СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ

Область техники
Полезная модель относится к системам сбора и обработки информации, и может быть использована для контроля и диагностики производственных процессов, эксплуатации сооружений, экологической безопасности и охране труда.
Предшествующий уровень техники
Известны средства мониторинга, основанные на методах анализа технологий предприятий - загрязнителей окружающей среды и средствах контроля технологических процессов (WO, 89/06079), (US, 3819862), (GB, 2179480), (RU, 2079891).
Недостатками известных устройств являются низкая оперативность контроля и приближенность результатов мониторинга.
В настоящее время задачи мониторинга состояния эксплуатируемых объектов и сооружений, окружающей среды имеют важное значение. Внедрение систем мониторинга позволяет повысить оперативность оповещения должностных лиц предприятия о наступлении критических и (или) аварийных ситуаций, прогнозировать изменение контролируемых эксплуатационных параметров и параметров окружающей среды, в том числе сложных геологических процессов, предотвращать аварии и несчастные случаи, а также уменьшать затраты на эксплуатацию объектов и на устранение последствий возможных аварий, катастроф, несчастных случаев.
Наиболее близкой является система мониторинга состояния объектов, содержащая стационарные датчики контроля параметров, мобильные датчики контроля параметров, снабженные системой глобального позиционирования, центр моделирования, центр обработки и сравнения данных, центральный диспетчерский пункт, при этом датчики контроля параметров и мобильные датчики контроля параметров связаны посредством сети передачи данных с центром обработки и сравнения данных (RU, 2380729).
Известная система мониторинга состояния объектов служит для экологического мониторинга атмосферного воздуха промышленного региона. Система содержит первую и вторую группы датчиков экологического контроля состояния среды, средства радиосвязи датчиков второй группы с аппаратурой городской телефонной сети, центральный диспетчерский пункт. В систему введены быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы, система GPS, мобильная телефонная система, установленные на электротранспортных единицах. Система снабжена метеостанцией, группой датчиков замеров концентраций загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения, центром моделирования, центром обработки и сравнения данных. Быстродействующие газовые датчики экологического контроля состояния атмосферы и система GPS соединены посредством мобильной телефонной системы с центром обработки и сравнения данных, в который также поступает информация от первой группы датчиков экологического контроля состояния среды, городской телефонной сети и центра моделирования, связанного с группой датчиков замеров концентраций загрязняющих веществ непосредственно с источников загрязнения и метеостанцией, а центр обработки и сравнения данных подключен к центральному диспетчерскому пункту.
Преимуществами известной системы являются:
- оперативное проведение экологического мониторинга;
- в системе используются датчики, измеряющие параметры окружающей среды;
- система используется для мониторинга экологической ситуации в населенных пунктах с хорошо развитой инфраструктурой, в том числе и сетями связи - проводными и мобильными;
- система предназначена для решения общих задач МЧС по выявлению и устранению проблемных ситуаций;
- в системе используются каналы связи для передачи информации от датчиков на центральный диспетчерский пункт, при этом проводные каналы используются для передачи информации от стационарных датчиков, радиоканалы и каналы, организованные с использованием средств мобильной связи - датчиков, установленных на транспортном средстве;
- вся информация поступает на центральный диспетчерский пункт (ЦДЛ), диспетчер в этом случае должен оперативно довести информацию до соответствующих дежурных аварийных служб и должностных лиц предприятия по имеющимся средствам связи.
Основными недостатками известной системы являются:
- отсутствует возможность автоматизированного одновременного доведения информации о результатах мониторинга как до оператора ЦДП, так и дежурных аварийных служб и соответствующих должностных лиц предприятия, что приводит к необходимости производить оповещение должностных лиц предприятия диспетчером по телефону путем последовательного набора номеров, при этом оперативность доведения информации низкая и зависит от возможностей системы связи;
- система разрабатывались как система экологического мониторинга (по целям, измеряемым параметрам окружающей среды, алгоритму оценки ситуации и ее влиянию на экологическую ситуацию), не предполагают проведения мониторинга других важных процессов на территории предприятия, например, появления опасных и вредных производственных факторов, контроля эксплуатационных параметров эксплуатируемых сооружений и систем, сложных геологических процессов и т.д.;
- система рассчитана на использование в населенных пунктах с хорошо развитой инфраструктурой связи.
Раскрытие изобретения
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания системы мониторинга состояния объектов, обеспечивающей:
- создание взаимосвязанных аппаратных средств, которые позволяют производить анализ поступающих сообщений с датчиков (по заранее установленным критериям) с последующим одновременным оповещением диспетчера ЦДП, дежурных аварийных служб и должностных лиц предприятия о результатах мониторинга путем заранее подготовленных голосовых сообщений и (или) текстовых сообщений, при этом информация о поступивших сообщениях и об оповещении должностных лиц должна отображаться на мониторе диспетчера ЦДП;
- обеспечение использования системы мониторинга одновременно для контроля состояния различных объектов (сооружения связи, магистральные нефтепроводы и т.п., мониторинга опасных и вредных производственных факторов, экологической ситуации, сложных геологических процессов и других факторов (процессов), которые надо контролировать и при необходимости принимать соответствующие меры;
- возможность использования системы мониторинга на линейных объектах, находящихся вне населенных пунктах вдали от общедоступной инфраструктуры связи (например, магистральный нефтепровод).
Технический результат, который получен при выполнении заявленной полезной модели - повышение оперативности и скорости обработки данных, повышение надежности системы в режиме оповещения, расширение функциональных возможностей.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известной системе мониторинга состояния объектов, содержащей стационарные датчики контроля параметров, мобильные датчики контроля параметров, которые установлены на транспортных средствах, снабженных системой глобального позиционирования, центр моделирования, центр обработки и сравнения данных, центральный диспетчерский пункт, при этом стационарные датчики контроля параметров и мобильные датчики контроля параметров связаны посредством сети передачи данных с центром обработки и сравнения данных, согласно заявленному устройству центр обработки и сравнения данных, центр моделирования размещены в центральном диспетчерском пункте и выполнены на базе сообщенных между собой шиной данных сервера системы мониторинга и сервера моделирования и прогнозирования, соответственно, вход сервера системы мониторинга служит входом центрального диспетчерского пункта, который также снабжен сервером автоматической телефонной станции компьютерной телефонии, автоматизированным рабочим местом оператора, блоком сопряжения, предназначенным для сопряжения сервера системы мониторинга с сервером автоматической телефонной станции компьютерной телефонии, причем сервер системы мониторинга сообщен шинами данных через блок сопряжения с сервером автоматической телефонной станции компьютерной телефонии, выход сервера системы мониторинга подсоединен к входу автоматизированного рабочего места оператора, а его вход-выход подсоединен к входу-выходу сервера автоматической телефонной станции компьютерной телефонии, введены средства приема сообщений, выходы сопряжения сервера автоматической телефонной станции компьютерной телефонии с сетями связи соединены посредством сети связи с входами средств приема сообщений.
Возможны дополнительные варианты выполнения системы, в которых целесообразно, чтобы:
- в качестве стационарных датчиков контроля параметров были использованы датчики контроля параметров эксплуатируемых объектов, и/или датчики контроля параметров производственных процессов, и/или датчики контроля параметров окружающей среды, и/или датчики контроля параметров геологических процессов;
- в качестве мобильных датчиков контроля параметров были использованы датчики контроля параметров окружающей среды, и/или датчики контроля параметров производственных процессов;
- в качестве сети передачи данных для стационарных датчиков контроля параметров была использована проводная телефонная сеть, и/или канал радиосвязи, и/или система мобильной связи, или сеть Интернет;
- в качестве сети передачи данных для мобильных датчиков контроля параметров была использована система мобильной связи и/или канал радиосвязи, и/или цифровая система подвижной радиосвязи, и/или сеть Интернет;
- в качестве сети связи со средствами приема сообщений была использована проводная телефонная сеть, и/или система мобильной связи, и/или цифровая система подвижной радиосвязи, и/или сеть Интернет;
- средствами приема сообщений служили средства приема аудио и/или видео сообщений;
- в качестве средств приема сообщений были использованы средства приема сообщений предприятия, и/или аварийных служб, и/или производственных бригад.
Указанные преимущества полезной модели, а так же ее особенности поясняются с помощью лучшего варианта ее выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж.
Фиг.1 изображает функциональную схему заявленной системы.
Лучший вариант выполнения полезной модели
Система мониторинга состояния объектов (фиг.1) содержит стационарные датчики 1 контроля параметров, мобильные датчики 2 контроля параметров. Мобильные датчики 2 могут быть переносными или установлены на транспортных средствах, снабженных системой глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС). Система имеет центр 3 обработки и сравнения данных, центр 4 моделирования, центральный диспетчерский пункт 5 (ЦДП). Датчики 1 контроля параметров и мобильные датчики 2 контроля параметров связаны посредством сети 6 передачи данных с центром 3 обработки и сравнения данных.
Центр 3 обработки и сравнения данных, центр 4 моделирования размещены в ЦДП 5 и выполнены на базе сообщенных между собой шиной данных сервера 7 системы мониторинга и сервера 8 моделирования и прогнозирования, соответственно. Вход сервера 7 служит входом ЦДП 5. ЦДП 5 также снабжен сервером 9 автоматической телефонной станции компьютерной телефонии (АТС КТ), автоматизированным рабочим местом 10 оператора, блоком 11 сопряжения, предназначенным для сопряжения сервера 7 системы мониторинга с сервером 9 АТС КТ. Сервер 7 системы мониторинга сообщен шинами данных через блок 11 сопряжения с сервером 9 АТС КТ. Выход сервера 7 системы мониторинга подсоединен к входу автоматизированного рабочего места 10 оператора, а его вход-выход подсоединен к входу-выходу сервера 9 АТС КТ. В систему введены средства 12 приема сообщений. Выходы сопряжения сервера 9 АТС КТ автоматической телефонной станции компьютерной телефонии с сетями связи соединены посредством сети 13 связи с входами средств 12 приема сообщений.
В качестве стационарных датчиков 1 контроля параметров могут быть использованы датчики 14 контроля параметров эксплуатируемых объектов, и/или датчики 15 контроля параметров производственных процессов, и/или датчики 16 контроля параметров окружающей среды, и/или датчики 17 контроля параметров геологических процессов.
В качестве мобильных датчиков 2 контроля параметров могут быть использованы датчики 18 контроля параметров окружающей среды, и/или датчики 19 контроля параметров производственных процессов.
В качестве сети 6 передачи данных для стационарных датчиков 1 контроля параметров использована проводная телефонная сеть 20, и/или канал 21 радиосвязи, и/или система 22 мобильной связи, или сеть 23 Интернет.
В качестве сети 6 передачи данных для мобильных датчиков 2 контроля параметров может быть использована система 22 мобильной связи и/или канал 21 радиосвязи (выделенный канал), и/или цифровая система 24 подвижной радиосвязи, и/или сеть 23 Интернет.
В качестве сети 13 связи со средствами 12 приема сообщений может быть использована проводная телефонная сеть 25, и/или система 26 мобильной связи, и/или цифровая система 27 подвижной радиосвязи, и/или сеть 28 Интернет.
Средствами 12 приема сообщений служат средства приема аудио и/или видео сообщений.
В качестве средств 12 приема сообщений могут быть использованы средства 29 приема сообщений предприятия, и/или средства 30 приема сообщений аварийных служб, и/или средства 31 приема сообщений производственных бригад.
Работает система мониторинга состояния объектов (фиг.1) следующим образом.
При срабатывании какого-либо стационарного датчики 1 контроля параметров или мобильного датчика 2 контроля их средствами передачи сообщений от конкретных датчиков (интерфейсы датчиков на фиг.1 не показаны) формируется сообщение об аварии, и/или нарушении производственного процесса, и/или эксплуатационного параметра, и/или параметра окружающей среды, и/или параметра геологического процесса и др. Это сообщение посредством сети 6 передачи данных поступает в центр 3 обработки и сравнения данных - сервер 7 системы мониторинга и в центр 4 моделирования - сервер 8 моделирования и прогнозирования текущей ситуации и прогноза последующей. Сообщение отображается на мониторе автоматизированного рабочего места 10 оператора ЦДП 5 и через блок 10 сопряжения поступает на сервер 9 АТС КТ. Сервер 9 имеет список оповещения для каждой конкретной ситуации, список предприятий, аварийных служб, производственных бригад и формирует аудио и/или видео сообщение, которое посредством сети 13 связи передается соответствующему средству 12 приема сообщений. Кроме того, переданное сообщение с входа-выхода сервера 9 АТС КТ передается на вход-выход автоматизированного рабочего места 10 оператора для отображения на мониторе.
В качестве сервера 9 АТС КТ может использоваться сервер с программным обеспечением Asterisk.
Asterisk - свободное решение компьютерной телефонии (VoIP) с открытым исходным кодом от компании Digium. Приложение работает на операционных системах Linux, FreeBSD, OpenBSD и Solaris.
- Asterisk в комплексе с необходимым оборудованием обладает всеми возможностями классической АТС, поддерживает множество VoIP-протоколов (англ. Voice over IP; общее название коммуникационных протоколов, технологий и методов, обеспечивающих передачу речевого сигнала по сети Интернет или по любым другим IP-сетям (Internet Protocol).
Наряду с программным обеспечением Asterisk могут использоваться различные системы оповещения. Примером такой системы является система оповещения на базе изделия П-161М РММ-8, которая позволяет использовать объектовые системы оповещения, передавать речевые и SMS сообщения по телефонным линиям.
В настоящее время производиться большое количество разнообразных стационарных датчиков 1 и мобильных датчиков 2, позволяющих производить как экологический мониторинг, так и контролировать опасные и вредные производственные факторы и другие факторы, которые необходимо контролировать в процессе эксплуатации оборудования. Датчики производятся как в стационарном, так и в мобильном исполнении, могут иметь различные варианты интерфейсов (типа RS-232 или RS-485). Датчики имеют режимы работы для считывания информации в реальном масштабе времени (текущие значения), а также накопленные данные измерений. Такие датчики могут объединяться в сети и контролировать достаточно большие территории по различным параметрам с выводом информации в ЦДП 5. Для конкретной системы мониторинга датчики выбираются исходя из перечня контролируемых параметров и с интерфейсами, соответствующими интерфейсам используемой сети передачи данных (на разных участках возможно использование оборудования с различными типами интерфейсов). Описания различных датчиков размещаются на сайтах производителей или поставщиков.
При реализации системы мониторинга на линейных объектах, таких как магистральный нефтепровод, можно использовать возможности существующих систем технологической связи, на которых реализованы функции сети 6 передачи данных, в том числе систем подвижной радиосвязи.
Например, для обеспечения передачи информации от подвижных абонентов известна цифровая система 24 подвижной радиосвязи стандарта TETRA. Оборудование стандарта TETRA обеспечивает совместно с передачей речевой информации передачу данных на базе протокола IP (Internet Protocol). Служба пакетной передачи данных по протоколу IP позволяет использовать все виды протоколов транспортного уровня. Это может быть как протокол UDP (User Datagram Protocol), не предусматривающий установления логического соединения, так и протокол TCP (Transport Control Protocol), ориентированный на установление сеанса связи. Таким образом, абоненты сети TETRA способны применять практически весь спектр программного обеспечения, доступного в сетях на базе протоколов TCP/IP или UDP/IP. На абонентском оборудовании TETRA (возимые и носимые абонентские станции) для подключения оконечного оборудования данных предусмотрен интерфейс типа RS-232. Для определения местонахождения подвижного абонента реализованы возможности системы GPS. Системы стандарта TETRA являются профессиональными и строятся для создания систем производственной (технологической связи) на территории размещения промышленных объектов (вне населенных пунктов).
Сервер 7 системы мониторинга осуществляет сбор и хранение данных о состоянии контролируемых объектов, их сравнение с заранее определенными критическими значениями контролируемых параметров и формирование типовых сообщений на автоматизированное рабочее место 10 (АРМ) оператора ЦДП 5. В системе может быть организовано несколько различных подсистем мониторинга, отличающихся по целям, задачам и контролируемым процессам. В частности, сервер 7 системы мониторинга позволяет контролировать работоспособность стационарных датчиков 1 и мобильных датчиков 2, определять их адреса или местоположение.
Могут быть использованы различные по своему программному обеспечению серверы 7 системы мониторинга.
Например, SolarWinds Server & Application Monitor позволяет осуществлять безагентный мониторинг производительности и доступности, оповещая и генерируя отчетность для сотен приложений и различных типов оборудования. Через несколько минут после загрузки и установки можно запустить мониторинг практически любого приложения, включая Microsoft Exchange, Active Directory, Java-приложений и многих других. Помимо этого программа отслеживает состояние серверов Dell, HP и IBM System X, а также хостов VMware. Кроме того, программа позволяет осуществлять мониторинг с платформ iPhone, Blackberry и Android, имеет шаблоны для мониторинга, интуитивный веб-интерфейс.
Кроме того, могут быть использованы серверы 7 системы мониторинга «КобраТелеком» с программным продуктом Nagios, а также Industrial Systems lab и др.
Сервер 8 моделирования и прогнозирования предназначен для оценки развития контролируемых процессов на основе получаемых данных с целью выработки своевременных мер по предупреждению возможных аварийных и чрезвычайных ситуаций. Полученные данные моделирования процессов поступают по шине данных в сервер 7 системы мониторинга, в котором по заданным критериям формируются соответствующие сообщения на АРМ 10 оператора ЦДП 8.
В качестве серверов 8 моделирования и прогнозирования могут быть использованы серверы с известным или модифицированным программным обеспечением, например, гибкие, открытые системы моделирования и прогнозирования (системы на базе метода анализа иерархий Т.Саати) "Эсплан", "Император" и др., PROGNOZ Platform и др.
В случае превышения критических значений параметров контролируемых процессов должностным лицам предприятия, дежурным аварийным службам при помощи средств 12 приема сообщений и оператору ЦДП 5 (для контроля) одновременно направляются соответствующие голосовые и текстовые сообщения через подсистему автоматического оповещения. Подсистема автоматического оповещения состоит из сервера 9 АТС КТ на базе Asterisk и входящего в его состав оборудования для сопряжения с сетями 13 связи. Программное обеспечение Asterisk настраивается с учетом целей и задач системы мониторинга, голосовые и текстовые сообщения формируются заранее. При необходимости оператор ЦДП 5 с АРМ 10 может подготовить частное сообщение, определить список оповещения и произвести оповещение через подсистему оповещения. При необходимости могут быть использованы другие функциональные возможности сервера 9 Asterisk. Оборудование для сопряжения с сетями связи определяется исходя из наличия возможностей использования существующих сетей 13 связи в регионе.
В частности, в качестве сети 13 связи со средствами 12 приема сообщений может быть использована проводная телефонная сеть 25, и/или система 26 мобильной связи, и/или цифровая система 27 подвижной радиосвязи, и/или сеть 28 Интернет.
Таким образом, заявленная система позволяет достичь указанный технический результат - повысить оперативность и скорости обработки данных, надежность системы в режиме оповещения, расширить функциональные возможности за счет:
- уменьшения времени на оповещение диспетчером ЦДП 5, производственных бригад, дежурных аварийных служб (обходчики, аварийно-восстановительные бригады и т.п.) и должностных лиц предприятия о результатах мониторинга и возникновения каких-либо чрезвычайных ситуаций и проблемных вопросов;
- возможность использования технического решения в различных областях производственной деятельности - эксплуатации, охраны труда, экологии, обеспечения живучести объектов и т.д.
Специалистам понятно, что этот технический результат достигается за счет того, что в отличие от ближайшего аналога центр 3 обработки и сравнения данных, центр 4 моделирования размещены в ЦДП 5 и выполнены на базе сообщенных между собой шиной данных сервера 7 системы мониторинга и сервера 8 моделирования и прогнозирования, соответственно. ЦДП 5 снабжен сервером 9 автоматической телефонной станции компьютерной телефонии (АТС КТ), автоматизированным рабочим местом 10 оператора, блоком 11 сопряжения, предназначенным для сопряжения сервера 7 системы мониторинга с сервером 9 АТС КТ. Сервер 7 системы мониторинга сообщен шинами данных через блок 11 сопряжения с сервером 9 АТС КТ. Выход сервера 7 системы мониторинга подсоединен к входу автоматизированного рабочего места 10 оператора, а его вход-выход подсоединен к входу-выходу сервера 9 АТС КТ. В систему введены средства 12 приема сообщений. Выходы сопряжения сервера 9 АТС КТ автоматической телефонной станции компьютерной телефонии с сетями связи соединены посредством сети 13 связи с входами средств 12 приема сообщений.
Промышленная применимость
Наиболее успешно заявленная система мониторинга состояния объектов промышленно применима для:
- проведения мониторинга эксплуатируемых объектов, состояния окружающей среды и выявление факторов, характеризующих изменение эксплуатационных параметров контролируемых объектов, появления опасных и вредных производственных факторов, ухудшение экологической ситуации, появление критических изменений в сложных геологических процессах;
- оперативного доведения информации о результатах мониторинга до всех аварийных служб и должностных лиц;
- оперативного доведения до должных лиц, находящихся на объекте и имеющих стационарные или подвижные средства связи, о появлении опасных и вредных производственных факторов с целью эвакуации работников и предупреждения несчастных случаев;
- определения места нахождения подвижных объектов, попавших в зоны воздействия опасных и вредных производственных факторов, с целью уменьшения времени на их поиск и оказание помощи;
- заблаговременного выявления и прогнозирования развития потенциальных источников опасности.