объектами, содержащая удаленные объекты, контроллеры телеуправления с интегрированными модемами GSM GPRS, каналы периферийной связи, антенно-фидерные устройства контроллеров телеуправления, GSM GPRS-каналы приемопередачи данных с использованием программного протокола на основе стека TCP/IP, антенно-фидерные устройства мобильного оператора, GSM GPRS-сервер мобильного оператора связи, сервер сбора данных и управления, выделенный Internet-сервер со статическим IP-адресом, автоматизированные рабочие места, комплекс серверных программных средств, Internet-канал связи, обеспечивающий обмен данными между GSM GPRS сервером мобильного оператора связи, сервером сбора данных и управления и автоматизированными рабочими местами, при этом сервер сбора данных и управления функционально совмещен с выделенным Internet-сервером со статическим IP-адресом, с получением единого сервера телемеханики; комплекс серверных программных средств установлен на едином сервере телемеханики и реализован средствами Web-программирования; комплекс серверных программных средств состоит из подпрограммы приемопередачи и подпрограммы визуализации, обработки, хранения данных (RU 2455768 С2, Н04Н 60/76, 10.07.12).
Недостатками этой системы являются:
- отсутствие функций, визуализации, обработки и хранения данных от удаленных объектов на время отсутствия мобильной связи;
- отсутствие средств определения местоположения и точного времени;
- отсутствие функции и средств хранения данных на период временного отсутствия связи по сети GSM, а также функций контроля состояния каналов связи GSM GPRS;
- отсутствие возможности подключения к контроллеру технических средств с более скоростным интерфейсом, не предусмотрен интерфейс ETHERNET.
Все эти недостатки особенно критичны при осуществлении контроля параметров технических средств удаленных объектов, размещаемых на подвижных объектах, например в вагонах железнодорожных поездов, на автомобилях и т.п.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и эффективности мониторинга за работой технических средств контролируемых систем за счет сокращения времени доведения информации о состоянии оборудования до оперативного (обслуживающего) персонала.
Технический результат изобретения достигается тем, что в устройство для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса, содержащее считыватель параметров контролируемого технического средства, контроллер со встроенным модемом, соединенным с антенно-фидерным блоком, предназначенным для передачи данных по каналу связи на сервер центра обработки и анализа информации, согласно изобретению введены приемник сигналов спутниковых навигационных систем, модуль определения координат местонахождения, модуль выделения сигналов точного времени, модуль контроля канала связи, блок регистрации измеренных параметров, коммутатор Ethernet и дополнительные считыватели параметров, каждый из которых установлен на соответствующем независимом контролируемом техническом средстве передвижного выставочно-лекционного комплекса, при этом к выходам приемника сигналов спутниковых навигационных систем подключены соответственно вход модуля определения координат местонахождения и вход модуля выделения сигналов точного времени, выходы которых соединены с информационными входами контроллера, к одному из которых подключен выход коммутатора Ethernet, входами соединенный с считывателями параметров, второй выход коммутатора Ethernet соединен с персональным компьютером автоматизированного рабочего места, к первому выходу/входу контроллера подключен регистратор измеренных параметров, а второй его выход/вход соединен с модулем контроля канала связи.
Введение в архитектуру предлагаемого устройства блока определения местоположения и точного времени с приемником сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS позволяет получить информацию о положении контролируемых объектов, их скорости, а также иметь точное время для правильной регистрации происходящих событий на удаленных подвижных объектах и, таким образом, расширить функциональные возможности устройства для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Введение персонального компьютера для оператора автоматизированного рабочего места, обслуживающего контролируемое оборудование бортовых систем, позволяет устройству для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса выполнять свои функции мониторинга при временном отсутствии GSM связи.
Введение блока регистрации измеренных параметров и модуля контроля канала связи позволяет полностью восстановить и передать на сервер центра обработки и анализа информации все полученные за период отсутствия связи данные и, таким образом, повысить надежность работы устройства для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Введение коммутатора Ethernet позволяет увеличить скорость обмена между бортовыми системами и контроллером, а также и унифицировать протоколы обмена.
Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения вышеперечисленных технических средств обеспечивает достижение указанного технического результата.
Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет использовать мобильный терминал оператора, сокращая время доведения важной информации о состоянии технических средств бортовых систем, и позволяет сократить время восстановления функционирования этого оборудования, а в некоторых случаях и предотвратить его отказ.
На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Устройство для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса 1 содержит считыватели 2 параметров, каждый из которых установлен на соответствующем независимом контролируемом техническом средстве (на чертеже не показаны) передвижного выставочно-лекционного комплекса 1 и соединен с соответствующим входом коммутатора 3 Ethernet, выход которого соединен с одним из информационных входов контроллера 4 со встроенным модемом, соединенным с антенно-фидерным блоком 5, предназначенным для передачи данных по каналу 6 связи на сервер 7 центра обработки и анализа информации, к другим информационным входам контроллера 4 подключены выходы модуля 8 определения координат местонахождения и модуля 9 выделения сигналов точного времени, входы которых соединены соответствующими выходами приемника 10 сигналов спутниковых навигационных систем, второй выход коммутатора 3 Ethernet соединен с персональным компьютером (ПК) 11 автоматизированного рабочего места, к первому выходу/входу контроллера 4 подключен регистратор 12 измеренных параметров, а второй его выход/вход соединен с модулем 13 контроля канала 6 связи.
Устройство для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса работает следующим образом.
Устройство для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса обеспечивает удаленный мониторинг технических средств систем, установленных в железнодорожных вагонах передвижного выставочно-лекционного комплекса. К таким системам, в частности, относятся:
- система контроля, диагностики и управления оборудованием железнодорожного вагона;
- автоматизированная система подсчета посетителей выставочно-лекционного комплекса;
- автономная система электроснабжения выставочно-лекционного комплекса;
- система учета топлива железнодорожного вагона.
Эти системы должны работать как в движении, так и на стоянке, причем места стоянок постоянно меняются по мере передвижения выставочно-лекционного комплекса в процессе его использования по назначению. Для получения данных с этих систем используются считыватели 2 параметров, каждый из которых установлен на соответствующем независимом контролируемом техническом средстве.
В начале работы устройства контроллер 4 через антенно-фидерный блок 5 обнаруживает сеть стандарта GSM 900/1800 в канале 6 связи, формируют запросы регистрации через антенно-фидерный блок 5 на сервер 7 (сервер телемеханики) или через GPRS сервер 14 мобильного оператора, используя протокол TCP/IP Internet-канала связи 15. Сервер 7 телемеханики имеет статический адрес и порт в системе адресации TCP/IP. Контроллер 4 получает динамический адрес и порт в системе адресации TCP/IP связи. После регистрации на сервере 7 телемеханики контроллер 4 готов к передаче данных о режиме и параметрах работы бортовых систем передвижного выставочно-лекционного комплекса 1.
Контроллер 4 через канал связи и коммутатор 3 Ethernet посредством считывателей 2 параметров считывает данные и параметры функционирования технических средств бортовых систем передвижного выставочно-лекционного комплекса 1, которые представляют собой функционально законченные микропроцессорные системы, обеспечивающие чтение состояния соответствующих первичных датчиков, контроль их работоспособности и выдачу данных по запросу контроллера 4 через сеть и коммутатор 3 Ethernet по протоколу TCP/IP. Передача данных на сервер 7 телемеханики осуществляется через канал 6 GSM GPRS и сервер 14 мобильного оператора по инициативе контроллера 4, а также может выполняться по запросу с персонального компьютера 11 автоматизированного рабочего места или автоматизированных рабочих мест 16. Темп выдачи данных зависит от типа передаваемых данных и задается с автоматизированного рабочего места 16 через сервер 7 телемеханики. Обычно он составляет 20 c для данных о местоположении. При возникновении важных событий в работе оборудования бортовых систем комплекса 1 контроллер 4 передает сообщение немедленно. Контроллер 4 через коммутатор 3 и сеть Ethernet передает данные о текущем состоянии бортовых систем также на ПК 11 автоматизированного рабочего места оператора бортовых систем.
В случае потери связи по каналу GSM GPRS контроллер 4 с помощью модуля 13 контроля канала связи определяет момент разрыва связи и начинает запись поступающих данных от бортовых систем в регистратор 12 измеренных параметров с привязкой к текущим координатам и времени события. После восстановления связи контроллер 4 передает сохраненные данные по каналу GSM GPRS на сервер 7 телемеханики. Для определения момента разрыва или восстановления связи модуль 13 контроля канала связи периодически чрез контроллер 4 посылает на сервер 7 телемеханики тестовые сообщения и ждет ответное сообщение, отсутствие которого за заданный период времени является признаком нарушения связи по каналу GSM GPRS. Во время отсутствия связи по каналу GSM GPRS с сервером 7 телемеханики контроль за работой технических средств бортовых систем комплекса 1 ведется с ПК 11 автоматизированного рабочего места оператора бортовых систем, тем самым, повышается надежность функционирования устройства для удаленного мониторинга и анализа работы технических средств передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Информация о текущих координатах и времени события поступает на контроллер 4 от модуля 8 определения координат местонахождения и модуля 9 выделения сигналов точного времени, которые используют сигналы глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, принимаемые приемником 10 сигналов спутниковых навигационных систем, и вычисляют текущие координаты и точное время. Контроллер 4 осуществляет привязку к времени координат местоположения и данных от бортовых систем комплекса 1.
Мобильный терминал 17 оператора бортовых систем представляет собой электронный планшет со встроенным GSM модемом и программным обеспечением, позволяющим использовать его в качестве мобильного автоматизированного рабочего места оператора для контроля параметров технических средств бортовых систем комплекса 1, при этом мобильный терминал 17 (мобильное автоматизированное рабочее место) подключается к серверу 7 телемеханики через GSM GPRS канал 6 связи (канал приема и передачи данных), антенно-фидерный блок 18 мобильного оператора, GSM GPRS сервер 14 мобильного оператора и Internet-канал связи 15. Такое решение позволяет повысить оперативность доставки важной информации о состоянии контролируемых удаленных объектов комплекса 1 оператору (обслуживающему персоналу), минуя промежуточное звено - диспетчера, и, тем самым, предотвратить отказ контролируемого оборудования или сократить время устранения неисправности.
Данные, передаваемые контроллером 4 через сервер 14 мобильного оператора связи на сервер 7 телемеханики, обрабатываются в комплексе серверных программных средств 19. Этот программный комплекс, состоящий из подпрограммы приема и передачи данных 20 и подпрограммы их визуализации 21, позволяет принимать, обрабатывать, визуализировать, хранить данные по каждой системе бортовых систем комплекса 1.
Связь аппаратуры автоматизированных рабочих мест 16 с сервером 7 телемеханики осуществляется по каналу связи Intranet/Internet.
Сервер 7 телемеханики имеет статический адрес и порт в системе адресации TCP/IP, что позволяет реализовать регистрацию и доступ к подпрограмме приема и передачи данных 20 и организовать доступ к подпрограмме визуализации данных 21, обеспечивающей связь с автоматизированными рабочими местами 16. В результате диспетчер (специалист, руководитель) может просмотреть данные о каждой удаленной системе бортовых систем комплекса 1, задав имя в строке собственного браузера станции с автоматизированного рабочего места 16, введя имя (login) и пароль (password). При этом открывается экранная форма интерфейса, предоставляющая функции просмотра, обработки данных по каждой удаленной системе бортовых систем комплекса 1 (зависит от прав пользователя).