Система мониторинга технического состояния подвижных объектов военного назначения с использованием беспроводных технологий Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Винограденко Алексей Михайлович,

к.т.н., доцент кафедры Военной академии связи, Россия, Санкт-Петербург, [email protected]

Ладонкин Олег Валерьевич,

слушатель Военной академии связи, Россия, Санкт-Петербург, [email protected]

Юров Андрей Сергеевич,

начальник отдела Военной академии связи, Ключевые слова: автоматизированные измерительные

Россия, Санкт-Петербург, комплексы, аппаратные технического обслуживания,

[email protected] контролируемые объекты, телеметрические системы, датчики.

Материал статьи посвящен исследованию вопроса мониторинга технического состояния эксплуатируемых систем и объектов связи военного назначения. 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 и ремонта техники связи и автоматизированных систем управления. Описана структура и работа а моделируемой многоканальной телеметрической системы, обладающей по сравнению с другими аналогами большей оперативностью тестирования, меньшей информационной избыточностью и меньшими временными ресурсами. 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. Проведен анализ архитектуры построения современного парка средств связи, исходя из которого оперативность доставки сообщений о предельном состоянии или отказе оборудования заключается в скорости доставки измерительной информации до диспетчерского пункта управления и принятия решения. Предложен подход к решению проблемы оперативной замены блока аппаратуры, находящегося в предельном состоянии или вышедшего из строя с помощью FRID-технологии. Поэтому особое внимание в статье 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. Кроме того применение данной технологии позволит осуществлять идентификацию, отслеживание, обнаружение необходимого числа контролируемых объектов, а также автоматизацию производственных процессов, автоматизацию систем управления и организацию систем контроля доступа, систем безопасности.

Для цитирования:

Винограденко А.М., Ладонкин О.В., Юров А.С. Система мониторинга технического состояния подвижных объектов военного назначения с использованием беспроводных технологий // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. - №1. - С. 51-55.

For citation:

Vinogradenko A.M., Ladonkin O.V., Yurov A.S. Monitoring system the technical condition rolling military object with use radio technology // T-Comm. 2015. No.1. Pp. 51-55.

7ТЛ

У

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-ых 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 си-

стемы 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 дат-

чиков 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 допуско-вых 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), предпредельное (обслуживание заявок низкого приоритета), предельное (обслуживание заявок высшего приоритета, поступивших в период обслуживания заявок низкого приоритета) и аварийное (обслуживание заявок высшего приоритета).

Исходя из того, что архитектура построения современного парка средств связи имеет блочно-модуль-ный характер (консоли), а большинство современных аппаратных и радиостанций узлов связи (полевых узлов связи) оборудуются автоматизированными рабочими местами (АРМ), то, зачастую, вопрос восстановления аппа-

к

^

О р-

ь-X о и

ь-

№ Н= 1-е О

Н-

КОНТРОЛИРУЕМЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ

ОХРАННАЯ (ПОЖАРНАЯ) СИГНАЛИЗАЦИЯ НА ОБЪЕКТАХ

_удал_енныи_терминал_

м

м %

2о со

главный терминал

Подсистема получения данных

е

су К

ё2 е

МНОГОКАНАЛЬНА ЛИНИЯ СВЯЗИ

2о ^

« У срк

ёй

| диспетчерс

% кий пункт

!= управления й, ¥ 15

3 ато, й аик

£

и формирования сигналов о

предельном состоянии контролируемых объектов

II Подсистема средств и линий связи

Подсистема Щ диспетчерского управления

Рис. 1. Структура предлагаемой ТМС

д

д

-Сотт #1-2015

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

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

ратуры 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.

Таким образом, оперативность доставки сообщений о предельном состоянии или отказе оборудования заключается в скорости доставки измерительной информации до диспетчер-

Микропроцессор

ского 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,

Арифметико-

логическое

устройство

Регистры Схема

управ-

ления

Кэш-память шиной

Схемы

внутреннего

управления

Считыватель RFID-меток

Приемо-передающее устройство

Шиныг управляющая, адресная и шина данных

Блок Внутренняя Коммун икационные

питания память порты

Рис. 4. Архитектура новой аппаратно-программной платформы

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 объектов, например, при совершении марша) представляется возможным с помощью FRID-технологии (Radio Frequency Identification).

Радиочастотная идентификация -это современная прогрессивная технология автоматической идентификация объекта в реальном времени посредством радиосигналов. FRID-тех-нология позволяет автоматизировать процесс сбора и обработки информации бесконтактным способом с минимальным числом ошибок. Она может быть использована для идентификации, отслеживания, обнаружения необходимого числа контролируемых объектов, а также для автоматизации производственных процессов, автоматизации систем управления и организации систем контроля доступа, систем безопасности.

Использовании технологии радиочастотной идентификации предполагает наличие трех основных компо-

7ТЛ

InfiniiVision 3000T серии X

Компания Keysight Technologies представила цифровые запоминающие осциллографы и осциллографы смешанных сигналов InfiniiVision 3000T серии X с интуитивной графической функцией запуска. Впервые преобладающие на рынке осциллографы получили сенсорный экран и функцию запуска по выделенной области. Эти осциллографы обладают высоким удобством эксплуатации и помогают инженерам более эффективно решать проблемы, связанные с определением условий запуска. Благодаря графическому запуску, инженеры могут очертить пальцем прямоугольник вокруг интересующего их участка сигнала на дисплее прибора и таким образом определить условия запуска.

Новые осциллографы имеют расширяемую полосу пропускания с верхней границей от 100 МГц до 1,0 ГГц. Непревзойдённая скорость обновления сигналов на экране - миллион осциллограмм в секунду - позволяет разглядеть мельчайшие подробности формы сигнала. Новые осциллографы объединяют в одном корпусе шесть приборов - осциллограф, логический анализатор (цифровые каналы), анализатор протокола, цифровой вольтметр, генератор сигналов стандартной/произвольной формы WaveGen и 8-разрядный аппаратный суммирующий счётчик/частотомер. Осциллографы 3000T серии X могут выполнять коррелированные измерения в частотной и временной областях с помощью стробируемого быстрого преобразования Фурье, что позволяет эффективно решать вновь возникающие проблемы измерений.

Интерфейс имеет буквенно-цифровую сенсорную панель, которая заменяет громоздкую кнопочную клавиатуру и поддерживает взаимодействие касанием.

Осциллографы 3000T серии X поддерживают широкий диапазон существующих и разрабатываемых последовательных шин: MIL-STD 1553 и ARINC 429, I2S, CAN/CAN-FD/CAN-Symbolic, LIN, SENT, FlexRay, RS232/422/485/UART и I2C/SPI. Новая функция оконного преобразования Фурье позволяет сопоставлять явления, происходящие в частотной и временной областях, на одном экране. Анализ цепей питания, анализ видеосигналов и опция аппаратного тестирования по маске превращают осциллографы 3000T серии X в универсальные осциллографы общего назначения.

Осциллографы InfiniiVision 3000T серии X представлены моделями с полосой пропускания 100, 200, 350, 500 МГц и 1 ГГц.

нентов: 1) радиометки или FRID-мет-ки, 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.

FRID-система - это бесконтактная технология обмена данными посредством беспроводного соединения между элементами данной системы. Носителем информации является радиоволна. Для обеспечения работы системы не требуется контакта со считывателем и прямой видимости считывателя. Надежное функционирование системы гарантировано при работе в агрессивных средах и неблагоприятных климатических условиях [2].

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, вступает 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 ридером на 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. 4.

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-передаю-щее 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.

Литература

1. Винограденко А.М. Разработка способа прогнозирования предаварийного состояния технологических объектов // СПбНТОРЭС, 66-я НТК, 2011. - С.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. -С. 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.

T-Comm #1-2015

MONITORING SYSTEM THE TECHNICAL CONDITION ROLLING MILITARY OBJECT

WITH USE RADIO TECHNOLOGY

Alexey Vinogradenko

Candidate of the technical sciences, assistant professor Military communications academy, Saint Petersburg, Russia,

[email protected]

Oleg Ladonkin

Military communications academy, Saint Petersburg, Russia, [email protected]

Andrey Yurov

Military communications academy, Saint Petersburg, Russia, [email protected]

Abstract

The Material of the article is dedicated to study of the question of the monitoring the technical condition of the exploited systems and object military relationship. Increasing to difficulties of the exploited systems and object, installed on them equipments, as well as speakers of their work define need of the well-timed monitoring of their condition. This required for operative checking of combat readiness, automations of the experiment and, as a whole, provision operation technical maintenance and repair of the technology relationship and automated managerial system. The Described structure and work but prototyped many-server telemetry system, possessing in contrast with the other analogue by greater velocity of the testing, smaller information redundancy and smaller temporary resource. Increasing to difficulties of the exploited systems and object, installed on them equipments, as well as speakers of their work define need of the well-timed monitoring of their condition. This required for operative checking of combat readiness, automations of the experiment and, as a whole, provision operation technical maintenance and repair of the technology relationship and automated managerial system. The Described structure and work but prototyped many-server telemetry system, possessing in contrast with the other analogue by greater velocity of the testing, smaller information redundancy and smaller temporary resource. The Organized analysis of the architecture of the building modern parka meanses of communication, coming from which velocity of delivery of the reports on limiting condition or refusal of the equipment is concluded in velocities of delivery to measuring information before the main of the point of the management and decision making. The Offered approach to decision of the problem of the operative change the block of the equipment, residing in limiting condition or unserviceable by means of FRID-technologies. So emphases in article is spared way to identifications controlled object with use FRID-technologies, allowing create hardware-programme platform, placed on the base existing hardware technical maintenance and intended for data acceptance about identified mobile object and processing these data. Besides using given technologies will allow to realize the identification, tracing, finding the necessary number controlled object, as well as automation of the production processes, automation managerial system and organization of the systems of the checking the access, systems to safety.

Keywords: automated measuring complexes, hardware technical maintenance, control objects, telemetry systems, sensors. References

1. Vinogradenko А. Development of the way of the forecasting of the limiting condition technological object // StPREComm, 2011. Pp.161-162. [in Russian]

2. Vishnevskiy V., Titov А. Methods and facility of the tracing and identifications of the transport facilities in intellectual transport system // "Sensors and systems " №9 (184) 09.2014. Pp. 59-68. [in Russian]

3. Nazarov A Modern telemetry in theories and in practice // NIT, 2007. 667 р. [in Russian]

4. Volkov L. Management usage flying complex. 1987. P. 400. [in Russian]

5. Tsapenko M. Measuring information systems. "Energy", 1974. 320 р. [in Russian]

7TT