Способ телемеханического контроля и управления удаленными объектами
METHOD OF TELEMECHANICAL CONTROL AND MANAGEMENT OF REMOTE OBJECTS

Изобретение относится к средствам телемеханического контроля и управления объектами и может быть использовано как способ построения систем телемеханического контроля в области автоматизации: бизнес-процессов в сфере эксплуатации жилья и объектов инфраструктуры жилищно-коммунального хозяйства (автоматизированная система управления средствами жизнеобеспечения и комфорта), бизнес-процессов в промышленной сфере (средства телемеханического контроля за состоянием объектов), содержания жилья его владельцами (автоматизированная система управления средствами жизнеобеспечения и комфорта).
Из уровня техники известен способ контроля и регулирования режима работы трубопровода, в котором сбор информации реализуют посредством узла средств измерений и микропроцессорного контроллера, передачу первичных данных от контролируемого пункта к пункту управления осуществляют посредством применения радиомодемов, в качестве устройства сбора и обработки данных в пункте управления используют компьютерную станцию (патент РФ №2304740, МПК F17D 5/00, опубликовано 20.08.2007 г.).
Способ можно охарактеризовать следующими недостатками:
- в способе не прослеживается унификация системы сбора данных и управления, применение первичной аппаратуры ориентировано на сбор данных о режиме работы трубопровода;
- использование выделенного радиоканала не является оптимальным решением в условиях существования покрытия территорий стандартной сотовой связью, например GSM 900/1800;
- применение в качестве устройства сбора данных и управления обособленной локальной компьютерной станции не позволяет организовать просмотр и обработку данных на других компьютерных станциях, имеющих выход в локальные или глобальные компьютерные сети.
Наиболее близким техническим решением является способ телемеханического контроля и управления удаленными объектами, включающий установку на удаленных объектах контроллеров телеуправления, применение каналов связи, установку в центре сбора и обработки данных выделенного Internet-сервера со статическим IP-адресом и сервера сбора, обработки данных, сбор массивов первичных данных и выдачу управляющих команд на исполнительные механизмы удаленных объектов посредством контроллеров телеуправления, приемопередачу данных с использованием программного протокола на основе стека TCP/IP сервиса GPRS сотовой связи GSM, обработку данных с применением средств программного обеспечения, визуализацию, хранение, реализацию доступа к данным, а также использование автоматизированных рабочих мест, при этом сформированные с помощью контроллеров телеуправления TCP/IP-пакеты с данными передают на сервер сбора и обработки данных, который функционально совмещают с выделенным Internet-сервером со статическим IP-адресом на одной программно-аппаратной платформе с получением единого сервера телемеханики, на едином сервере телемеханики устанавливают комплекс серверных программных средств для обеспечения приемопередачи, визуализации, обработки и хранения данных, при этом просмотр данных об удаленных объектах и выдачу команд управления организуют при использовании стандартных Web-браузеров с заданием IP-адреса единого сервера телемеханики (патент РФ №2455768, МПК Н04Н 60/76, опубликовано 10.07.2012 г.).
Недостатки данного технического решения в том, что в качестве компонентов 1-го уровня источников информации используются программируемые логические контроллеры, которые не обеспечивают современных требований к трафику данных между источниками данных и сервером телемеханики, каналы связи обеспечиваются системой из нескольких компонентов - модемы GSM GPRS, каналы периферийной связи, антенно-фидерные устройства контроллеров телеуправления, GSM GPRS каналы приемопередачи данных, антенно-фидерные устройства мобильного оператора, GSM GPRS сервер мобильного оператора связи, Internet-канал связи с сервером телемеханики; таким образом, отказ любого из компонентов этой системы приведет к снижению быстродействия системы (повторный обмен данными), потере либо неактуальности данных.
Кроме того:
- компоненты архитектуры системы, выполняющие функции сбора данных, визуализации, обработки и хранения данных, выполнены в виде подпрограмм (процедур) с жестко заданным порядком взаимодействия с ядром в отличие от модульного принципа построения ядра, что накладывает определенные ограничения на функциональные возможности системы;
- способ обладает более узкой сферой прикладных задач (бизнес-процессов) ввиду жестко регламентируемых правил привязки данных - набор данных и свойств объекта жестко привязан к определенному типу объекта (отсутствует возможность создания новых моделей и структур объектов с различными свойствами), отсутствует возможность поддержки различных синтаксисов системы управления базой данных (СУБД), поскольку поддерживается только синтаксис MySQL, и, как следствие, отсутствует возможность использования в качестве источника базы данных (БД) сторонних систем.
Задачей изобретения является увеличение быстродействия, расширение функциональных возможностей способа управления и обеспечение современных требований к сохранности данных.
Технический результат заключается в повышении эффективности управления удаленными объектами.
Поставленная задача решается способом телемеханического контроля и управления удаленными объектами с помощью сервера телемеханики, на котором устанавливают комплекс программных средств для обеспечения приемопередачи, визуализации, обработки и хранения данных, включающим установку на удаленных объектах контроллеров телеуправления, применение каналов связи, сбор массивов первичных данных и выдачу управляющих команд на исполнительные механизмы удаленных объектов посредством контроллеров телеуправления, приемопередачу данных и их обработку с применением средств программного обеспечения, визуализацию, хранение, реализацию доступа к данным, а также использование автоматизированных рабочих мест, причем пакеты с данными передают на сервер телемеханики, а просмотр данных об удаленных объектах и выдачу команд управления организуют при использовании стандартных Web-браузеров с заданием IP-адреса сервера телемеханики, в котором в отличие от прототипа в качестве контроллеров телеуправления используют микрокомпьютеры, с помощью которых обеспечивают сбор, архивирование, хранение на подключаемом жестком диске оперативного архива данных, передачу данных на единый сервер телемеханики, причем в качестве источников данных используют помимо микрокомпьютеров базы данных сторонних систем, интегрируемых в единую систему телемеханического контроля, а приемопередачу данных осуществляют по защищенному каналу связи через VPN-шлюз, обеспечивая за счет программных средств, устанавливаемых на сервере телемеханики, организацию скоростного трафика данных и минимизацию сетевого трафика за счет кэширования данных.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что в качестве контроллеров телеуправления используются микрокомпьютеры на базе одноплатных ПК, обеспечивающие выполнение алгоритма управления объектом, сбор, архивирование, хранение на подключаемом жестком диске промежуточного (оперативного) архива данных, прием и передачу данных на единый сервер телемеханики через VPN-шлюз, в качестве источников данных наряду с микрокомпьютерами используются базы данных сторонних систем (MS SQL, MySQL, Oracle), интегрируемых в единую систему телемеханического контроля, в качестве канала обмена данными между микрокомпьютерами и сервером применяется защищенный канал передачи данных по сети Internet через VPN-шлюз, что позволяет использовать существующие возможности по организации высокоскоростных каналов связи (не менее 50 Мб/с).
Комплекс программных средств, устанавливаемых на едином сервере телемеханики, кроме поддержки вышеуказанного функционала, обеспечивает минимизацию сетевого трафика между сервером телемеханики и терминальными устройствами пользователей за счет кэширования данных и использования многостраничных вкладок, универсальность целевого назначения системы (от информационных справочников до MES систем) за счет использования модульного принципа организации взаимодействия компонентов системы (единое адресное пространство модулей), универсальность области прикладных задач (бизнес-процессов) за счет объектно-типизированного принципа построения иерархической структуры данных (отделение хранимых данных - свойств, значений, параметров от метаданных), универсальность путем поддержки различных синтаксисов баз данных (возможность интеграции с различными СУБД - MS SQL, MySQL, Oracle), унификацию информации, полученной с различных источников данных - микрокомпьютеров, БД сторонних систем, терминальных устройств, поддерживающих все доступные протоколы связи, включая проприетарные, за счет организации единства обработки наборов данных, возможность штатного (в любой момент без ущерба текущим задачам системы) изменения вида и функционала HMI - приложения для любого клиента (серверное построение HMI «на лету»).
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена архитектура телемеханической системы контроля и управления удаленными объектами, на фиг. 2 - структурная схема комплекса программных средств, устанавливаемых на едином сервере телемеханики, на фиг. 3 - пример реализации способа на индивидуальных тепловых пунктах зданий.
Система (фиг. 1) имеет 3-уровневую структуру и содержит удаленные объекты 1 с установленными на них микрокомпьютерами 2, каналы периферийной связи 3, единый сервер телемеханики 4, на котором установлен комплекс серверных программных средств 5, состоящий из программного обеспечения системной поддержки 6 (операционная система), программного обеспечения сервисной поддержки 7 (сервер базы данных, Veb-сервер), прикладного программного обеспечения 8 (совокупность исполняемого кода для реализации функций в области прикладных задач), информационные каналы связи 9, автоматизированные рабочие места (АРМ) 10.
Комплекс серверных программных средств 5 определяет их функциональное взаимодействие в системе. Совокупность компонентов, входящих в состав прикладного программного обеспечения 8 (фиг. 2), по функциональному назначению можно разделить на подсистему поддержки программных средств 11 и подсистему поддержки пользовательских приложений 12. Подсистема поддержки программных средств 11 реализует механизмы управления компонентами программного обеспечения сервисной поддержки 7 веб-сервером 13 и подсистемой хранения данных 14, которая представляет собой локальную БД, управляемую посредством стандартных средств СУБД (например - MySQL). Подсистема сбора данных 15 определяет необходимость получения значений данных от микрокомпьютеров 2 путем анализа соответствующих таблиц в подсистеме хранения данных 14 (что и откуда взять, как обработать и куда записать), формирует соответствующий запрос к микрокомпьютеру 2 и обновляет соответствующий массив подсистемы хранения данных 14. Подсистема поддержки пользовательских приложений 12 обеспечивает поддержку функционала HMI и представляет собой набор функционально законченных программных модулей: модуль формирования отчетов 16, модуль генерации событий и сообщений 17, модуль построения графических сводок 18, модуль средств администрирования 19, модуль средств конфигурирования системы 20, модуль визуализации данных 21, который содержит информацию о структуре пользовательских интерфейсов и средства для их редактирования и создания (шаблоны). Веб-сервер поддержки пользовательских веб-приложений 13 (Apache) обеспечивает возможность быстрого создания динамических веб-приложений доступа к данным через терминальные устройства на АРМ 10.
Микрокомпьютер 2 через VPN -шлюз по каналу периферийной связи 3 передает периодически или по запросу архив накопленных за период опроса значений данных о состоянии контролируемого пункта (территориально удаленного объекта автоматизации) 1 на сервер телемеханики 4. Сервер 4 с помощью совокупности установленного на нем программного обеспечения 5 по информационному каналу связи 9 через VPN-шлюз передает необходимый объем информации на терминальные устройства пользователей 10, каждое из которых представляет собой автоматизированное рабочее место (АРМ), реализованное как человекомашинный интерфейс (HMI). Человекомашинный интерфейс - это совокупность пользователя и терминального устройства для отображения информации и инициации управляющих воздействий.
Примером практического применения предложенного изобретения является способ управления индивидуальными тепловыми пунктами зданий детского школьного учреждения «Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №15» по адресу г. Стерлитамак, ул. Шаймуратова, 9». Схема автоматизированной системы управления индивидуальными тепловыми пунктами разработана на основании технических условий на реконструкцию индивидуального теплового пункта №03-1702 от 28.03.2013 г., выданных ООО «Стерлитамакские тепловые сети» (фиг. 3).
На каждом из удаленных объектов - индивидуальном тепловом пункте (ИТП) 1 устанавливается следующая совокупность компонентов: микрокомпьютер 2 с VPN-шлюзом 22 и жестким диском 23, модули сопряжения 24, средства автоматизации ИТП 25. Микрокомпьютер 2 через VPN-шлюз 22 по каналу периферийной связи 3 посредством существующей городской сети интернет 26 периодически либо по запросу передает архив данных, накопленных за период опроса, на сервер 4 с установленным комплексом серверных программных средств 5. Сервер 4 по каналу связи 9 через VPN-шлюз передает необходимый объем информации на терминальные устройства пользователей (АРМ) 10. Управление ИТП осуществляется автоматически по алгоритму, реализованному в виде файла, входящего в состав программного обеспечения микрокомпьютера 2. Дистанционное ручное управление ИТП осуществляется посредством терминального устройства на АРМ10 путем передачи соответствующих команд по каналу связи 9 через VPN-шлюз на сервер 4 и далее по каналу периферийной связи 3 через городскую сеть интернет 26 через VPN-шлюз 22 на микрокомпьютер 2. При этом обеспечивается реализация современных требований к сохранности данных за счет использования резервных хранилищ на жестких дисках 23 и скорости обмена данных за счет использования возможностей городской сети интернет 26.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить эффективность управления удаленными объектами.