СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

А.М. Винограденко

кандидат технических наук

Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого

А.В. Кузнецов

Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

АННОТАЦИЯ. Материал статьи посвящен исследованию вопроса мониторинга технического состояния эксплуатируемых систем и объектов связи военного назначения. Проводится описание процессов снятия измерительной информации о состоянии контролируемых объектов, с учетом приоритета замены (обслуживания), вышедшего из строя электронного модуля этого объекта. Приоритетность заявок на обслуживание, поступающих с датчиков, определена динамикой роста контролируемых параметров объектов к установленным допускам, что дает возможность прогнозировать приоритет поступающей заявки. Представлен граф состояний первой подсистемы моделируемой телеметрической системы, отображающий состояния контролируемых объектов при которых происходит обслуживание заявок разных приоритетов. Особое внимание уделено способу идентификации контролируемых объектов с использованием FRID-технологии, позволяющему создать аппаратно-программную платформу, размещаемую на базе существующих аппаратных технического обслуживания и предназначенной для сбора данных об идентифицируемых мобильных объектах и обработки этих данных.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: автоматизированные измерительные комплексы, аппаратные технического обслуживания, контролируемые объекты, телеметрические системы, датчики.

Анализ применения современных автоматизированных измерительных комплексов (АИК) военного назначения показал необходимость разработки и внедрения в данные комплексы средств автоматизации и телеметрии.

Повышение сложности эксплуатируемых систем и объектов, установленной на них аппаратуры, а также динамики их работы обуславливают необходимость своевременного мониторинга их состояния. Это необходимо для оперативного контроля боевой готовности, автоматизации эксперимента и,в целом, обеспечения операций технического обслуживания (ТО) и ремонта техники связи и автоматизированных систем управления [1].

В настоящее время на снабжении войск связи ВС РФ еще находится более 28-ти типов специализированных аппаратных технического обеспечения (АТО), разработанные в 80-90-х годах прошлого века, которые морально и технически устарели. В частности, эти образцы

предназначены для проведения технического обслуживания и ремонта аналоговой и устаревшей, в том числе, снятой с вооружения техники связи (ТС) и автоматизированных систем управления (АСУ); они являются специализированными по обслуживаемым типам техники, укомплектованы устаревшими образцами средств измерений, в них, практически, отсутствуют средства автоматизации и механизации.

Существующие измерительные системы военного назначения осуществляют передачу измерительной информации без учета предельных состояний (предшествующих аварийным состояниям) контролируемого объекта, характеризуются низкой оперативностью тестирования, а также зачастую не учитывают разноприоритетность каналов различного назначения.

Кроме того, оказывается невозможным текущий контроль состояния объекта и его систем на расстоянии: обнаружение отклонений

контролируемых величин, измерение отклонившихся параметров.

Таким образом, существует необходимость в разработке телеметрической системы (ТМС), которая, в отличие от известных АИК-ов и АТО, должна обладать: а) большей оперативностью тестирования; б) меньшей информационной избыточностью; в) меньшими временными и людскими ресурсами.

Моделируемая многоканальная ТМС включает в себя три подсистемы: 1) подсистему получения данных и формирования сигналов о предельных состоянии контролируемых объектов, 2) подсистему средств и линий связи и 3) подсистему диспетчерского управления. Первая подсистема ТМС состоит из датчиков и контроллеров, осуществляющих регистрацию параметров сигналов и их сравнение с допустимыми пределами [3, 5]. Заявками на обслуживание являются пакеты информационных символов, сформированные на выходе измерительных датчиков в случае выхода значения контролируемого технологического параметра за пределы

установленных допусков [4]. Интенсивность таких заявок определяется количеством датчиков, временными характеристиками контролируемых случайных процессов и числом установленных допусковых уровней для каждого процесса.

Приоритетность заявок на обслуживание, поступающих с датчиков, определяется динамикой роста контролируемого параметра к установленному допуску (рис. 2). Это дает возможность прогнозировать: чем меньше времени до достижения допуска контролируемым параметром, тем выше приоритет заявки [1].

Состояния первой подсистемы ТМС, изображены в виде графа состояний (рис. 3). В нем представлены четыре состояния контролируемого объекта: нормальное (нет заявок), пред-предельное (обслуживание заявок низкого приоритета), предельное (обслуживание заявок высшего приоритета, поступивших в период обслуживания заявок низкого приоритета) и аварийное (обслуживание заявок высшего приоритета).

УДАЛЕННЫЙ ТЕРМИНАЛ

ГЛАВНЫЙ ТЕРМИНАЛ

КОНТРОЛИРУЕМЫЕ СРЕДСТВА СВЯЧИ

ох I'ан нам (пожарная) сигнализация на объектах

0

|[д~ &

>- ,

0

[ Еодонотема получения данных

о.

с

и ;=: О

ш < со

а —

Й и: О

2 с

— н Н _'

О л

>.

Й £

МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ

№

Ш В

ш =г Си

£ с 'и =

ш е

3 о — i

13 Р с.

А ь ь

> V

= V

— а

ДИСПЕТЧЕРС КИЙ ПУНКТ УПРАВЛЕНИЯ

ЛТО, АПК

11 формирования сигналов о

предельном состоя них контролируем их обтлктол

11 I к&снстеыа средств и линий едят

Подсистема

[ диспетчерского

управления

Рис. 1. Структура предлагаемой ТМС

М2 Д/,

Рис. 2. Сравнение приоритетности заявок в зависимости от динамики выхода контролируемого параметра за допустимые пределы

СООБЩЕНИИ НЕТ

ПРЕДПРЕДЕЛЬНОЕ

обслуживание заявок низкого приоритета

2ц

ПРЕДЕЛЬНОЕ

обслуживание заявок высшею приоритета, поступивших во время обслуживания заявок низшего приоритета

Зц

АВАРИЙНОЕ

обслуживание заявок высшего приоритета

Рис. 3. Граф состояний системы обслуживания измерительной информации, поступающей с объектов контроля

Реализацию контроля анализируемых параметров в которых вероятность нахождения сигналов тревоги максимальна, т. е. находящихся в наихудших условиях (либо с минимальным значением допустимой вероятности ошибки рош доп), можно представить математически.

На множестве {Х} требуется найти такую матрицу распределения сигналов тревоги среди контролируемых объектов

X = \ха\ , i у\мк ,ь'

где

ПМк ,Ь

41

21

П2

22

Х}1 Х}2

ХМК 1 ХЫК 2

ЧЬ

2Ь

1

N к L

для которой:

Ь ' _ р(у

F (х* ) = тах П (1 _ Р

У ' 1 у

L

: ъхУ=L,

1=11=1

Мк

5 Ху = 1; ] = 1, Ь.

При введении обозначения Gij =_1п (1 -Р^

(5)

решение задачи равносильно нахождению ма трицы Х*, такой что

F(X') ' Ь

| = тт

г

Цу

У=1

^ тах.

{х}

(6)

(1)

1 _Рб') ^ п™ , (2)

при условии, что распределению подлежат все Ьсигналы тревоги, и каждый вариант тревоги (превышения параметром заданного уровня) может быть назначен для передачи на диспетчерский пункт, то есть

(3)

(4)

1=1

Осуществление такого анализа позволяет устройство сигнализации отклонений параметра при допусковом контроле[6], которое обеспечивает повышение быстродействия двухэтапного поиска сигнала тревоги в предлагаемой системе мониторинга путем адаптивного изменения длительности предварительного просмотра каналов передачи сигналов о предельном или аварийном состоянии контролируемых объектов на первом этапе поиска сигнала тревоги. Технический результат достигается за счет работы блока идентификации сигнала тревоги (рис. 4), распознающего сигнал, который превысил заданный пороговый уровень, второго счетчика импульсов, подсчитывающего число каналов, в которых вероятность нахождения сигналов тревоги максимальна, анализируемых на втором этапе контроля, блока анализа двухэтапного поиска сигнала, осуществляющего выбор сигнала по управлению длительности предварительного этапа контроля и формирователя периода последовательности импульсов.

Исходя из того, что архитектура построения современного парка средств связи имеет блочно-модульный характер (консоли), а большинство современных аппаратных и радиостанций узлов связи (полевых узлов связи) оборудуются автоматизированными рабочими местами (АРМ), то, зачастую, вопрос восстановления аппаратуры сводится к замене одного или группы блоков (электронных модулей), которые не входят в комплект ЗИП. АРМ, кроме основной работы, могут отражать динамику работы аппаратуры той аппаратной или радиостанции, в которой он расположен.

Рис. 4. Структурная схема устройства сигнализации отклонений параметра при допусковом контроле

Оперативность доставки сообщений о предельном состоянии или отказе оборудования заключается в скорости доставки измерительной информации до диспетчерского пункта управления и принятия решения.

При этом остается неснятой проблема оперативной замены блока аппаратуры, находящегося в предельном состоянии или вышедшего из строя (аварийное состояние). В различные моменты времени боевой подготовки (учения, перегруппировка) военная техника связи и автоматизации рассредоточена по местности (полигоны, районы боевого применения, формирования колонн, сосредоточения) в различных вариантах и скорость замены неработоспособного блока будет зависеть от скорости определения местоположения данного объекта и быстрой доставки к нему необходимого блока. Нахождение таких объектов (при движении объ-

ектов, например, при совершении марша) представляется возможным с помощью FRID-технологии (RadioFгequencyIdentification).

Использовании технологии радиочастотной идентификации предполагает наличие трех основных компонентов: 1) радиометки или FRID-метки, то есть средства маркировки отслеживаемого объекта; 2) устройства чтения и записи радиометок (считыватель, ридер); 3) серверного программного обеспечения, которое расшифровывает полученную со считывателей информацию о радиометках и представляет ее в формате, подходящем для систем управления, образующих информационную инфраструктуру.

Антенна считывателя излучает электромагнитные волны, которые принимает антенна радиометки. За счет энергии этих волн осуществляется питание чипа, встроенного в метку. В результате этого метка активизируется, вступа-

Рис. 5. Архитектура новой аппаратно-программной платформы

ет в радиообмен для самоидентификации и передает информацию считывающему устройству или производит запись информации, полученной от считывателя, в свою память. Основные компоненты метки — интегральная схема (чип), управляющая связью со считывателем, и антенна.

Возможность считывания информации ри-деромна большом расстоянии (до 200 метров) от метки.

FRID-метка может размещаться на транспортном средстве в различных местах: на решетке радиатора; на ветровом стекле; в корпусе зеркала заднего вида и бокового зеркала.

Повышение качества идентификации контролируемых объектов достигается за счет совместной реализации FRID-технологий и технологий беспроводной связи.

Указанные технологии положены в основу разработки новой аппаратно-программной платформы, размещаемой на базе уже существующих АТО и предназначенной для сбора данных об идентифицируемых мобильных объектах (объектов контроля), обработки этих данных при помощи программных приложений в диспетчерских пунктах

управления и обеспечение взаимодействия с другими платформами и центром управления по различным каналам связи (Wi-Fi, Wi-Max). Архитектура платформы приведена на рис. 5.

В состав аппаратной платформы модуля контроля и идентификации входят два основных узла, которые осуществляют контроль за объектом идентификации и передачи полученной информации в диспетчерский центр управления: приемо-передающее устройство и считыватель FRID-меток. Управление всеми узлами платформы осуществляется микропроцессором по трем шинам: управляющей, адресной и шине данных. В качестве дополнительных устройств используются: внутренняя память и коммуникационные порты [2].

Таким образом, моделируемая телеметрическая система позволит осуществлять оперативный контроль за большими группами техники связи военного назначения, повысить не только оперативность выявления предельных состояний радиоэлектронной аппаратуры, но и скорость замены соответствующих электронных модулей с использованием технологии беспроводной связи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Винограденко А.М. Разработка способа прогнозирования предаварийного состояния технологических объектов. СПбНТОРЭС, 66-я НТК, 2011 г., стр.161—162.

2. Вишневский В.М., ТИтов А.Ю. Методы и средства детектирования и идентификации транспортных средств в интеллектуальных транспортных системах. Научно-технический и производственный Журнал «Датчики и системы» №9 (184) 09.2014 г. стр. 59-68.

3. Назаров А.В. Современная телеметрия в теории и на практике. — Санкт-Петербург: НИТ-Издательство, 2007. — 667 с.

4. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов. М.: Высшая школа, 1987. -400 с.

5. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. — М. «Энергия», 1974. — 320 с.

6. Устройство сигнализации отклонений параметра при допусковом контроле. Заявка на изобретение РФ № 2014146846, дата приоритета 20.11.2014 г.