Система мониторинга и контроля температуры и влажности при складировании и перевозке скоропортящихся грузов
TEMPERATURE AND HUMIDITY MONITORING AND CONTROL SYSTEM DURING STORAGE AND TRANSPORTATION OF PERISHABLE CARGOES

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к системам «online» мониторинга и контроля фактической температуры и влажности груза внутри рефрижераторов и холодильных установок (камер) при перевозках и складировании скоропортящихся грузов. К грузам (товарам), подлежащим температурному контролю, в основном, относят пищевые продукты, фармацевтические препараты и отдельные виды химикатов и электронных компонентов. Таким образом, заявленная система предназначена для «online» мониторинга и контроля фактической температуры и/или влажности груза (товара), складируемого или перевозимого железнодорожным, автомобильным, морским или авиатранспортом в рефрижераторах или холодильных устаноИз уровня техники известна заявка RU 2017132146 А, опубликованная 19.03.2019, в которой раскрыта система для дистанционного управления транспортными средствами, содержащая: единый центр управления, выбора маршрута и контроля; одного или более поставщиков услуг мобильной телефонной связи; одного или более поставщиков транспортных услуг; одно или более транспортных средств, выполненных с возможностью выполнения назначенных задач и подлежащих приведению в действие дистанционно, автоматически или вручную, при этом параметрами, которыми управляют и которые проверяют автоматически и непрерывно система автоматического управления транспортным средством, единый командный центр, выбора маршрута и управления и поставщик услуг мобильной телефонной связи, являются: высота; скорость; географическое положение; маршрут, от точки до точки; влажность; температура; ускорение и замедление; магнитное поле; при этом сеть сотовой связи выполнена с возможностью поддержания открытыми, в режиме реального времени, каналов связи для голоса и/или данных между транспортным средством и поставщиком услуг мобильной телефонной связи.
Недостатком данного решения является то, что система контролирующая температуру в транспортном средстве является сложной и передает избыточное количество данных, в результате чего возможны коллизии и сбои, в связи с громоздкостью системы мониторинга, а также в данной системе отсутствует возможность контроля температуры непосредственно груза или продуктов, из-за недостаточной точности измерений стационарных штатных систем контроля, которые измеряют температуру воздуха непосредственно в месте установки датчика - на полу, стене, потолке, но не на поверхности перевозимого груза. Кроме того, данная система ограничена набором исполнений контрольных датчиков и каналами передачи, как от датчиков к устройствам передачи данных, так и от устройств передачи данных на сервер мониторинга.
Задачей заявленного решения является создание системы «online» мониторинга и контроля фактической температуры и/или влажности при перевозках и складировании скоропортящегося груза.
Техническим результатом является предупреждение порчи и утраты скоропортящегося груза путем осуществления «online» мониторинга и контроля складируемого и/или перевозимого груза, посредством использования облачного сервера со специализированным программным обеспечением, пользовательского мобильного приложения для смартфонов и планшетных компьютеров с операционными системами IOS и/или Android для считывания и внесения данных в систему мониторинга и контроля и применения специализированного измерительного и передающего оборудования, располагаемого в коробках с грузом и/или, непосредственно, на поверхности груза, и/или в паллетах с грузом, а также, на полу, потолке и стенах рефрижераторной секции (камеры), для контроля фактических значений температуры и/или влажности, удаленного выявления критических состояний, и, как следствие, своевременного устранения неполадок в работе холодильного оборудования.
Достигается данный технический результат тем, что в состав системы мониторинга и контроля температуры и/или влажности при складировании и перевозке груза, входит внешний герметичный модуль со встроенными антеннами, батареей автономного питания, модемом передачи данных со спутниковым трекером, который осуществляет сбор текущих координат транспортного средства с помощью не менее 4 спутниковых группировок, причем, внешний герметичный модуль устанавливается снаружи рефрижераторной секции, и соединяется по проводному каналу с внутренним герметичным модулем, а именно, ретранслятором, который устанавливается внутри рефрижераторной секции, или используется совмещенный герметичный модуль ретранслятора, соединенный со спутниковым трекером и модемом передачи данных в одном едином корпусе, который устанавливается внутри рефрижераторной секции или снаружи рефрижераторной секции с соответствующими внешними или внутренними антеннами.
Причем, во всех вышеуказанных вариантах исполнения и закрепления модулей, ретранслятор имеет собственный встроенный проводной датчик температуры и/или влажности, и обеспечивает автоматическое соединение с находящимися внутри холодильной камеры, рефрижератора, магазина или склада в радиусе его действия беспроводными датчиками температуры и/или влажности, опрос которых, производится по радиоканалу на частотах нелицензируемого диапазона 433 МГц и 868 Мгц с заданной периодичностью и, затем, передает полученные данные на трекер с использованием одного из требуемых потребителем интерфейсов RS485, RS422, RS232, CAN или Ethernet, который, в свою очередь, передает их на удаленный облачный сервер мониторинга через модем передачи данных, используя канал GPRS или канал спутниковой связи Inmarsat, Iridium, или Thuraya. Причем, трекер, модем передачи данных и ретранслятор, подключены к бортовой сети рефрижераторной секции, причем программное обеспечение системы мониторинга и контроля выполнено с возможностью присваивания комплекта измерительного оборудования тому или иному рефрижератору, или холодильной камере, а беспроводные датчики температуры и/или влажности имеют ряд различных специальных конструктивных исполнений, которые позволяют их устанавливать, согласно своему идентификационному номеру, для их однозначной идентификации в коробках с грузом, и/или, непосредственно, на поверхность груза, и/или в паллеты с грузом, а также на пол, потолок или стены рефрижераторной секции.
Активация рабочего режима датчиков температуры и/или влажности осуществляется путем инициирования процесса передачи данных с помощью создания магнитного поля, посредством поднесения миниатюрного магнита в зоне расположения герконового нормально разомкнутого переключателя, который переводит переключатель в замкнутое положение и выводит контроллер датчика из спящего режима.
Передача данных между ретранслятором и контрольными датчиками осуществляется на частоте 433 МГч и/или 868 Мгц. Также, на беспроводных датчиках температуры и/или влажности нанесен специализированный штрих-код и/или QR-код, позволяющий однозначно идентифицировать (определить) тип датчика, его артикул и идентификационный номер, а с помощью их сканирования и связи с сервером, возможно присваивание датчиков тому или иному рефрижератору. Причем сканирование штрих-кода и QR-кода позволяет пользователю автоматически вызвать загрузку соответствующего мобильного приложения на смартфоне или планшетном компьютере, и затем, осуществить привязку того или иного датчика к конкретной учетной записи. Каждый датчик при опросе передает следующие данные: а именно идентификационный (ID) номер датчика, сетевой номер, уровень заряда батареи, а также значения температуры и влажности. Кроме этого, система содержит беспроводной датчик открытия двери, который передает информацию на трекер через ретранслятор. Ретранслятор выполнен с возможностью передачи данных передачи данных по интерфейсам RS485, RS422, RS232, CAN или Ethernet на трекер или модем, которые далее передают данные на удаленный сервер мониторинга и контроля с использованием технологий передачи данных GPRS, 3G, 4G, SMS или по каналам спутниковой связи Inmarsat, Iridium, Thuraya.
В другом варианте исполнения, ретранслятор выполнен с возможностью передачи данных по любому из интерфейсов RS485, RS422, RS232, CAN или Ethernet для подключения к существующему бортовому спутниковому, GSM, NB-IoT и/или LoRaWAN оборудованию или сети интернет через Ethernet шлюз, для последующей передачи данных на сервер мониторинга.
Система выполнена с возможностью сохранения (архивирования) результатов измерений на сервере мониторинга в течение неограниченного периода времени, а также, с функциями визуализации результатов измерений, настройки критических порогов температур для различных групп товаров, формирования соответствующих уведомлений по электронной почте, в виде всплывающих сообщений или отсылке SMS уполномоченным лицам, а также, с возможностью формирования выборочных и плановых отчетов о фактических температурных режимах перевозки и складирования за выбранный период времени с отображением маршрута, температуры и/или влажности каждого датчика в соответствии с его нахождением в том или ином грузе или холодильной камере. Дополнительно, в системе предусмотрена возможность использования беспроводных датчиков температуры и влажности с дополнительным каналом NFC, UHF и/или BLE для передачи данных на RFID считыватель, смартфон или планшетный компьютер с операционной системой IOS и/или Android пользователя, а также, предусмотрена возможность распечатки результатов измерений посредством подключения по каналу Bluetooth к мобильному принтеру.
Создание данной системы вызвано необходимостью организации автоматического контроля холодовой цепи, а именно, утвержденных для разных типов (товарных групп) продукции, режимов температуры и влажности при перевозке скоропортящихся пищевых грузов, медикаментов и специализированных химикатов в различные регионы, с целью соблюдения температурного и влажностного режима, наряду с жесткими предельными сроками нахождения в транспортной цепи в связи с ужесточением требований перевозок таких грузов.
Краткое описание чертежей:
Общая схема взаимодействия компонентов системы представлена на фиг. 1.
Схема расположения оборудования в транспортном средстве и передача данных на сервер представлена на фиг. 2.
Варианты считывания меток посредством сканеров (телефона/смартфона) представлены на фиг. 3.
Вариант схемы расположения оборудования (с ЭЗПУ) в транспортном средстве и передача данных на сервер представлен на фиг. 4.
Варианты считывателей и ЭЗПУ и возможные частоты их работы представлены на фиг. 5.
В состав системы входят следующие основные компоненты:
Спутниковый Глонасс/GPS-трекер 1 - располагается снаружи или внутри рефрижераторной секции в герметичном корпусе, имеет встроенные или внешние антенны и батарею, обеспечивающую автономную работу устройства до 12 часов. Штатное питание трекера 1 обеспечивается подключением к бортовой сети рефрижераторной секции. Трекер 1 получает данные от находящихся внутри беспроводных датчиков с помощью ретранслятора, посредством интерфейса передачи данных - RS485, RS422, RS232, CAN или Ethernet, и передает их на удаленный сервер мониторинга 2, в том числе, снабженный облачным хранилищем и сервисами, реализованными с помощью облачных технологий для удаленного доступа к данной информации как конечных пользователей, так и диспетчеров для постоянного контроля состояния груза.
Трекер 1 содержит спутниковый приемник, который может работать с разными спутниковыми системами, например, GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, с помощью которого он определяет свои текущие координаты, а также встроенный или внешний модем 3 передачи данных NB-IoT, LoRaWAN и/или GSM, передающий данные с помощью технологии GPRS, SMS или модем спутниковой связи Inmarsat, Iridium или Thuraya для отправки информации на сервер мониторинга 2 и контроля с предустановленным специальным программным обеспечением. Кроме спутникового приемника и модема 3 передачи данных, важными техническими элементами трекера 1 является спутниковая антенна, которая бывает как внешняя, так и встроенная в трекер; аккумуляторная батарея для обеспечения автономной работы; встроенная память для хранения данных, в случае невозможности их отправки на сервер ввиду отсутствия канала связи.
Ретранслятор (концентратор) 4 - находится в герметичном корпусе, который устанавливается внутри или снаружи секции, имеет собственный датчик температуры и/или влажности, встроенную или внешнюю антенну, и, дополнительно, обеспечивает опрос с заданной периодичностью находящихся в радиусе его действия автономных беспроводных датчиков температуры 5. Полученные результаты ретранслятор 4 передает на трекер 1 посредством интерфейса передачи данных - RS485, RS422, RS232, CAN или Ethernet.
Беспроводные датчики температуры (метки) 5 имеют ряд различных конструктивных исполнений и располагаются непосредственно внутри коробок, упаковок, на или в грузе, в паллете с перевозимым грузом, на полу, потолке, стенах рефрижератора или холодильной установки, причем осуществляют измерения температуры и передачу полученных результатов на ретранслятор 4 с базовой периодичностью от 1 раза каждые 5 секунд, до любого заданного временного периода. Количество датчиков, которые передают данные на ретранслятор 4, зависит от перевозимого груза, размеров холодильной камеры и технического задания потребителя (от 1 до 64 шт). Датчики 5 передают восьмизначный идентификационный (ID) номер датчика, сетевой номер датчика, уровень заряда батареи, значения температуры и/или влажности (является дополнительной опцией).
В зависимости от типа продукции система мониторинга контролирует следующие основные температурные диапазоны:
+4…+10°С - для хранения и перевозки овощей, фруктов и кондитерских Изделий;
+2…+8°С - для медицинских препаратов;
+2…+7°С - для охлажденной мясной, рыбной и молочной продукции;
-25…-15°С - для мороженого;
-18°С - для замороженного мяса, рыбы, птицы и полуфабрикатов;
-45°С - для продуктов мгновенной заморозки.
Система осуществляет мониторинг и контроль влажности в диапазоне от 20 до 99%.
При этом, система выполнена с возможностью отправки тревожных сообщений пользователю на заранее выбранный номер посредством отправки уведомлений по SMS, в виде электронного письма (e-mail), или посредством всплывающего PUSH-сообщения в личном кабинете на облачном сервере, в случае приближения к критической отметке порогового значения температуры и влажности, который, предварительно устанавливается вручную диспетчером и/или пользователем системы или автоматически, с помощью программного обеспечения сервера мониторинга 2 в зависимости от выбранного типа перевозимого груза. Отправка сообщений может быть реализована непосредственно через спутниковый трекер 1 или с сервера мониторинга 2 посредством специализированного оборудования и программного обеспечения.
Внешний герметичный модуль, содержащий трекер 1, стационарно закрепляется с внешней стороны рефрижераторной секции и подключается к бортовой сети. Внутри секции стационарно располагается ретранслятор 4 и соединяется кабелем через сквозное отверстие с трекером 1. С помощью универсального (локального) радиосчитывателя проверяется статус меток (уровень батареи, уровень сигнала и факт наличия обмена данными) перед выдачей водителю или экспедитору.
Опционально, с помощью специализированного программного обеспечения, установленного на стационарном персональном компьютере, возможно сканирование штрих-кода и/или QR-кода беспроводного температурного датчика и автоматическое «присваивание» метки тому или иному рефрижератору (грузовику, холодильной камере, складскому помещению), а также, осуществление контроля обмена пакетами между датчиками (3-8) и ретранслятором 4 и контроля получения данных на облачном сервере системы мониторинга 2. Таким образом, данная система мониторинга и контроля, позволяет получать и анализировать информацию о маршруте или местоположении, температуре и влажности груза, состоянии режимов работы рефрижератора и/или холодильной установки в заданный временной период, а также, своевременно формировать уведомления о нарушении условий перевозки и/или хранения, или приближении к критическим пороговым значениям температуры и влажности груза, перевозимого автомобильным или железнодорожным транспортом, а так же, находящегося на стационарных объектах - магазинах, складах и логистических распределительных центрах.
Также, у системы имеются следующие важные функциональные возможности:
- Систематизация и анализ полученных данных;
- Визуализация результатов измерений в «личном кабинете» пользователя;
- Настройка критических предельных значений температуры;
- Настройка уведомлений;
- Формирование отчетов о фактических температурных режимах перевозки за выбранный период;
- Администрирование, присваивание комплекта измерительного оборудования тому или иному транспортному средству и учетной записи пользователя;
- Хранение и архивирование полученных данных.
Кроме этого, благодаря использованию WEB-интерфейса доступ к данным возможен из любой точки доступа в Интернет как для диспетчеров и уполномоченных лиц транспортных компаний, так и для конечных потребителей перевозимых грузов. Возможен вариант исполнения совмещенного модуля ретранслятора 4 с трекером 1 в одном боксе с защитой IP67 или IP68. Также, имеется возможность использования температурного датчика (метки) 5 с дополнительным каналом NFC (13,56 МГц), UHF (860-960 МГц) или BLE (2,4 ГГц) для передачи записанных данных (лога) и текущих данных на стационарный или ручной RFID-считыватель 6 или смартфон (планшетный компьютер) 7 пользователя или водителя. Кроме этого, возможно предоставление протокола передачи данных по одному из интерфейсов RS485, RS422, RS232, CAN или Ethernet для подключения к существующему на транспортном средстве бортовому ГЛОНАСС/GSM оборудованию. А также, возможность распечатки результатов замеров температур через мобильный принтер 8, например, с помощью смартфона или планшетного компьютера с операционной системой IOS и/или Android и специализированного мобильного приложения.
Система содержит беспроводной датчик 9 текущего статуса двери, определяющий факт открытия или закрытия, и передающий информацию через ретранслятор на спутниковый трекер или модем передачи данных и, далее на сервер мониторинга.
Применение системы обеспечивает необходимый мониторинг и контроль за соблюдением требуемого температурного и влажностного режима для конкретных категорий грузов, а также, позволяет выявлять случаи неисправности рефрижератора и/или холодильной камеры.