Система и способ контроля удалённого оборудования
SYSTEM AND METHOD FOR REMOTE EQUIPMENT CONTROL

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при управлении множеством совокупностью объектов техники различного назначения, например входящими в состав комплексов радиотехнического оборудования: средств наземных комплексов управления космическими аппаратами и т.п.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрана система удалённой диагностики роботов, известная из патента ABB Research Ltd. – US 8121729, опубл. 2012. В US 8121729 предложена система удалённой диагностики роботов (с соответствующим описанием способа удалённой диагностики с использованием данной системы), состоящая из первой совокупности удалённых объектов управления – роботов, каждый из которых, очевидно, оборудован по меньшей мере одним контроллером, средств интерфейса объектов управления – роботов, второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления. В состав второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления, входят, по меньшей мере: удалённая база данных, обеспечивающая приём и хранение таблиц состояний для упомянутых объектов управления; сервер управления оборудованием, обеспечивающий взаимодействие между объектами управления и удалённой базой данных. Кроме того, к данному серверу управления оборудованием подключены средства интерфейса объектов управления.
В свою очередь, система и способ контроля удалённого оборудования, предлагаемые в данном изобретении, представляют собой дальнейшее совершенствование систем и способа контроля удалённого оборудования, и направлены на создание систем и способов, которые смогут обеспечить эффективный и устойчивый контроль разнохарактерного оборудования, который будет включать как мониторинг и диагностику, так и управление.
Данная задача решается при использовании предложенных системы и способа контроля удалённого оборудования. Система контроля удалённого оборудования состоит из первой совокупности удалённых объектов управления, каждый из которых оборудован по меньшей мере одним контроллером; средств интерфейса объектов управления; второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления. В состав второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления, входят, по меньшей мере, удалённая база данных, обеспечивающая приём и хранение таблиц состояний для упомянутых объектов управления; сервер управления оборудованием, обеспечивающий взаимодействие между объектами управления и удалённой базой данных. Средства интерфейса объектов управления, подключены к данному серверу управления оборудованием.
В отличие от аналога упомянутая первая совокупность удалённых объектов управления представляет собой совокупность удалённых компонентов-сущностей – объектов управления, различающихся функциональным назначением и/или особенностями эксплуатации. Каждый из объектов управления оборудован по меньшей мере одним контроллером и средствами интерфейса, индивидуальными для каждого компонента-сущности – объекта управления. Вторая совокупность средств контроля представляет собой совокупность управляющих компонентов-сущностей, внешних для упомянутых удалённых компонентов-сущностей. В состав данной второй совокупности входят, по меньшей мере, слои упомянутой удалённой базы данных, обеспечивающие для каждого из упомянутых компонентов-сущностей – объектов управления хранение и выдачу команд управления и приём и хранение таблиц состояний, причём для хранения и управления этой удалённой базы данных выделен соответствующий сервер. Также в состав данной второй совокупности входит сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием, подключённый к серверу удалённой базы данных, и упомянутый сервер управления оборудованием, обеспечивающий взаимодействие между соответствующими компонентами-сущностями – объектами управления и слоями удалённой базы данных и подключённый к серверу связи реального времени и автономного управления оборудованием. Упомянутые средства интерфейса, индивидуальные для каждого компонента-сущности – объекта управления, подключены к этому серверу управления оборудованием. Предложенный способ контроля удалённого оборудования предусматривает организацию и использование системы, описанной выше.
Предложенное изобретение поясняется схемами: фиг. 1 – структурная схема системы; фиг. 2 – путь движения команд между управляющим компонентом-сущностью и компонентом-сущностью – объектом управления; и осуществляется описанным ниже образом, не ограничивающим различные варианты исполнения изобретения, в зависимости от конкретной ситуации.
Возможность использования предложенной системы контроля удалённого оборудования и соответственно способа контроля с её использованием основаны на очевидном качественном изменении современных компьютерных средств в сторону роста быстродействия, объемов оперативной памяти и памяти дисковых накопителей. Прогресс компьютерных средств постоянно актуализирует задачи по созданию систем централизованного управления в сложных технических системах, то есть систем сочетающих как функции мониторинга, так и функции управления, создавая одновременно возможности для их решения. В части построения сложных технических систем самого разного назначения технологические возможности современного компьютерного оборудования позволяют рассмотреть составные части системы, основанные на использовании тех или иных аппаратно-программных комплексов в качестве компонентов-сущностей (объектов-сущностей). Тех элементов сложных технических систем, представляющих собой не только набор средств для обработки данных, но и для возможности перенаправления их потоков с соблюдением правил их взаимодействия с хранилищами данных.  (См., также термин «entity» на английском языке, который может быть употреблён в русском языке как «энтитет»).
Основываясь на данном определении, которое характеризует особенности и технологические возможности аппаратно-программных средств и комплексов, можно спроектировать архитектуру сложной технической системы, предназначенной для управления оборудованием, расположенным удалённо, решающим разноплановые технологические задачи и сложным в управлении. Используя оборудование, которое может быть рассмотрено как компоненты-сущности, можно создать сложную техническую систему, обладающую хорошей управляемостью в сочетании с возможностью диагностики её составных элементов. В особенности данная задача актуальна для систем управления радиотехническим комплексом, которые может включать антенную систему, систему управления облучателем, приёмное устройство и т. д.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Предложенная система контроля удалённого оборудования, построенная с использованием описанных выше принципов, может быть представлена в виде нескольких подсистем. В качестве первой подсистемы может быть рассмотрена первая из совокупностей удалённых компонентов-сущностей 1…1 – объектов управления, различающихся функциональным назначением и/или особенностями эксплуатации, каждый из которых оборудован по меньшей мере одним контроллером. Для каждого из компонентов-сущностей 1…1 – объектов управления выделены индивидуальные средства интерфейса 2…2. В качестве второй подсистемы может быть рассмотрена вторая из совокупностей управляющих компонентов-сущностей, внешних для упомянутых удалённых компонентов-сущностей. В состав данной второй совокупности входят компоненты-сущности 3…3, 4, 5, которые являются управляющими для компонентов-сущностей 1…1 – объектов управления. То есть используя компоненты-сущности как на стороне объекта управления 1…1, так и на управляющей стороне, создают систему, обеспечивающую взаимный обмен информации, в том числе пересылку команд управления.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Компонентами-сущностями второй совокупности являются, по меньшей мере: сервер хранения слоёв удалённой базы данных 3…3, сервер связи реального времени и автономного управления 4, сервер управления оборудованием 5. То есть выделен сервер для хранения и управления слоями 3…3 удалённой базы данных, обеспечивающими для каждого из упомянутых компонентов-сущностей 1…1 – объектов управления хранение и выдачу команд управления и приём и хранение таблиц состояний. Сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием 4 подключён к серверу удалённой базы данных. Сервер управления оборудованием 5, обеспечивающий взаимодействие между соответствующими компонентами-сущностями 1…1 – объектами управления и слоями 3…3 удалённой базы данных, подключён к серверу связи реального времени и автономного управления оборудованием 4. Средства интерфейса 2…2 индивидуальны для каждого компонента-сущности 1…1 – объекта управления и подключены к этому серверу управления оборудованием 5. Описанная выше архитектура сложной технической системы, состоящей из компонентов сущностей 1…1, 3…3, 4, 5, обеспечит быструю и надёжную обработку больших объёмов данных, относящихся как к управлению удалёнными объектами, так и к их мониторингу, и станет основой для осуществления способов управления удалённым оборудованием.
1
N
Основным узлом в предложенной системе является сервер удалённой базы данных, запоминающие устройства данного сервера используются для хранения слоёв базы данных 3…3 – высокоуровневых команд управления оборудованием, например выставление оборудования на определённые режимы работы в определённое время. Команды представляют собой записи в базах данных – участки запоминающих устройств, используемые для хранения соответствующих записей, в которых содержатся столбцы с номером режима работы, временами выхода на и из режима и переменными данными (точные значения частотных параметров, данных об азимуте и т.д.). Кроме того, запоминающие устройства сервера удалённой базы данных используются для хранения таблиц данных, принятых с каждого типа оборудования, входящего в состав комплекса (телеметрия, оцифрованные сигналы с приёмников и т. д.).
1
N
1
N
Сервер удалённой базы данных связан с сервером управления оборудованием 5, через сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием 4, необходимый для синхронизации по времени работы оборудования комплекса, например радиотехнического оборудования, и выдачи необходимых указаний. Также, через сервер 4 возможно автономное управление оборудованием при отказе оборудования удалённого управления. Доступ к серверу управления оборудованием организован так, что выборка управляющего узла производится в соответствии с командами диагностической программы, опрашивающей работоспособность канала связи с сервером хранения слоёв удалённой базы данных 3…3 или сервером связи реального времени и автономного управления оборудованием 4. Соответственно сервер хранения слоёв удалённой базы данных 3…3, а также сервер связи реального времени и автономного управления 4 оборудованием и сервер управления оборудованием 5, совокупность данных, хранящихся в памяти серверов, совокупность линий связи образуют набор аппаратных и/или программных интерфейсов, которые будут использованы для передачи команд на управляемые средства, например на средства комплекса радиотехнического оборудования.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Каждое из устройств, входящее в состав управляемого комплекса (например, антенная система, система управления облучателем, приёмное устройство и т. п. для комплекса радиотехнического оборудования) 1…1, а также внешние устройства для данного комплекса 3…3, 4, 5, осуществляющие выдачу заданий и прием информации, как и было указано выше, рассматриваются как компоненты-сущности. Каждый из компонентов-сущностей 1…1, 3…3, 4, 5 представляет собой совокупность аппаратных и/или программных средств, взаимодействующих между собой как внутри самого себя, так и с аппаратными и/или программными средствами вне данного компонента-сущности. Компонент-сущность 1…1, 3…3, 4 или 5 может быть представлен в базах данных соответствующего сервера или контроллера в виде совокупности таблиц, обязательно включающих таблицу команд и таблицу состояний. То есть указанные выше сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием 4 и сервер управления оборудованием 5 также рассматриваются в качестве описанных выше компонентов-сущностей и являются управляющими компонентами-сущностями в предложенной системе. Для выдачи команд на каждую управляемую сущность 1…1, например антенную систему, выделен контроллер, расположенный на стороне управляемого устройства. Для взаимодействия средств управления с каждым из управляющих компонентов-сущностей 3…3, 4 или 5 выделены собственные средства аппаратного и/или программного интерфейса 2…2, то есть индивидуальный интерфейс для каждого компонента-сущности 1…1.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
То есть связь контроллеров компонентов-сущностей 1…1 – объектов управления с сервером, на котором размещены слои 3…3 удалённой базы данных, осуществляется с использованием совокупности команд-посредников (программы-посредника), обслуживающих аппаратную часть интерфейса (например, RS485), а также организующих запросы к таблицам слоёв базы данных 3…3. Таблицы слоёв базы данных 3…3 дешифрируются в команды контроллеров управляемых компонентов-сущностей 1…1 и передаются в него через аппаратную часть интерфейса 2…2 с приёмом ответов, направляемых в таблицу состояний слоёв базы данных 3…3. Предложенная организация движения команд и данных управляемой сложной технической системы обеспечивает использование практически неограниченного числа управляемых компонентов-сущностей 1…1. Число управляющих компонентов-сущностей 3…3, 4, 5 и т.п. также практически не ограничено. Управляющие компоненты-сущности могут быть локальными или удалёнными, конкретное их количество определяется настройками сервера удалённой базы данных, на котором можно выделить множество управляющих компонентов-сущностей 3…3 – слоёв удалённой базы данных, которые представляют собой совокупности участков памяти и компьютерных программ, представляющих собой оконечные автоматы, выдающие команды контроллерам оборудования, осуществляя заключительную часть алгоритма управления.
1
N
1
N
1
N
Команды контроллерам компонентов-сущностей 1…1 – объектов управления содержатся в таблицах – «словарях» базы данных, формируемой на сервере управления оборудованием 5. В данной таблице, содержащей команды контроллерам – низкоуровневые команды, содержатся так же столбцы с числами – 1…n, представляющие линейный алгоритм выполнения низкоуровневых команд контроллеру. Конечный автомат соотносит столбцы с номерами режимов с соответствующими строками из таблицы высокоуровневых команд. Установку переменных значений выполняет сама программа, изменяя по заданному алгоритму команды из таблиц низкоуровневых команд. В результате выполнения каждой высокоуровневой команды каждый компонент-сущность 1…1 – объект управления будет выдавать свою ответную информацию (телеметрию, оцифрованные сигналы с приёмников, признак выполнения/невыполнения и т.д.) в виде таблицы базы данных в соответствующие слои 3…3 базы данных удалённого сервера. В отработанном варианте исполнения оконечное управление осуществляется сервером управления оборудованием 5 через интерфейсы RS-485 в полудуплексном режиме, контроль режима приёма-передачи осуществляется автоматически UART контроллером устройства, которое являет собой физический порт RS-485.
В целом, связь с управляющими контроллерами подсистем может осуществляться при помощи приборных интерфейсов (RS-485, RS-422, RS-232, USB), а также с использованием сетевых технологий по интерфейсу Ethernet и различных протоколов обмена данными (TCP/IP, UDP, IPX), для чего предусмотрено до 8 каналов RS-485, 4 канала USB, а также сетевой Switch на 24 канала Ethernet. Гибкая расширяемая архитектура приборных интерфейсов может быть дооснащена сверх базовой комплектации, при необходимости, могут быть добавлены расширители USB-портов, интерфейсы COM и JPIB. Система может быть использована в построении управляющих иерархических систем, обеспечивая передачу управления и распределение данных между субъектами в таких системах с дооснащением, при необходимости, накопителями и хранилищами данных, а также средствами их защиты и контроля доступа.
В результате использования предложенных системы и способа становится возможным унифицировать управление разнообразным оборудованием через различные интерфейсы благодаря выделению в комплексе оборудования компонентов-сущностей. Система может быть легко доработана вместо целой ПЭВМ до уровня вентильных матриц, что минимизирует габариты систем, а также увеличит их надёжность.
В результате система и способ контроля удалённого оборудования смогут быть использованы в задачах автономного, автоматического и полуавтоматического управления объектами и системами различного назначения. Соответственно может быть выделен неисчерпывающий перечень направлений использования предложенной системы контроля удалённого оборудования и соответственно способ её эксплуатации:
- управление сложными радиотехническими объектами (радиолокационные и гидроакустические станции, системы управления частотными ресурсами, радиотелескопы различных типов и назначения);
- управление технологическими линиями, системами мониторинга и сбора данных, например распределёнными информационно-измерительными сетями, использующимися в геологии, сейсморазведке, системах раннего предупреждения о землетрясениях, системах наблюдения за климатическими параметрами и т.п.;
- комплексное управление реанимационного оборудования и медицинского послеоперационного мониторинга;
- организация систем сбора данных и управление оборудованием для микробиологических исследований;
- системы охранной и пожарной сигнализации, системы контроля допуска и автоматической защиты объектов различных категорий;
- системы контроля и диагностики состояния технических объектов высокой сложности, том числе автомобилей, самолетов, локомотивов и вагонов, железнодорожного путевого хозяйства и устройствами автоматизации научных исследований.