CC BY
101
УДК 62-783.2:004.9
Автоматизированная система удаленного мониторинга производственного помещения
Д.В. Виноградов, Д.И. Попов
Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2А e-mail: [email protected]
В настоящее время на большинстве предприятий существует необходимость поддержания стабильного, безопасного и оптимального режима работы производственного оборудования [1], выполняющего большую часть производственных процессов. Для того чтобы увеличить надежность, качество и сроки службы работы аппаратуры необходимо создать соответствующие условия, в том числе и постоянный контроль условий эксплуатации. Например, для помещений оснащенных вычислительной техникой (компьютерами, серверами), существуют следующие требования [2]:
• температура воздуха в помещении должна быть в пределах от 15 до 32°C, а рекомендованная - от 18 до 27°C. Высокая температура может привести к сбоям в работе компьютерной техники, в том числе к полному или временному отказу оборудования;
• помещение должно отвечать требованиям противопожарной безопасности. Помимо различного рода систем вентиляции, нагнетания воздуха и удаления дыма и, непосредственно, пожаротушения, должна работать и система мониторинга уровня задымленности и контроля температуры.
• влажность воздуха должна лежать в диапазоне от 30 до 55% или же от 40 до 55% без конденсации влаги. В случае, если уровень влажности будет выше, вода, находящаяся в воз-
30
духе, будет конденсироваться на платах оборудования и приводить к окислению контактов и к замыканиям. Если же влажность, наоборот, слишком низкая, по сравнению с нормой, могут возникнуть проблемы с электростатическими зарядами. И снова в этом случае дорогостоящее оборудование может выйти из строя.
Для многих предприятий и организаций также очень важно защитить всю информацию, которая хранится на серверах. Для этого необходимо оснастить помещение замком на входной двери, а также оповещающей системой обнаружения движения и видеонаблюдения.
Системы на базе Arduino [3], в отличие от обычных персональных компьютеров, могут взаимодействовать с физической средой, что значительно расширяет область их применения, позволяет выйти за границы виртуальности и является средством коммуникации между виртуальным миром и реальным.
Все это выполняется посредством датчиков и различных исполняющих механизмов, которые подключаются к множеству входов и выходов на плате и позволяют, например, измерять влажность воздуха, давление, температуру, задымление, положение тела в пространстве и даже электромагнитный фон и многое другое.
Среди преимуществ Arduino следует отметить:
• кроссплатформенность - в отличие от некоторых других подобных систем, программное обеспечение Arduino работает не только под Windows, но и под Mac OS X и Linux [4];
• ориентированность на непрофессиональных пользователей - необязательно быть знатоком робототехники или программирования, чтобы научиться создавать простые проекты на Arduino, можно, например, воспользоваться стандартными библиотеками для автоматизации каких-либо процессов, а язык программирования представляет собой реализацию платформы Wiring, основанной на мультимедийной среде Processing. Он является простым и понятным в изучении даже для начинающих программистов;
• доступная среда разработки - среду разработки Arduino можно бесплатно скачать с официального сайта, и она доступна всем желающим;
• открытая архитектура - можно свободно копировать и дополнять линейку продуктов Arduino;
• доступность - плату, совместимую с Arduino можно приобрести меньше, чем за 30 долларов в любых специализированных магазинах;
• простота в конструировании - все компоненты платы Arduino спроектированы так, что при необходимости их
31
можно расширять и добавлять в устройство новые компоненты;
• компактность - сама плата и совместимые с ней компоненты имеют габариты едва большие, чем у спичечного коробка, что позволяет проектировать компактные, но в то же время многофункциональные устройства.
Именно поэтому для обеспечения безопасности производственных помещений предлагается создание и использование устройств на базе платы Arduino.
Аппаратная часть:
• плата Arduino Uno, выступающая в роли центрального процессора устройства;
• Ethernet-модуль ENC28J60 - сетевой модуль для отправки данных на web-сервер;
• макетная плата Breadboard Mini - специальная доска для прототипирования, которая позволяет быстро и удобно собирать электрические схемы;
• инфракрасный датчик движения - пироэлектрический сенсор, позволяющий фиксировать движение теплых объектов, в частности, людей;
• датчик температуры и влажности DHT11 для измерения относительной влажности и температуры окружающего воздуха;
• датчик газа MQ2 для обнаружения в окружающем воздухе углеводородных газов, дыма и водорода; идеально подходит для обнаружения задымления в помещении.
Программная часть:
• Arduino IDE - интегрированная среда разработки Arduino, состоящая из встроенного текстового редактора программного кода, консоли, области сообщений и панели инструментов и подключающаяся к аппаратной части Arduino для загрузки скетчей (программ) и связи с устройствами;
• Python IDLE - интегрированная среда разработки на языке Python, позволяющая, в отличие от обычных текстовых редакторов, быстро и удобно редактировать программы и имеющая встроенную систему отладки;
• Web Browser - программное обеспечение для просмотра созданной web-страницы с данными, полученными с датчиков.
Схема устройства выглядит следующим образом (рис. 1).
Описание работы устройства. С датчиков температуры, дыма и движения, подключенным к Arduino через макетную плату с определенным интервалом, считываются показания и посредством Ethernet-модуля отправляются на сгенерированную web-страницу. В случае нестандартных ситуаций персоналу по e-mail высылается соот-
32
Рис. 1. Схема устройства
ветствующее сообщение. Примерами таких ситуаций могут служить: резкое повышение температуры и ее выход за установленные нормами пределы; наличие задымления или наличие движения в помещении.
Таким образом, разработанная система позволяет вести мониторинг состояния производственного помещения и своевременно реагировать в ситуациях, несущих угрозу оборудованию. В качестве возможных расширений предложенной архитектуры можно предложить включение в контур системы модуля СМС-оповещений по факту изменения нормальных (стандартных) показателей датчиков, а также интеллектуальных модулей на основе алгоритмов адаптации [5] с использованием нечеткой логики [6].
Библиографический список
1. БуровД.А, ОстроухА.В, ПоповД.И. Проблемы и перспективы внедрения компонентов CALS-технологии на промышленных предприятиях // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. - 2008. - № 130. -С. 138-146.
2. Правительство РФ // Технические требования к зданиям и помещениям для установки средств вычислительной техники.
3. Massimo Banzi // Getting Started with Arduino. O'Reilly Media,
2009.
4. Соммер У // Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. - М.: БХВ-Петербург, 2012.
5. Попов Д.И, Демидов Д.Г. Адаптивная стратегия обучения персонала предприятий// В мире научных открытий. - 2011. - № 9. -С. 65-71.
6. PopovD.I. Adaptive testing algorithm based on fuzzy logic // International Journal of Advanced Studies. - 2013. - Т. 3. - № 4. - P. 23-27.
33
