ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРОСЕТИ ПЕРЕДВИЖНОГО ВЫСТАВОЧНО-ЛЕКЦИОННОГО КОМПЛЕКСА
INTELLIGENT MONITORING SYSTEM FOR ELECTRIC NETWORK OF MOBILE EXHIBITION AND LECTURE COMPLEX

Изобретение относится к области систем удаленного автоматизированного мониторинга и контроля параметров электросети на транспортных средствах с использованием сети подвижной связи стандарта GSM.
Известно устройство для автоматического контроля системы электроснабжения транспортного средства, содержащее делитель напряжения, подключенный к входным клеммам источника бортовой сети транспортного средства, первый компаратор, первый вход которого связан со средней точкой делителя напряжения, первый и второй индикаторы, второй компаратор, первый источник опорных сигналов, с первым и вторым выходами которого соединены вторые входы первого и второго компараторов соответственно, средняя точка делителя напряжения подключена к информационному входу первого ключа, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего компараторов, к второму входу третьего компаратора подключен третий выход первого источника опорных сигналов, выход второго компаратора подсоединен к инверсному входу первого элемента И, прямому входу третьего элемента И и первому прямому входу четвертого элемента И, выход третьего компаратора подключен к первому прямому входу второго элемента И и инверсному входу четвертого элемента И, выходы первого компаратора, первого и второго элементов И соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого связан с первым индикатором, первый вход двухпорогового компаратора соединен с выходом источника сигнала частоты вращения вала двигателя, второй и третий входы - соответственно с первым и вторым выходами второго источника опорных сигналов, а выход - с управляющими входами первого и второго ключей, с прямым входом первого элемента И и вторым прямым входом второго элемента И, информационный вход второго ключа связан с выходом измерителя тока в бортовой сети, а выход - с первыми входами четвертого и пятого компараторов, вторые входы которых соединены с четвертым и пятым выходами первого источника опорных сигналов соответственно, выход четвертого компаратора подключен к инверсному входу третьего элемента И, своим выходом связанного с вторым индикатором, а выход пятого компаратора соединен с вторым прямым входом четвертого элемента И, своим выходом связанного с третьим индикатором (RU 2090896, G01R 19/165, 20.09.97). В известном устройстве обеспечивается относительно высокая степень автоматизации контроля функционирования и технического состояния систем электроснабжения транспортного средства. Однако известное устройство не позволяет осуществить контроль всех параметров электрической энергии, необходимых для оценки основных показателей качества электроэнергии, используемой на железнодорожном передвижном комплексе. Кроме того, в нем не предусмотрены средства определения координат местонахождения, а также средства хранения и передачи данных на автоматизированные рабочие места.
В качестве прототипа принято устройство мониторинга и сигнализации состояния электрической сети, содержащее клеммную колодку, соединяющую блок питания и блоки датчиков напряжения и тока с питающей сетью, микроконтроллер, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к блокам датчиков напряжения и тока и соединенный с интерфейсом RS-485, оптическим портом, резервным источником питания текущего времени встроенных в микроконтроллер часов и блоком питания, к микроконтроллеру дополнительно подключены светодиодный индикатор работы устройства, радиоблок, соединенный с блоком питания и поддерживающий, но не ограничивающийся стандартами передачи данных GSM, CDMA и IEE 802.11, энергонезависимая память, имеющая дополнительный регистр памяти, содержащий географические координаты и оперативное наименования места установки устройства, при этом бесперебойную работу устройства обеспечивает резервный источник питания, связанный с микроконтроллером и радиоблоком (RU 2501024, G01R 11/25, 10.12.13).
Известное устройство позволяет фиксировать параметры работы электросети в реальном времени и передавать полученную информацию с указанием географических координат по каналам радиосвязи диспетчеру за счет установленного радиомодуля и энергонезависимой памяти с дополнительным регистром, поддерживать работоспособность устройства при отключении питания за счет резервного источника питания (аккумуляторной батареи).
Однако известное устройство не позволяет осуществить контроль всех параметров электрической энергии, необходимых для оценки основных показателей качества электроэнергии, используемой на железнодорожном передвижном комплексе. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрены средства определения координат местонахождения подвижного объекта, на котором оно будет установлено, и определения точного времени.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и эффективности мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса и сокращении времени доведения информации о превышении допустимых значений параметров до оперативного (обслуживающего) персонала.
Технический результат изобретения достигается тем, что в интеллектуальную систему мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса, содержащую блок датчиков контролируемых параметров электросети, 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 модуль обнаружения превышений допустимых значений измеренных параметров, 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 выходами блока датчиков контролируемых параметров электросети, второй выход коммутатора Ethernet соединен с персональным компьютером автоматизированного рабочего места, к первому, второму и третьему выходам/входам контроллера подключены соответственно модуль контроля канала связи, регистратор измеренных параметров и модуль обнаружения превышений допустимых значений измеренных параметров, вход сравнения которого соединен с выходом считывания регистратора измеренных параметров.
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 при регистрации параметров контролируемой электросети на передвижном комплексе и, таким образом, расширить функциональные возможности интеллектуальной системы мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Введение персонального компьютера для оператора автоматизированного рабочего места, обслуживающего контролируемое оборудование бортовых систем, позволяет интеллектуальной системе мониторинга электросети 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 интеллектуальной системы мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Введение коммутатора Ethernet позволяет увеличить скорость обмена между бортовыми системами и контроллером, а также и унифицировать протоколы обмена.
Введение модуля обнаружения превышений допустимых значений измеренных параметров позволило обеспечить оперативное формирование и передачу в контроллер соответствующего сообщения, которое по каналам связи передается на все автоматизированные места, а также на сервер для срочного принятия мер обслуживающим персоналом.
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 электросети бортовых систем, и позволяет сократить время восстановления ее функционирования, а в некоторых случаях и предотвратить ее отказ.
На чертеже представлена интеллектуальная система мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Интеллектуальная система мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса содержит блок 1 датчиков контролируемых параметров электросети, каждый из датчиков 2 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, модуль 8 определения координат местонахождения, модуль 9 выделения сигналов точного времени, приемник 10 сигналов спутниковых навигационных систем, к выходам которого подключены соответственно вход модуля 8 определения координат местонахождения и вход модуля 9 выделения сигналов точного времени, выходы которых соединены с информационными входами контроллера 4, второй выход коммутатора Ethernet соединен с персональным компьютером 11 автоматизированного рабочего места, к первому, второму и третьему выходам/входам контроллера подключены соответственно модуль 12 контроля канала связи, регистратор 13 измеренных параметров и модуль 14 обнаружения превышений допустимых значений измеренных параметров, вход сравнения которого соединен с выходом считывания регистратора 13 измеренных параметров.
Интеллектуальная система мониторинга электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса работает следующим образом.
Интеллектуальная система мониторинга электросети обеспечивает удаленный мониторинг электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса (ПВЛК). В частности, она обеспечивает автоматическое считывание, обработку, хранение и передачу данных на АРМ следующих параметров сети электропитания ПВЛК:
- линейные напряжения;
- фазные напряжения;
- потребляемые токи по фазам;
- разность потребляемых токов по фазам;
- активная мощность;
- коэффициент мощности;
- частота;
- потребленная (активная) энергия;
- отпущенная (реактивная) энергия.
Обработка этих данных осуществляется как в процессе движении ПВЛК, так и на стоянке, причем места стоянок постоянно меняются по мере передвижения выставочно-лекционного комплекса в процессе его использования по назначению. Для получения данных о параметрах сети электропитания ПВЛК используются датчики 2 контролируемых параметров, каждый из которых установлен в соответствующей цепи контролируемой сети электропитания.
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 15 мобильного оператора, используя протокол TCP/IP Internet-канала связи 16. 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 электросети передвижного выставочно-лекционного комплекса.
Контроллер 4 через канал связи и коммутатор 3 Ethernet посредством датчиков 2 контролируемых параметров считывает параметры электроэнергии сети электропитания бортовых систем передвижного выставочно-лекционного комплекса, которые по запросу контроллера 4 поступают на его информационный вход через сеть и коммутатор 3 Ethernet по протоколу TCP/IP. Передача данных на сервер 7 телемеханики осуществляется через канал 6 GSM GPRS и сервер 15 мобильного оператора по инициативе контроллера 4, а также может выполняться по запросу с персонального компьютера 11 автоматизированного рабочего места или автоматизированных рабочих мест 17. Темп выдачи данных зависит от типа передаваемых данных и задается с автоматизированного рабочего места 17 через сервер 7 телемеханики. Обычно он составляет 20 с для данных о местоположении. При превышении допустимого значения, по крайней мере, одного из параметров контролируемой сети электропитания, модуль 14 обнаружения превышений допустимых значений измеренных параметров фиксирует это превышение и формирует сигнал об этом превышении, который поступает в контроллер 4, передающий это сообщение по каналам связи на все автоматизированные рабочие места и на сервер 7 для срочного принятия мер обслуживающим персоналом. Контроллер 4 через коммутатор 3 и сеть Ethernet передает данные о текущем состоянии контролируемой сети электропитания и превышениях допустимых значений ее параметров также на ПК 11 автоматизированного рабочего места оператора ПВЛК.
В случае потери связи по каналу GSM GPRS контроллер 4 с помощью модуля 12 контроля канала связи определяет момент разрыва связи и начинает запись поступающих данных от датчиков 2 контролируемых параметров в регистратор 13 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 12 контроля канала связи периодически через 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 состоянием сети электропитания ведется с ПК 11 автоматизированного рабочего места оператора ПВЛК, тем самым повышается надежность функционирования интеллектуальной системы мониторинга электросети 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 датчиков 2 контролируемых параметров электросети ПВЛК.
Мобильный терминал 18 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 электросети ПВЛК, при этом мобильный терминал 18 (мобильное автоматизированное рабочее место) подключается к серверу 7 телемеханики через GSM GPRS канал 6 связи (канал приема и передачи данных), антенно-фидерный блок 19 мобильного оператора, GSM GPRS сервер 15 мобильного оператора и Internet-канал связи 16. Такое решение позволяет повысить оперативность доставки важной информации о состоянии контролируемых параметров электросети оператору (обслуживающему персоналу), минуя промежуточное звено - диспетчера, и, тем самым, предотвратить отказ оборудования, подключенного к контролируемой сети, или сократить время устранения неисправности.
Данные, передаваемые контроллером 4 через сервер 15 мобильного оператора связи на сервер 7 телемеханики, обрабатываются в комплексе серверных программных средств 20. Этот программный комплекс, состоящий из подпрограммы приема и передачи данных 21 и подпрограммы их визуализации 22, позволяет принимать, обрабатывать, визуализировать, хранить данные по каждому контролируемому параметру электросети ПВЛК.
Связь аппаратуры автоматизированных рабочих мест 17 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 21 и организовать доступ к подпрограмме визуализации данных 22, обеспечивающей связь с автоматизированными рабочими местами 17. В результате диспетчер (специалист, руководитель) может просмотреть данные о каждой удаленной системе ПВЛК, задав имя в строке собственного браузера станции с автоматизированного рабочего места 17, введя имя (login) и пароль (password). При этом открывается экранная форма интерфейса, предоставляющая функции просмотра, обработки данных по каждой удаленной системе ПВЛК (зависит от прав пользователя).