RU2772447C1 - Automatic monitoring and control system for industrial safety of hydraulic structures - Google Patents

Automatic monitoring and control system for industrial safety of hydraulic structures Download PDF

Info

Publication number
RU2772447C1
RU2772447C1 RU2021122089A RU2021122089A RU2772447C1 RU 2772447 C1 RU2772447 C1 RU 2772447C1 RU 2021122089 A RU2021122089 A RU 2021122089A RU 2021122089 A RU2021122089 A RU 2021122089A RU 2772447 C1 RU2772447 C1 RU 2772447C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
data
monitoring
hydraulic structures
network
Prior art date
Application number
RU2021122089A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Петрович Сущев
Николай Николаевич Хлапов
Андрей Евгеньевич Покровский
Игорь Игоревич Корнев
Павел Андреевич Болтенков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Центр исследований экстремальных ситуаций»
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Центр исследований экстремальных ситуаций» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Центр исследований экстремальных ситуаций»
Application granted granted Critical
Publication of RU2772447C1 publication Critical patent/RU2772447C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: automatic control systems.
SUBSTANCE: present invention relates to systems for automatic monitoring and control for industrial safety of hydraulic structures, including many automated operator locations connected via a combined network with a remote server, which is connected via a combined network with many monitoring and control units for industrial safety of hydraulic structures located at hydraulic engineering installations. According to the invention, the monitoring and control unit for industrial safety of hydraulic structures is made in the form of a base station having a module for exchanging signals over a radio channel with a piezometric control point, a thermometric control point and a water level control point in open reservoirs.
EFFECT: possibility of autonomous functioning of the system in the absence of an infrastructure of communication channels and power supply, while ensuring high reliability of operation.
3 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs ..

Данное изобретение относится к области обеспечения безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений, которая включает в себя: контрольно-измерительную аппаратуру, устройство сбора данных, сервер, специальное программное обеспечение.This invention relates to the field of ensuring the safety of operation of hydraulic structures, which includes: instrumentation, data collection device, server, special software.

В данном описании используются следующие сокращения:The following abbreviations are used in this description:

АРМworkstation - автоматизированное рабочее место;- automated workplace; АСAC - аппаратный сервер;- hardware server; БДDB - база данных;- database; БСВBSV - Балтийская система высот;- Baltic system of heights; БСПДBSPD - блок сбора и передачи данных;- data collection and transmission unit; БСПДтBSPD - блок сбора и передачи данных уровня воды;- block for collecting and transmitting water level data; БСПДуBSPD - блок сбора и передачи данных температуры воды;- block for collecting and transmitting water temperature data; БСПДПBSPDP - блок сбора и передачи данных пьезометрический;- piezometric data acquisition and transmission unit; БСПДТBSPDT - блок сбора и передачи данных термометрический;- thermometric data acquisition and transmission unit; ГТСGTS - гидротехническое сооружение;- hydraulic structure; КИАKIA - контрольно-измерительная аппаратура;- control and measuring equipment; МСКMSC - время часовой зоны, в которой расположена столица Российской Федерации - город Москва;- the time of the time zone in which the capital of the Russian Federation is located - the city of Moscow; ОСOS - операционная система;- operating system; ПОON - программное обеспечение;- software; ПСПPSP - программный сервер приложений;- software application server; ПССPSS - программный сетевой сервер;- software network server; САМИК ГТСSAMIK GTS - система автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений- system of automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures СУБДDBMS - система управления базами данных;- database management system; ТКTC - точка контроля;- control point; ТКОВTKOV - точка контроля уровня воды в открытых водоемах;- point of control of water level in open reservoirs; ТПКTPK - точка пьезометрического контроля;- point of piezometric control; ТТКTTC - точка термометрического контроля;- point of thermometric control; 1-Wire1 wire - (с англ. — «один провод») — двунаправленная шина связи для устройств с низкоскоростной передачей данных (обычно 15,4 Кбит/с, максимум 125 Кбит/с в режиме overdrive), в которой данные передаются по цепи питания (то есть всего используются два провода — один общий (GND), а второй для питания и данных;- (from English - "one wire") - a bidirectional communication bus for devices with low data transfer rates (typically 15.4 Kbps, maximum 125 Kbps in overdrive mode), in which data is transmitted over the power circuit (that is, in total, two wires are used - one common (GND), and the second for power and data; DevEUIDevEUI - глобальный уникальный идентификатор LoRaWAN-модуля конечного устройства (8 байт, IEEE EUI64, аналог MAC-адреса), который однозначно его идентифицирует;- global unique identifier of the LoRaWAN module of the end device (8 bytes, IEEE EUI64, analogue of the MAC address), which uniquely identifies it; Ethernetethernet - (Локальная сеть) (англ. Ethernet от англ. ether — «эфир» и англ. network — «сеть, цепь») — семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей;- (Local network) (English Ethernet from English ether - "ether" and English network - "network, chain") - a family of technologies for packet data transfer between devices for computer and industrial networks; LoRaWANLoRaWAN - Long Range Wide Access Net – энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия большой абонентской емкости;- Long Range Wide Access Net - an energy-efficient long-range network with a large subscriber capacity; PoEPoE - Power over Ethernet - технология, позволяющая передавать удалённому устройству электрическую энергию вместе с данными через стандартную витую пару в сети Ethernet;- Power over Ethernet - a technology that allows the transmission of electrical energy along with data to a remote device through a standard twisted pair cable in an Ethernet network; Wi-FiWiFi - Wireless Fidelity - технология беспроводной локальной сети с устройствами на основе стандартов IEEE 802.11.- Wireless Fidelity - wireless LAN technology with devices based on IEEE 802.11 standards.

В данном описании используются следующие понятия:In this description, the following terms are used:

Конечное устройство - предназначено для осуществления управляющих или измерительных функций. Содержит набор необходимых датчиков и управляющих элементов.End device - designed to implement control or measurement functions. Contains a set of necessary sensors and control elements.

Шлюз (базовая станция) – устройство, принимающее данные от конечных устройств с помощью радиоканала и передающее их в транзитную сеть. Шлюз представляет из себя многоканальный приемомпередатчик LoRaWAN. В качестве транзитной сети могут выступать сеть Ethernet, WiFi или сети подвижной радиотелефонной связи. Шлюз и конечные устройства образуют сетевую топологию типа звезда. Обычно данное устройство содержит многоканальные приёмопередатчики для обработки сигналов в нескольких каналах одновременно или даже, нескольких сигналов в одном канале. Соответственно, несколько таких устройств обеспечивает зону радиопокрытия сети и прозрачную двунаправленную передачу данных между конечными устройствами и сервером.Gateway (base station) - a device that receives data from end devices using a radio channel and transmits them to the transit network. The gateway is a multi-channel LoRaWAN transceiver. The backhaul network can be Ethernet, WiFi, or mobile radiotelephone networks. The gateway and end devices form a star network topology. Typically, this device contains multi-channel transceivers for processing signals in several channels at the same time or even several signals in one channel. Accordingly, several such devices provide the radio coverage of the network and transparent bidirectional data transmission between the end devices and the server.

Сетевой сервер - предназначен для управления сетью: заданием расписания, адаптацией скорости, хранением и обработкой принимаемых данных.Network server - designed to manage the network: scheduling, speed adaptation, storage and processing of received data.

Сервер приложений - удаленно контролирует работу конечных устройств и собирает необходимые данные с них. Application server - remotely controls the operation of end devices and collects the necessary data from them.

Уровень техники.The level of technology.

В настоящее время существуют системы автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений. Так из уровня техники известна система автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений, включающая в себя множество автоматизированных мест оператора, соединенных посредством объединенной сети с удаленным сервером, который соединен посредством объединенной сети с множеством блоков мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений, расположенных на гидротехнических сооружениях. См. патент №2460127, опубликован 2011 году. Currently, there are systems for automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures. Thus, a system for automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures is known from the prior art, which includes a plurality of automated operator stations connected via a unified network to a remote server, which is connected via a unified network to a plurality of monitoring and control units for industrial safety of hydraulic structures located on hydraulic structures. See patent No. 2460127, published 2011.

Данная система является наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрана за прототип предлагаемого изобретения как системы.This system is the closest in technical essence and achieved technical result and is chosen as a prototype of the proposed invention as a system.

Недостатком этого прототипа также является сложность или невозможность установки элементов системы, в тех местах, где нет линий связи, электропитания. The disadvantage of this prototype is also the complexity or impossibility of installing system elements in places where there are no communication lines, power supply.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить автоматизированную систему беспроводного мониторинга ГТС с накоплением данных для последующего анализа, позволяющую, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить возможность автономного функционирования системы при отсутствии инфраструктуры каналов связи и электропитания, при обеспечении высокой надежности работы, что и является поставленной технической задачей. The present invention mainly aims to propose an automated system for wireless monitoring of hydraulic structures with data accumulation for subsequent analysis, which makes it possible to at least mitigate at least one of the above drawbacks, namely, to provide the possibility of autonomous operation of the system in the absence of a communication channel infrastructure and power supply, while ensuring high reliability, which is the technical task.

Для достижения этой цели блок мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений выполнен в виде базовой станции, имеющий блок автономного питания и модуль обмена сигналами по радиоканалу с устанавливаемыми на гидротехническом сооружении автономными модулями:To achieve this goal, the block for monitoring and controlling the industrial safety of hydraulic structures is made in the form of a base station, having an autonomous power supply unit and a radio signal exchange module with autonomous modules installed on the hydraulic structure:

- точкой пьезометрического контроля,- piezometric control point,

- точкой термометрического контроля,- thermometric control point,

- точкой контроля уровня воды в открытых водоемах, причем каждая точка имеет свой блок автономного питания.- a water level control point in open reservoirs, each point has its own autonomous power supply unit.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность автономного функционирования системы при отсутствии инфраструктуры каналов связи и электропитания, при обеспечении высокой надежности работы. Каждый модуль может быть установлен независимо от наличия инфраструктуры каналов связи и электропитания, данные с каждого модуля по радиканалу передаются на базовую станцию. Систему можно масштабировать, видоизменять, при этом каждый модуль не требует постоянного обслуживания. Достаточно менять источник питания, например, раз в 2-3 года. Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to operate the system autonomously in the absence of an infrastructure of communication channels and power supply, while ensuring high reliability. Each module can be installed regardless of the presence of the infrastructure of communication channels and power supply, data from each module is transmitted via a radio channel to the base station. The system can be scaled, modified, and each module does not require constant maintenance. It is enough to change the power supply, for example, every 2-3 years.

В конечном итоге, сеть имеет топологию звезда из звёзд, имеет конечные устройства, которые через шлюзы, образующие прозрачные мосты, общаются с центральным сервером сети.Ultimately, the network has a star-of-stars topology, has end devices that communicate with the central server of the network through gateways that form transparent bridges.

В первую очередь таким образом решается вопрос передачи данных по беспроводному каналу от модулей пьезометрического, термометрического мониторинга и контроля уровня воды в открытых водоемах до базовой станции (блока мониторинга и контроля промышленной безопасности) в радиусе 10 км. Беспроводной способ передачи избавляет от необходимости строительства инфраструктуры каналов связи, что существенно экономит ресурсы. Ведь есть места, где создание инфраструктуры просто невозможно, и отсутствует постоянное электропитание. Именно поэтому все модули выполнены автономными, оснащены индивидуальными элементами питания и выполнены в вандалоустойчивом исполнении. Таким образом, становится возможным установить необходимое количество базовых станций с периодичность 10 км, таким образом, чтобы довести радиосигнал до точки входа в постоянно действующую сеть Ethernet, где уже есть доступ к электропитанию, и далее передавать все на удаленный сервер, где специальное ПО отображает результаты мониторинга и выполняет аналитические расчеты, строит кривую депрессии.First of all, the issue of data transmission via a wireless channel from modules of piezometric, thermometric monitoring and control of water level in open reservoirs to the base station (monitoring and industrial safety control unit) within a radius of 10 km is solved in this way. The wireless transmission method eliminates the need to build a communication channel infrastructure, which significantly saves resources. After all, there are places where the creation of infrastructure is simply impossible, and there is no constant power supply. That is why all modules are self-contained, equipped with individual batteries and vandal-resistant. Thus, it becomes possible to install the required number of base stations with a frequency of 10 km, in such a way as to bring the radio signal to the entry point to the permanent Ethernet network, where there is already access to power, and then transfer everything to a remote server, where special software displays the results monitoring and performs analytical calculations, builds a depression curve.

Существует вариант исполнения системы, при котором точка пьезометрического контроля включает в себя корпус, в котором расположены: There is a version of the system, in which the piezometric control point includes a housing in which are located:

- блок сбора и передачи данных, в состав которого входят:- data collection and transmission unit, which includes:

i. блок сбора и передачи данных об уровне воды;i. block for collecting and transmitting data on the water level;

ii. блок сбора и передачи данных о температуре;ii. temperature data acquisition and transmission unit;

iii. литий-ионная батарея;iii. lithium-ion battery;

iv. герметичный корпус с кабельными вводами;iv. sealed housing with cable glands;

- датчик уровня воды и температуры;- water level and temperature sensor;

- антенна штыревая- whip antenna

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность конкретного исполнения точки пьезометрического контроля.Thanks to these advantageous characteristics, a specific design of the piezometric control point is possible.

Существует вариант исполнения системы, при котором точка термометрического контроля включает в себя корпус, в котором расположены:There is a version of the system, in which the thermometric control point includes a housing in which are located:

- блок сбора и передачи данных, в состав которого входят:- data collection and transmission unit, which includes:

i. аппаратный таймер с синхронизацией времени по сети LoRaWAN;i. hardware timer with time synchronization over the LoRaWAN network;

ii. плата конвертера интерфейсов 1-wire-RS-232 контроллера управления работой;ii. interface converter board 1-wire-RS-232 of the work control controller;

iii. плата радиомодема с интерфейсом RS-232;iii. radio modem board with RS-232 interface;

iv. литий-ионная батарея;iv. lithium-ion battery;

v. герметичный корпус с кабельными вводами;v. sealed housing with cable glands;

- термогирлянда, состоящая из температурных датчиков;- a thermal garland consisting of temperature sensors;

- антенна штыревая.- whip antenna.

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность конкретного исполнения точки термометрического контроля.Thanks to these advantageous characteristics, a specific design of the thermometric control point is possible.

Существует вариант исполнения системы, при котором базовая станция расположена в утепленном металлическом шкафуThere is a version of the system in which the base station is located in an insulated metal cabinet

Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность повышения срока эксплуатации базовой станции. Due to these advantageous characteristics, it becomes possible to increase the service life of the base station.

Таким образом, благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность автоматизации контроля уровня и температуры воды в пьезометрических скважинах, открытых водоемах, температурных режимов на глубинах размещения термогирлянд в термоскважинах на ГТС и определение по этим данным положения кривых депрессии и температурных распределений на ГТС, позволяющих осуществить контроль критических рисков.Thus, thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to automate the control of the level and temperature of water in piezometric wells, open reservoirs, temperature regimes at the depths of placement of thermal garlands in thermal wells on the hydrotechnical system and to determine the position of the drawdown curves and temperature distributions on the hydrotechnical system based on these data, which makes it possible to control critical risks.

Также появляется возможность автоматизации управления доступом, регистрации и учета действий пользователей в системе, обеспечения безопасного межсетевого взаимодействия, криптографической защиты информации, антивирусной защиты, идентификации пользователей.It also becomes possible to automate access control, register and record user actions in the system, ensure secure internetworking, cryptographic information protection, anti-virus protection, and user identification.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Кроме того, данное решение неочевидно для специалиста в данной области.The set of essential features of the invention is unknown from the prior art for methods of similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention in relation to the method is met. In addition, this decision is not obvious to a person skilled in the art.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылкой на фиг. 1, на которой изображена функциональная структура системы, согласно изобретению, система автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений включает такие элементы как:Other features and advantages of the present invention will be apparent from the description which follows, by way of illustration and without being restrictive, with reference to FIGS. 1, which shows the functional structure of the system, according to the invention, the system for automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures includes such elements as:

- точку пьезометрического контроля (ТПК);- piezometric control point (TPK);

- точку термометрического контроля (ТТК);- thermometric control point (TTK);

- точку контроля уровня воды в открытых водоемах (ТКОВ);- point of control of water level in open reservoirs (TKOV);

- базовую станцию;- base station;

- аппаратный сервер (АС), в состав которого входят:- hardware server (AS), which includes:

- программный сетевой сервер (ПСС);- software network server (PSS);

- программный сервер приложений (ПСП) с установленным СПО;- software application server (PSS) with installed open source software;

- АРМ оператора.- Operator workstation.

Точка пьезометрического контроля (ТПК) – пьезометрическая скважина, которая состоит из следующих компонентов: Piezometric control point (TPK) is a piezometric well, which consists of the following components:

- блок сбора и передачи данных БСПДП, в состав которого входят:- BSPDP data collection and transmission unit, which includes:

- блок сбора и передачи данных БСПДПу (измеряет уровень воды) – 1шт;- BSPDPu data acquisition and transmission unit (measures the water level) - 1 pc;

- блок сбора и передачи данных БСПДПт (измеряет температуру) – 1шт;- BSPDPt data acquisition and transmission unit (measures temperature) - 1 pc;

- Li-Ion батарея 3.6 В, 10 А-ч – 2 шт.;- Li-Ion battery 3.6 V, 10 Ah - 2 pcs.;

- герметичный корпус с кабельными вводами – 1 шт.;- sealed housing with cable glands - 1 pc.;

- датчик уровня воды и температуры – 1 шт.;- water level and temperature sensor - 1 pc.;

- антенна штыревая 868 МГц – 2 шт.;- whip antenna 868 MHz - 2 pcs.;

- антенный корпус – 1 шт.;- antenna housing - 1 pc.;

- материалы для монтажа.- materials for installation.

БСПДПу, измеряющий уровень воды, состоит из следующих компонентов:BSPDPu, which measures the water level, consists of the following components:

- конвертер сигнала уровня воды 4-20 мА – 1шт;- 4-20 mA water level signal converter - 1 pc;

- контроллер - устройство, определяющее логику работы БСПДПу – 1 шт.;- controller - a device that determines the logic of operation of the BSPDPu - 1 pc.;

- радиомодем– 1 шт.- radio modem - 1 pc.

БСПДПт, измеряющий температуру, состоит из следующих компонентов:The temperature-measuring BSPDP consists of the following components:

- конвертер сигнала температуры 4-20 мА – 1 шт;- temperature signal converter 4-20 mA - 1 pc;

- контроллер - устройство, определяющее логику работы БСПДПт – 1 шт.;- controller - a device that determines the logic of the operation of the BSPDP - 1 pc.;

- радиомодем– 1 шт.- radio modem - 1 pc.

Каждый БСПДП имеет идентификатор DevEUI, что позволяет однозначно идентифицировать и регистрировать его в сети. Each BSPDP has a DevEUI identifier, which allows it to be uniquely identified and registered on the network.

БСПД передает информацию в сеть на частотах безлицензионного диапазона 863-870 МГц. The BSPD transmits information to the network on the frequencies of the license-free band 863-870 MHz.

Максимальная мощность передатчика 100 мВт и может дистанционно ступенчато регулироваться. Чувствительность приемника -138 dBm.The maximum transmitter power is 100 mW and can be remotely stepped. Receiver sensitivity -138 dBm.

Алгоритм измерений и передачи данных БСПДП:BSPDP measurement and data transmission algorithm:

При установленной периодичности измерений 1 раз в сутки измерения происходят в 00ч.00м.00с по встроенным часам БСПДП и по всем точкам контроля сети. Передача данных на сервер осуществляется в течение наступивших суток в случайные моменты времени. Это делается для предотвращения коллизий в эфире. With the set frequency of measurements once a day, measurements are made at 00:00:00 according to the built-in clock of the BSPDP and at all network control points. Data transfer to the server is carried out during the next day at random times. This is done to prevent collisions on the air.

При других значениях периода времени алгоритм сохраняется с той разницей, что описанные события происходят в промежутки времени, соответствующие периоду. Для 12-ти часового периода измерений в 00ч.00м.00с., и в 12ч.00м.00с. и т.д.For other values of the time period, the algorithm is preserved with the difference that the described events occur at time intervals corresponding to the period. For a 12-hour measurement period at 00h.00m.00s, and at 12h.00m.00s. etc.

Общее время измерения и передачи данных не превышает 4 сек. The total time of measurement and data transmission does not exceed 4 sec.

БСПДП имеют встроенную энергонезависимую память на 200 измерений. Как правило, результаты измерений должны передаваться по указанной выше процедуре. Но в силу определенных обстоятельств передача данных может и не осуществляться. Недоступность сервера, неисправность базовой станции, помехи в эфире. После устранения таких проблем в сети данные немедленно передаются на сервер при условии использования подтверждений. Иначе пакеты просто передаются в эфир. BSPDP have a built-in non-volatile memory for 200 measurements. As a general rule, measurement results should be transmitted according to the above procedure. However, due to certain circumstances, data transfer may not take place. Server unavailability, base station malfunction, interference on the air. Once these problems are resolved on the network, the data is immediately transferred to the server, provided acknowledgments are used. Otherwise, the packets are simply broadcast.

Синхронизация внутренних часов БСПДП осуществляется сервером с использованием радиоканала и отдельных сеансов связи.Synchronization of the internal clock of the BSPDP is carried out by the server using a radio channel and separate communication sessions.

Точка термометрического контроля (ТТК) - термометрическая скважина, которая состоит из следующих компонентов: Temperature control point (TTK) - a thermometric well, which consists of the following components:

- блок сбора и передачи данных БСПДТ – 1 шт., в состав которого входят:- BSPDT data acquisition and transmission unit - 1 pc., which includes:

- аппаратный таймер с синхронизацией времени по сети LoRaWAN – 1шт.;- hardware timer with time synchronization over the LoRaWAN network - 1 pc.;

- плата конвертера интерфейсов 1-wire-RS-232 контроллера управления работой БСПДТ – 1шт.;- 1-wire-RS-232 interface converter board for the BSPDT operation control controller - 1 pc.;

- плата радиомодема с интерфейсом RS-232 – 1шт.;- radio modem board with RS-232 interface – 1 piece;

- Li-Ion батарея 10,68 В – 1 шт.;- Li-Ion battery 10.68 V - 1 pc.;

- герметичный корпус с кабельными вводами – 1 шт.;- sealed housing with cable glands - 1 pc.;

- термогирлянда, состоящая из температурных датчиков – 1шт.;- a thermal garland consisting of temperature sensors - 1 pc.;

- антенна штыревая 868 МГц – 2 шт.;- whip antenna 868 MHz - 2 pcs.;

- антенный корпус – 1шт.;- antenna housing - 1 pc.;

- материалы для монтажа.- materials for installation.

Каждый БСПДТ имеет идентификатор DevEUI, что позволяет однозначно идентифицировать и регистрировать его в сети. Each BSPDT has a DevEUI identifier, which allows it to be uniquely identified and registered on the network.

Алгоритм измерений и передачи данных в ТТК отличается от алгоритма ТПК. В первую очередь это связано с большим объемом передаваемых от термогирлянд данных и относительно низкой скоростью передачи. Опрос одного датчика осуществляется в течение нескольких секунд.The algorithm for measuring and transmitting data in the TTC differs from the TPC algorithm. This is primarily due to the large amount of data transmitted from the thermal strings and the relatively low transmission rate. Polling one sensor is carried out within a few seconds.

Измерение происходит путем организации «прозрачного» соединения термогирлянды с сервером по радиоканалу, при котором сервер опрашивает каждый термодатчик по списку идентификаторов.The measurement is carried out by organizing a "transparent" connection of the thermogarland with the server via a radio channel, in which the server polls each temperature sensor according to the list of identifiers.

Включение по расписанию обеспечивает программируемый таймер. Таймер использует собственный модуль для синхронизации часов с сервером и приема новых настроек по расписанию.Scheduled activation provides a programmable timer. The timer uses its own module to synchronize the clock with the server and receive new settings on a schedule.

Точка контроля уровня воды в открытых водоемах (ТКОВ) предназначена для контроля уровней воды хвостохранилища и пруда-накопителя. The point of water level control in open reservoirs (TKOV) is designed to control the water levels of the tailings and storage pond.

Данная точка контроля не имеет принципиальных отличий от ТПК. В состав ТКОВ входит БСПДВ, который, в свою очередь, состоит из БСПДПу и БСПДПт. This control point has no fundamental differences from the TPK. The TKOV includes the BSPDP, which, in turn, consists of the BSPDPu and the BSPDPt.

Особенности ТКОВ:TKOV features:

- повышенные требования к датчику уровня воды по точности измерений (0,1% при ВПИ 10 м составит 1 см);- increased requirements for the water level sensor in terms of measurement accuracy (0.1% at URL of 10 m will be 1 cm);

- периодичность измерений и передачи данных 1 раз в час;- frequency of measurements and data transmission 1 time per hour;

- ТКОВ имеет постоянное питание 220В (в качестве резервного питания предусмотрены батарейные блоки в количестве 4 шт.);- TKOV has a constant power supply of 220V (4 battery blocks are provided as a backup power supply);

- размещение БСПДПу и БСПДПт в термозащищенном корпусе.- placement of BSPDPu and BSPDPt in a thermally protected case.

Базовая станция предназначена для разворачивания сети сбора данных LoRaWAN и является шлюзом для связи БСПД с серверным оборудованием. Сеть строится по топологии типа «звезда» где каждое устройство взаимодействует с центральным оборудованием напрямую. The base station is designed to deploy the LoRaWAN data collection network and is a gateway for connecting the BSPD with the server equipment. The network is built on a star topology where each device interacts directly with the central equipment.

Базовая станция, как устройство внешнего размещения, находится в утепленном металлическом шкафу.The base station, as an external placement device, is located in an insulated metal cabinet.

Связь базовой станции с сервером осуществляется по Ethernet. Питание устройства осуществляется по технологии РоЕ.The base station communicates with the server via Ethernet. The device is powered by PoE technology.

Базовая станция оснащается коллинеарной антенной диапазона 868 МГц и имеет повышенный коэффициент усиления.The base station is equipped with a collinear 868 MHz antenna and has an increased gain.

Программный сетевой сервер (ПСС) – специализированная программа - отвечает за работу сети, обеспечивая ее конфигурацию путем регистрации БСПД на основе DevEUI. Software Network Server (PSS) - a specialized program - is responsible for the operation of the network, providing its configuration by registering BSPD based on DevEUI.

ПСС ведет обработку служебной информации, какой, в частности, являются остаточный ресурс батарей точек контроля, температура в точках контроля, уровень сигнала от точек контроля и др. The PSS processes service information, which, in particular, are the remaining battery life of control points, temperature at control points, signal level from control points, etc.

ПСС формирует и ведет базу данных (БД) и журнал логов – всех событий, происходящих в сети (включая ошибки и сбои), обеспечивает передачу данных (пакетов) БСПД, полученных от базовой станции, а также передачу данных в БСПД с организацией очереди пакетов на отправку.The MSS forms and maintains a database (DB) and a log of logs - all events occurring in the network (including errors and failures), ensures the transmission of data (packets) of the BSPD received from the base station, as well as the transmission of data to the BSPD with the organization of the packet queue on sending.

Программный сервер приложений (ПСП) выполняет обработку принимаемых от ПСС данных, разбор (интерпретацию) пакетов от БСПД, привязку результатов (показаний датчиков и технологических данных) к конкретным точкам контроля, реализует алгоритмы процедур измерений и синхронизации часов БСПД. The software application server (PSS) processes the data received from the SSS, parses (interprets) packets from the BSPD, binds the results (sensor readings and process data) to specific control points, implements the algorithms for measuring and synchronizing the BSPD clocks.

Формирует пользовательский интерфейс, предоставляет информацию конечному пользователю, осуществляя:Forms a user interface, provides information to the end user by:

- визуализацию результатов измерений в графическом и табличном видах;- visualization of measurement results in graphical and tabular forms;

- отображение текущих (последних) результатов замеров;- display of the current (last) measurement results;

- формирование отчетных документов путем экспорта результатов измерений в файлы различных форматов;- formation of reporting documents by exporting measurement results to files of various formats;

- оповещение в случае выхода результатов за указанные границы;- notification in case of output of results for the specified borders;

- информирование о состоянии сети, неисправностях ТПК и ТТК, остаточном заряде батарей, температуре в месте размещения устройств.- informing about the state of the network, malfunctions of the TPK and TTK, the residual charge of the batteries, the temperature at the location of the devices.

Специальное программное обеспечение системы автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений состоит из следующих функциональных блоков: Special software for the system of automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures consists of the following functional blocks:

1. Блок пользовательского интерфейса.1. User interface block.

2. Блок встроенного веб-сервера.2. Block built-in web server.

3. Блок взаимодействия с сетевым сервером.3. Block of interaction with the network server.

4. Блок реализации протоколов обмена.4. Block for implementing exchange protocols.

5. Блок взаимодействия с ТК.5. Block of interaction with the shopping mall.

6. Блок доступа к хранилищу данных.6. Access block to the data storage.

7. Блок формирования отчетов.7. Report generation unit.

Функциональный блок пользовательского интерфейса формирует графический пользовательский интерфейс оператора, предоставляющий интерактивный доступ к результатам работы системы и реализует следующий набор функций: The user interface functional block forms a graphical operator user interface that provides interactive access to the results of the system operation and implements the following set of functions:

- отображение списка ТК на выбранном оператором объекте;- displaying the list of shopping malls on the object selected by the operator;

- отображение карты (плана) объекта с размещенными на объекте ТК;- displaying a map (plan) of an object with TCs located on the object;

- отображение текущего (последнего полученного) состояния выбранной оператором ТК;- display of the current (last received) state of the TC selected by the operator;

- отображение изотерм по выбранному оператором створу;- display of isotherms along the alignment selected by the operator;

- отображение кривой депрессии по выбранному оператором створу;- display of the drawdown curve along the alignment selected by the operator;

- отображение графика зависимости уровня воды от времени по выбранной оператором ТПК или ТКОВ;- displaying a graph of the dependence of the water level on time according to the TPK or TKOV selected by the operator;

- редактирование параметров створов и ТК;- editing parameters of alignments and TC;

- доступ к управлению настройками оконечных устройств;- access to managing the settings of terminal devices;

- формирование отчетов (экспорт).- generation of reports (export).

В отличие от остальных функциональных блоков СПО, работающих на сервере, данный блок выполняется на АРМ в браузере. Unlike other functional blocks of open source software running on the server, this block is executed on the workstation in the browser.

Функциональный блок встроенного веб-сервера реализует встроенный в программу веб-сервер, обслуживающий обработку входящих запросов (соединений) по протоколам HTTP и WebSocket, и реализует следующий набор функций: The built-in web server functional block implements the web server built into the program that processes incoming requests (connections) via the HTTP and WebSocket protocols and implements the following set of functions:

- обработку запросов на получение статического контента (файлов пользовательского интерфейса);- processing requests for static content (user interface files);

- обработку запросов на получение данных из хранилища (список и атрибуты объектов, створов, ТК, результаты измерений);- processing requests for obtaining data from the storage (list and attributes of objects, alignments, TC, measurement results);

- поддержку протокола WebSocket для организации постоянного соединения с блоком пользовательского интерфейса для передачи уведомлений о событиях, возникающих на сервере.- support for the WebSocket protocol to organize a permanent connection with the user interface block to send notifications about events that occur on the server.

Функциональный блок взаимодействия с сетевым сервером обеспечивает взаимодействие с сетевым сервером и реализует следующий набор функций: The functional block of interaction with the network server provides interaction with the network server and implements the following set of functions:

- проверку наличия связи с сетевым сервером;- checking the connection with the network server;

- проверку наличия связи с точкой сбора данных;- checking the availability of communication with the data collection point;

- получение принятых пакетов от оконечных устройств;- receiving received packets from terminal devices;

- передачу сформированных пакетов для оконечных устройств.- transmission of generated packets for terminal devices.

Функциональный блок реализации протоколов обмена выполняет преобразование полученных из сетевого сервера пакетов оконечных устройств в набор значений, а также обратное преобразование – формирование пакетов для оконечных устройств из входного набора значений и реализует следующий набор функций: The function block for the implementation of exchange protocols converts terminal device packets received from the network server into a set of values, as well as inverse transformation - the formation of packets for terminal devices from the input set of values and implements the following set of functions:

- определение типа пакета по служебным полям пакета;- determination of the type of the package by the service fields of the package;

- проверку целостности пакета и его пригодности для дальнейшей обработки;- checking the integrity of the package and its suitability for further processing;

- преобразование пакета в формат представления, используемым сетевым сервером;- converting the packet into a presentation format used by the network server;

- получение набора параметров, описывающих полное состояние оконечного устройства из принятого пакета состояния (уровень заряда батареи, температура внутри устройства, показатели качества приема радиосигнала, измеренное значение тока);- obtaining a set of parameters describing the complete state of the terminal device from the received state packet (battery charge level, temperature inside the device, radio signal reception quality indicators, measured current value);

- получение набора параметров конфигурации оконечного устройства из принятого пакета;- receiving a set of configuration parameters of the terminal device from the received packet;

- формирование пакета для изменения параметров конфигурации оконечного устройства;- formation of a package for changing the configuration parameters of the terminal device;

- получение двоичного массива данных из принятого пакета от оконечного устройства с последовательным интерфейсом;- obtaining a binary array of data from the received packet from the terminal device with a serial interface;

- формирование пакета с двоичным массивом данных, предназначенного для оконечного устройства с последовательным интерфейсом;- formation of a packet with a binary array of data, intended for a terminal device with a serial interface;

- определение значения времени встроенных часов оконечного устройства из принятого запроса корректировки времени; - determining the time value of the built-in clock of the terminal device from the received time adjustment request;

- формирование ответа на запрос корректировки времени с указанной величиной корректировки;- formation of a response to the request for time adjustment with the specified amount of adjustment;

- формирование команд для контроллера шины 1-Wire и датчиков температуры в составе ТТК;- generation of commands for the 1-Wire bus controller and temperature sensors as part of the TTK;

- проверка корректности и интерпретация ответов датчиков температуры в составе ТТК.- checking the correctness and interpreting the responses of temperature sensors as part of the TTC.

Функциональный блок взаимодействия с ТК реализует основные процедуры взаимодействия с оконечными устройствами в составе ТК. Для приема и передачи пакетов использует блок взаимодействия с сетевым сервером, для разбора и формирования пакетов использует блок реализации протоколов обмена. Блок реализует следующий набор функций: The functional block for interaction with the TC implements the basic procedures for interaction with terminal devices within the TC. For receiving and transmitting packets, it uses a block for interacting with a network server; for parsing and forming packets, it uses a block for implementing exchange protocols. The block implements the following set of functions:

- определение соответствующей ТК по идентификатору оконечного устройства в принятом пакете;- determination of the corresponding TC by the identifier of the terminal device in the received packet;

- проверку корректности значений данных в принятом пакете (время выполнения измерения, значение измеренного тока);- checking the correctness of data values in the received packet (measurement time, measured current value);

- формирование ответа на запрос корректировки времени с расчетом необходимой величины корректировки на основе значений системных часов сервера и часов оконечного устройства;- generating a response to a time adjustment request with the calculation of the required amount of adjustment based on the values of the server system clock and the terminal device clock;

- выполнение процедуры измерений по ТТК – инициализацию шины 1-Wire, передачу команды старта измерений, последовательное получение результатов по каждому датчику термогирлянды в составе ТТК, привязку измеренного значения температуры к отметке высоты размещения датчика в БСВ и передачу сформированного результата в блок доступа к хранилищу данных;- execution of the measurement procedure for the TTC - initialization of the 1-Wire bus, transmission of the measurement start command, sequential receipt of results for each sensor of the thermogarland as part of the TTC, binding of the measured temperature value to the height mark of the sensor in the BSV and transmission of the generated result to the data storage access block ;

- преобразование полученных значений измеренного тока в показания датчика и значение уровня воды в БСВ для ТПК и ТКОВ и передачу сформированного результата в блок доступа к хранилищу данных;- conversion of the obtained values of the measured current into sensor readings and the value of the water level in the BWW for TPK and TKOV and transfer of the generated result to the data storage access block;

- формирование уведомлений, передаваемых в блок пользовательского интерфейса (через блок веб-сервера) после выполнения измерений по ТК;- formation of notifications transmitted to the user interface block (via the web server block) after performing measurements according to the TC;

- формирование списка предупреждений, неисправностей и тревог по результатам анализа последних полученных пакетов от оконечных устройств ТК и сравнения результатов измерений по ТК с заданными пороговыми значениями.- formation of a list of warnings, malfunctions and alarms based on the results of analysis of the latest received packets from the terminal devices of the TC and comparison of the measurement results for the TC with the specified threshold values.

Функциональный блок доступа к хранилищу данных обеспечивает взаимодействие с СУБД для чтения или модификации данных, хранящихся в БД, и реализует следующий набор функций: The data storage access functional block provides interaction with the DBMS to read or modify data stored in the database and implements the following set of functions:

- чтение полного списка объектов мониторинга, створов, ТК в составе системы;- reading the full list of monitoring objects, alignments, TCs as part of the system;

- чтение атрибутов отдельного объекта, створа, ТК с указанным идентификатором;- reading the attributes of a separate object, alignment, TC with the specified identifier;

- поиск ТК по значению отдельных атрибутов (по названию, идентификатору оконечного устройства, принадлежности к объекту, створу);- search for a TC by the value of individual attributes (by name, identifier of the terminal device, belonging to an object, alignment);

- модификация атрибутов отдельного объекта, створа, ТК с указанным идентификатором;- modification of the attributes of a separate object, alignment, TC with the specified identifier;

- добавление новых записей с результатами измерений по ТК (показания датчиков и технологические параметры) в соответствующие таблицы;- adding new records with the results of measurements according to the TC (sensor readings and technological parameters) to the appropriate tables;

- чтение результатов измерений по ТК с указанным идентификатором с дополнительными условиями (последнее по времени измерение, список измерений за указанный период).- reading the measurement results according to the TC with the specified identifier with additional conditions (the latest measurement, the list of measurements for the specified period).

Функциональный блок формирования отчетов реализует формирование отчетных документов в стандартизованном формате Office Open XML (OOXML), которые могут быть открыты для последующей обработки на другом АРМ с использованием пакета Microsoft Office (Word, Excel) версии 2007 и выше (файлы с расширением .docx и .xlsx). Обеспечивается формирование следующих видов отчетов: The functional block for generating reports generates reporting documents in the standardized Office Open XML (OOXML) format, which can be opened for further processing on another workstation using the Microsoft Office package (Word, Excel) version 2007 and higher (files with the extension .docx and . xlsx). The following types of reports are generated:

- зависимость температуры от глубины на выбранный момент времени для выбранной оператором ТТК;- dependence of temperature on depth at the selected point in time for the TTC selected by the operator;

- зависимость уровня воды от времени для выбранной оператором ТПК или ТКОВ.- dependence of the water level on time for the TPK or TKV selected by the operator.

Для разработки СПО САМИК ГТС применены следующие языки программирования: С# (C Sharp), JavaScript.The following programming languages were used to develop SAMIK GTS open source software: С# (C Sharp), JavaScript.

Среда разработки: Microsoft Visual Studio 2017.Development environment: Microsoft Visual Studio 2017.

Аппаратный сервер предназначен для размещения ПСС и ПСП. The hardware server is designed to host PSS and PSP.

Сервер функционирует в круглосуточном (постоянном) режиме и имеет связь по сети с базовой станцией и АРМ, на которых требуется доступ к результатам измерений.The server operates in a round-the-clock (permanent) mode and has a network connection with the base station and workstation, which require access to the measurement results.

В качестве АРМ используется рабочее место оператора системы автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений. The workplace of the operator of the system for automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures is used as an automated workplace.

Подключение осуществляется посредством WEB-интерфейса (в браузере вписывается адрес сервера, при этом не требуется предустановки специального программного обеспечения на компьютер пользователя, все ПО находится на сервере).The connection is made via the WEB-interface (the address of the server is entered in the browser, and it does not require pre-installation of special software on the user's computer, all software is located on the server).

БД системы автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений организована как набор взаимосвязанных таблиц, которые можно разделить на две группы: DB systems for automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures organized as a set of interrelated tables that can be divided into two groups:

Таблицы с постоянными, редко модифицируемыми данными:Tables with permanent, rarely modified data:

- Объекты мониторинга;- Objects of monitoring;

- Створы;- Gates;

- Параметры точек контроля (ТК).- Parameters of control points (TC).

Таблицы с регулярно обновляемой информацией:Tables with regularly updated information:

- Результаты измерений, получаемые от ТК;- Measurement results received from the TC;

- Принятые и переданные пакеты оконечных устройств ТК.- Received and transmitted packets of TC terminal devices.

Объем информации определяется количеством точек контроля в измерительной сети и выбранным периодом выполнения измерений.The amount of information is determined by the number of control points in the measuring network and the selected measurement period.

Для хранения информации используется файловая система на жестком диске сервера. В качестве СУБД применяется компактная встраиваемая реляционная СУБД SQLite версии 3, БД представляет собой один файл.The file system on the server's hard drive is used to store information. As a DBMS, a compact embedded relational DBMS SQLite version 3 is used, the database is a single file.

В САМИК ГТС реализованы 4 вида отчетных документов (файлов MS Office) - 2 по состоянию ТТК на момент времени, 1 по состоянию ТПК по выбранному створу на указанный момент времени (день) и 1 график зависимости уровня воды от времени.4 types of reporting documents (MS Office files) are implemented in SAMIK GTS - 2 according to the state of the TTC at a point in time, 1 according to the state of the TPK at a selected alignment at a specified point in time (day) and 1 graph of water level versus time.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

В САМИК ГТС реализованы следующие технические решения:The following technical solutions have been implemented in SAMIK GTS:

- автономный вариант работы точек контроля (термометрических и пьезометрических скважин) путем применения батарей электропитания с максимально длительным временем эксплуатации до замены; - autonomous operation of control points (thermometric and piezometric wells) by using power batteries with the longest operating time before replacement;

- передача данных с использованием радиоканала.- data transmission using a radio channel.

Данные решения предполагают периодический режим контроля. Измерения происходят в дискретные моменты времени, при которых блоки сбора и передачи данных (БСПД) активны, все остальное время находятся в состоянии «сна».These solutions assume a periodic control regime. The measurements take place at discrete times, when the data acquisition and transmission units (DACUs) are active, the rest of the time they are in the “sleep” state.

Регламент работы системы предусматривает следующие временные интервалы измерений:The system operation schedule provides for the following measurement time intervals:

- температурный замер – до 10 раз в 10 суток; - temperature measurement - up to 10 times in 10 days;

- уровень воды (пьезометрический напор) и температура воды в пьезометрических скважинах – до 10 раз в сутки;- water level (piezometric pressure) and water temperature in piezometric wells - up to 10 times a day;

- уровень воды в емкостях – до 6 раз в час.- water level in tanks - up to 6 times per hour.

При этом в САМИК ГТС предусмотрено дистанционное изменение периода измерений и передачи данных.At the same time, SAMIK GTS provides for a remote change in the period of measurements and data transmission.

Схема организации связи построена по принципу «Звезда», при котором все оконечные устройства (точки контроля) поддерживают связь с центральным блоком приема – передачи (базовой станцией).The communication organization scheme is based on the "Star" principle, in which all terminal devices (control points) communicate with the central receiving-transmitting unit (base station).

Радиосредства в составе САМИК ГТС обладают следующими характеристиками:Radio facilities as part of SAMIK GTS have the following characteristics:

- работа в разрешенных, безлицензионных диапазонах радиочастот;- work in permitted, unlicensed radio frequency bands;

- минимальная мощность передатчика при максимальной дальности;- minimum transmitter power at maximum range;

- минимальное время передачи данных (нахождения в эфире); - minimum time of data transmission (being on the air);

- высокая чувствительность приемника.- high sensitivity of the receiver.

В САМИК ГТС применяется технология беспроводной передачи данных. SAMIK GTS uses wireless data transmission technology.

Для нее характерны помехоустойчивое и криптографическое кодирование, контроль целостности передаваемых пакетов данных, чрезвычайно малое время нахождения устройств в активном режиме.It is characterized by noise-immune and cryptographic coding, control of the integrity of transmitted data packets, and an extremely short time spent by devices in active mode.

Высокая чувствительности приёмника и специального вида модуляция радиосигнала обеспечивают устойчивую связь на расстоянии до 3- 5 км в городских условиях и до 15 км в зоне прямой видимости. The high sensitivity of the receiver and a special type of radio signal modulation provide stable communication at a distance of up to 3-5 km in urban areas and up to 15 km in the line of sight.

Сеть состоит из следующих элементов: конечное устройство, шлюз, сетевой сервер и сервер приложений.The network consists of the following elements: end device, gateway, network server and application server.

Автоматизированная система беспроводного мониторинга ГТС с накоплением данных для последующего анализа обеспечивает автоматизированный контроль измерений следующих параметров:Automated system for wireless monitoring of hydraulic structures with data accumulation for subsequent analysis provides automated control of measurements of the following parameters:

- уровни воды в пьезометрических скважинах (интерфейс 4-20 мА);- water levels in piezometric wells (interface 4-20 mA);

- уровни воды в открытых водоемах (интерфейс 4-20 мА);- water levels in open reservoirs (interface 4-20 mA);

- температура воды в пьезометрических скважинах и водоемах от датчиков уровня с интегрированным датчиком температуры воды (интерфейс 4-20 мА);- water temperature in piezometric wells and reservoirs from level sensors with an integrated water temperature sensor (4-20 mA interface);

- температурные распределения в термометрических скважинах от термометрических гирлянд (интерфейс 1Wire).- temperature distributions in thermometric wells from thermometric strings (1Wire interface).

В технических решениях применительно к САМИК ГТС реализованы конечные устройства классов А и С.The technical solutions for SAMIK GTS include end devices of classes A and C.

Двунаправленные конечные устройства «класса А» (Bi-directional end-devices, Class A) позволяют организовать двунаправленный обмен. Причем связь может инициировать только конечное устройство, после чего выделяются два временных окна, в течение которых ожидается ответ от сети. Интервал передачи планируется конечным устройством на основе собственных потребностей в связи с небольшими случайными временными флуктуациями (протокол типа ALOHA). Конечные устройства «класса А» применяются в приложениях, где передача данных от сети возможна только как ответная реакция на получения данных от конечного устройства и требуется максимальное время работы от автономного источника питания.Bi-directional end-devices (Class A) allow bidirectional exchange. Moreover, only the end device can initiate communication, after which two time windows are allocated, during which a response from the network is expected. The transmission interval is planned by the end device based on its own needs due to small random time fluctuations (protocol type ALOHA). End devices of "class A" are used in applications where data transmission from the network is possible only as a response to receiving data from the end device and the maximum operating time from an independent power source is required.

Двунаправленные конечные устройства «класса С» с максимальным приемным окном (Bi-directional end-devices, Class C) имеют почти непрерывно открытое окно приема. Приемное окно закрывается только на время передачи данных. Этот тип конечных устройств подходит для задач, когда необходимо получать большие объемы данных и не требуется длительная работа от автономного источника питания.Bi-directional end-devices (Class C) have an almost continuously open receive window. The receiving window is closed only for the duration of data transmission. This type of end device is suitable for tasks where it is necessary to receive large amounts of data and do not require long-term operation from an independent power source.

В Российской Федерации соответствующими нормативными документами определен порядок применения данных устройств и выделены необходимые полосы радиочастот.In the Russian Federation, the relevant regulatory documents define the procedure for using these devices and allocate the necessary radio frequency bands.

Для передачи данных по интерфейсу 4-20 мА применяются конечные устройства «класса А», так как объем передаваемых данных минимален.For data transmission via the 4-20 mA interface, "class A" end devices are used, since the amount of transmitted data is minimal.

Для передачи данных по интерфейсу 1-Wire применяются устройства «класса С».For data transmission via the 1-Wire interface, “class C” devices are used.

Применение устройств «класса С» предполагает наличие постоянного электропитания. Поэтому для организации связи в этом классе устройств применена схема квазипостоянного электропитания, которое организуется с помощью таймера включения – устройства «класса А».The use of "class C" devices requires a permanent power supply. Therefore, to organize communication in this class of devices, a quasi-permanent power supply scheme was used, which is organized using an on timer - a “class A” device.

Таймер включения представляет из себя приемопередатчик – устройство «класса А», включающее конвертер сигналов 1-Wire для трансляции данных термогирлянд на сервер через шлюз – базовую станцию.The turn-on timer is a transceiver - a "class A" device, including a 1-Wire signal converter for transmitting data from thermal garlands to a server through a gateway - a base station.

В САМИК ГТС реализованы следующие требования точности, надежности, достоверности и обеспеченности необходимых данных и характеристик при выполнении измерений:SAMIK GTS implements the following requirements for accuracy, reliability, reliability and availability of the necessary data and characteristics when performing measurements:

1. Абсолютная погрешность измерений температуры в скважинах не хуже 0,1 °С.1. The absolute error of temperature measurements in wells is not worse than 0.1 °С.

3. Абсолютная погрешность измерений уровней воды в емкостях не более 0,01 м.3. Absolute measurement error of water levels in tanks is not more than 0.01 m.

4. Диапазон измерений уровней воды в пьезометрической скважине в зоне гарантированного наличия воды (max 10 м).4. Range of measurements of water levels in a piezometric well in the zone of guaranteed water availability (max 10 m).

5. Наличие графического режима отображения распределения уровней воды по времени, температуры в скважинах по глубине.5. The presence of a graphical mode for displaying the distribution of water levels over time, temperature in wells by depth.

6. Вывод сообщений о превышении критериальных значений выше проектного.6. Output of messages about exceeding the criteria values above the design value.

7. Возможность изменения периодичности опроса измерительных скважин.7. Possibility to change the frequency of polling measuring wells.

8. Архивация данных.8. Data archiving.

9. Гарантийный срок эксплуатации оборудования не менее 24 месяцев с даты пуска в промышленную эксплуатацию.9. Warranty period of operation of the equipment is at least 24 months from the date of putting into commercial operation.

Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.We give the most comprehensive example of the implementation of the invention. Bearing in mind that this example does not limit the application of the invention.

САМИК ГТС включает в себя следующие виды информационных объектов:SAMIK GTS includes the following types of information objects:

- объекты мониторинга;- objects of monitoring;

- створы;- alignments;

- ТТК;- TTK;

- ТПК;- TPK;

- ТКОВ;- TKOV;

- состояние (результат измерения) ТТК;- state (measurement result) of TTK;

- состояние (результат измерения) ТПК;- state (measurement result) of TPK;

- состояние (результат измерения) ТКОВ.- state (measurement result) TKOV.

Каждый информационный объект имеет ряд атрибутов, совокупность значений которых формирует отдельный экземпляр объекта (отдельная ТК, отдельное измерение).Each information object has a number of attributes, the set of values of which forms a separate instance of the object (a separate TC, a separate dimension).

- Объект мониторинга: название, изображение карты, границы изображения карты в МСК.- Monitoring object: name, map image, map image borders in WCS.

- Створ: принадлежность к объекту мониторинга, название, координаты линии створа на плане в МСК.- Alignment: belonging to the monitoring object, name, coordinates of the alignment line on the plan in the MSC.

- ТТК: название, принадлежность к объекту и створу, высотное положение, координаты в плане (МСК), идентификаторы оконечных устройств, перечень датчиков термогирлянды.- TTK: name, belonging to the object and alignment, altitude position, coordinates in the plan (MCC), identifiers of terminal devices, a list of thermogarland sensors.

- ТПК: название, принадлежность к объекту и створу, высотное положение, координаты в плане (МСК), идентификаторы оконечных устройств.- TPK: name, belonging to the object and alignment, altitude position, coordinates in the plan (MCC), identifiers of terminal devices.

- ТКОВ: название, принадлежность к объекту, высотное положение, координаты в плане (МСК), идентификаторы оконечных устройств.- TKOV: name, belonging to the object, altitude position, coordinates in the plan (MCC), identifiers of terminal devices.

- Состояние (результат измерения) ТТК: принадлежность к ТТК, время выполнения измерения, значения температуры каждого датчика с привязкой к отметке высоты (БСВ), технологические параметры (уровень заряда батарей, температура внутри корпуса устройства, показатели качества приема сигнала).- Status (measurement result) of the TTC: belonging to the TTC, the time of the measurement, the temperature values of each sensor with reference to the height mark (BV), technological parameters (battery charge level, temperature inside the device case, signal reception quality indicators).

- Состояние (результат измерения) ТПК: принадлежность к ТПК, время выполнения измерения, значение отметки уровня воды (БСВ) или температуры воды, технологические параметры (уровень заряда батарей, температура внутри корпуса устройства, показатели качества приема сигнала).- Status (measurement result) of the TPK: belonging to the TPK, the time of the measurement, the value of the water level mark (WSL) or water temperature, technological parameters (battery charge level, temperature inside the device case, signal reception quality indicators).

- Состояние (результат измерения) ТКОВ: принадлежность к ТКОВ, время выполнения измерения, значение отметки уровня воды (БСВ) или температуры воды, технологические параметры (уровень заряда батарей, температура внутри корпуса устройства, показатели качества приема сигнала).- Status (measurement result) of the TKOV: belonging to the TKOV, the time of the measurement, the value of the water level mark (WSL) or water temperature, technological parameters (battery charge level, temperature inside the device case, signal reception quality indicators).

На основе совокупности свойств информационных объектов построены алгоритмы и процедуры обработки информации в САМИК ГТС:On the basis of a set of properties of information objects, algorithms and procedures for processing information in SAMIC GTS are built:

- получение полного списка объектов мониторинга, створов, ТК в составе системы;- obtaining a complete list of monitoring objects, alignments, TCs as part of the system;

- получение списка створов и ТК, принадлежащих определенному объекту;- obtaining a list of alignments and shopping malls belonging to a particular object;

- получение атрибутов отдельного объекта, створа, ТК с указанным идентификатором;- obtaining attributes of a separate object, alignment, TC with the specified identifier;

- получение набора результатов измерений по ТК с указанным идентификатором с дополнительными условиями (последнее по времени измерение, список измерений за указанный период);- obtaining a set of measurement results for the TC with the specified identifier with additional conditions (the latest measurement, the list of measurements for the specified period);

- формирование набора результатов измерений по нескольким ТК в одном створе для построения графиков изотерм и кривой депрессии;- formation of a set of measurement results for several TCs in one section for plotting isotherm graphs and a drawdown curve;

- определение соответствующей ТК по идентификатору оконечного устройства в принятом пакете;- determination of the corresponding TC by the identifier of the terminal device in the received packet;

- преобразование полученных значений измеренного тока в показания датчика и значение уровня воды в БСВ для ТПК и ТКОВ на основе значений высотного положения ТК.- conversion of the obtained values of the measured current into sensor readings and the value of the water level in the BWW for TPK and TKOV based on the values of the altitude position of the TC.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Предлагаемая САМИК ГТС с накоплением данных для последующего анализа может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения. The proposed SAMIK HTS with the accumulation of data for subsequent analysis can be carried out by a specialist in practice and, when implemented, ensures the implementation of the stated purpose, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "industrial applicability".

САМИК ГТС является территориально локальной автоматизированной системой, функционирует в непрерывном круглосуточном режиме и находится в постоянной готовности к выполнению возложенных задач.SAMIK GTS is a territorially local automated system that operates continuously around the clock and is in constant readiness to perform assigned tasks.

В автоматизированной системе беспроводного мониторинга ГТС с накоплением данных для последующего анализа реализованы следующие основные технические требования:The following main technical requirements are implemented in the automated system for wireless monitoring of hydraulic structures with data accumulation for subsequent analysis:

1. Надежность.1. Reliability.

2. Функциональность.2. Functionality.

3. Открытость сервера базы данных.3. Openness of the database server.

4. Самодиагностика: доступность контроллера скважины, контроль целостности пакетов информации, подтверждение доставки данных, информирование о неполучении данных от измерительной скважины в установленный срок.4. Self-diagnostics: availability of the well controller, control of the integrity of information packets, confirmation of data delivery, informing about the non-receipt of data from the measuring well in due time.

5. Удобство при ремонте, возможность проведения ремонта аппаратуры путем ее блочной замены.5. Convenience in repair, the possibility of repairing equipment by replacing it in blocks.

6. Обеспечение эксплуатационной проверки работоспособности датчиков и каналов связи.6. Ensuring operational testing of sensors and communication channels.

7. Надежность результатов, получаемых при обработке измерительной информации.7. Reliability of the results obtained in the processing of measurement information.

8. Ремонтопригодность и возможность замены вышедших из строя контрольно-измерительной аппаратуры и отдельных элементов АСМБ.8. Maintainability and the possibility of replacing failed instrumentation and individual elements of ASMB.

9. Обеспечение безопасного проведения наблюдений, эксплуатационного и технического обслуживания контрольно-измерительных систем и аппаратуры, включая их ремонт и замену.9. Ensuring the safe conduct of observations, operational and maintenance of control and measuring systems and equipment, including their repair and replacement.

В качестве основного средства вычислительной техники может быть использован сервер с характеристиками не хуже:As the main means of computer technology, a server with characteristics no worse than:

- процессор с частотой 2.1 ГГц и числом ядер 8;- processor with a frequency of 2.1 GHz and the number of cores 8;

- оперативная память типа RDIMM DDR4 объемом 16 Гб;- 16 GB RDIMM DDR4 RAM;

- общий объем HDD 6 Тб;- total HDD capacity 6 TB;

- сетевой интерфейс (Ethernet 100/1000 Мбит/c) для подключения к локальной сети.- network interface (Ethernet 100/1000 Mbps) for connecting to a local network.

Рекомендуемые аппаратные характеристики АРМ:Recommended hardware characteristics of the workstation:

- процессор класса Intel Core i3 / AMD Ryzen 3 или выше;- Intel Core i3 / AMD Ryzen 3 class processor or higher;

- оперативная память объемом не менее 8 Гб;- at least 8 GB of RAM;

- системный диск SSD или HDD от 250 Гб, (для ОС и базового ПО);- system disk SSD or HDD from 250 GB (for OS and basic software);

- сетевой интерфейс (Ethernet 100/1000 Мбит/c) для подключения к сети.- network interface (Ethernet 100/1000 Mbps) for connecting to the network.

Требования к каналам связи: пропускная способность не ниже 100 Мбит/сек.Requirements for communication channels: throughput not less than 100 Mbps.

Для обеспечения функционирования САМИК ГТС необходимо следующее предустановленное общесистемное программное обеспечение:To ensure the functioning of SAMIK GTS, the following preinstalled system-wide software is required:

- на сервере:- on server:

- операционная система линейки Windows Server;- operating system of the Windows Server line;

- на АРМ:- on AWP:

- операционная система семейства Windows;- operating system of the Windows family;

- современный браузер с поддержкой стандартов HTML5.- modern browser with support for HTML5 standards.

- офисный пакет приложений Microsoft Office.- Microsoft Office suite of applications.

САМИК ГТС с накоплением данных для последующего анализа обеспечивает выполнение следующих процедур:SAMIK GTS with data accumulation for subsequent analysis provides the following procedures:

1. Автоматизированный опрос датчиков, сбор информации, ее хранение, обработку и передачу данных в компьютерную сеть.1. Automated interrogation of sensors, collection of information, its storage, processing and transmission of data to a computer network.

2. Осуществление периодического автоматического опроса датчиков по заданному временному режиму:2. Implementation of periodic automatic polling of sensors according to a given time mode:

- температурный замер – 1 раз в 10 суток (максимальный не чаще 1 раза в сутки);- temperature measurement - 1 time in 10 days (the maximum is not more than 1 time per day);

- уровень воды (пьезометрический напор) и температура воды в пьезометрических скважинах – 1 раз в сутки;- water level (piezometric head) and water temperature in piezometric wells - 1 time per day;

- уровень воды в емкостях – 1 раз в час.- water level in tanks - 1 time per hour.

3. Обработка измерительной информации: пересчет отсчетов в показания, при необходимости усреднение данных по заданным правилам, визуализация результатов опроса КИА, сравнение показаний с пределами измерений.3. Processing of measurement information: conversion of readings into indications, if necessary, averaging of data according to specified rules, visualization of the results of the CIA survey, comparison of indications with measurement limits.

4. Формирование информационного пакета данных наблюдений с сохранением всей информации в памяти сервера и в архивах на независимых электронных носителях; создание и хранение протоколов ошибок и сбоев в работе.4. Formation of an information package of observational data with the preservation of all information in the server memory and in archives on independent electronic media; creation and storage of protocols of errors and failures in work.

5. Сравнение полученных результатов опроса КИА с критериями безопасности и автоматический вывод сообщения в случае выхода контролируемого параметра за установленные пределы, с уведомлением оператора о повышенной акселерации изменений температуры и уровней, с возможностью установления порога акселерации вручную.5. Comparison of the obtained results of the CME survey with safety criteria and automatic display of a message in case the controlled parameter goes beyond the established limits, with the notification of the operator about the increased acceleration of changes in temperature and levels, with the possibility of setting the acceleration threshold manually.

6. Беспрепятственная возможность масштабирования количества наблюдаемых объектов в 10 раз.6. Unobstructed ability to scale the number of observed objects by 10 times.

САМИК ГТС с накоплением данных для последующего анализа разработана с применением технологий беспроводного мониторинга параметров состояния термометрических, пьезометрических точек контроля и точек контроля уровня воды в открытых водоемах.SAMIK GTS with data accumulation for subsequent analysis was developed using technologies for wireless monitoring of the state parameters of thermometric, piezometric control points and water level control points in open reservoirs.

Функциональные возможности системы позволяет повысить уровень безопасности эксплуатации гидротехнических сооружений путем периодической оценки параметров точек контроля и их сравнения с критериями безопасности для конкретного объекта мониторинга.The functionality of the system makes it possible to increase the level of safety in the operation of hydraulic structures by periodically evaluating the parameters of control points and comparing them with the safety criteria for a specific monitoring object.

Дополнительно достигаемый технический результат:Additional achieved technical result:

1. Автономность, обслуживание точек раз в 3-5 лет (зависит от периодичности измерений, которая настраивается) и это только замена батареек, при необходимости, поверка измерительного оборудования.1. Autonomy, maintenance of points every 3-5 years (depends on the frequency of measurements, which is configured) and this is only a replacement of batteries, if necessary, verification of measuring equipment.

2. Отсутствие необходимости строительства инфраструктуры связи - все организуется без проводов, в т. ч. и на труднодоступных территориях.2. No need to build a communication infrastructure - everything is organized wirelessly, including in hard-to-reach areas.

3. Вандалозащищенность - все оборудование в скважинах, во вне находится только антенна, можно применять на неохраняемых объектах.3. Vandal resistance - all equipment is in the wells, only the antenna is outside, it can be used at unguarded facilities.

Claims (23)

1. Система автоматизированного мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений, включающая в себя множество автоматизированных мест оператора, соединенных посредством объединенной сети с удаленным сервером, который соединен посредством объединенной сети с множеством блоков мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений, расположенных на гидротехнических сооружениях,1. A system for automated monitoring and control of industrial safety of hydraulic structures, including a plurality of automated operator stations connected via a unified network to a remote server, which is connected via a unified network to a plurality of monitoring and control units for industrial safety of hydraulic structures located on hydraulic structures, отличающаяся тем, что блок мониторинга и контроля промышленной безопасности гидротехнических сооружений выполнен в виде базовой станции, имеющей блок автономного питания и модуль обмена сигналами по радиоканалу с устанавливаемыми на гидротехническом сооружении автономными модулями:characterized in that the block for monitoring and controlling the industrial safety of hydraulic structures is made in the form of a base station having an autonomous power supply unit and a radio signal exchange module with autonomous modules installed on the hydraulic structure: • точкой пьезометрического контроля,• piezometric control point, • точкой термометрического контроля,• thermometric control point, • точкой контроля уровня воды в открытых водоемах, • water level control point in open reservoirs, причем каждая точка имеет свой блок автономного питания, при этом точка термометрического контроля включает в себя корпус, в котором расположены:moreover, each point has its own autonomous power supply unit, while the thermometric control point includes a housing in which are located: • блок сбора и передачи данных, в состав которого входят:• data collection and transmission unit, which includes: i. аппаратный таймер с синхронизацией времени по сети LoRaWAN;i. hardware timer with time synchronization over the LoRaWAN network; ii. плата конвертера интерфейсов 1-wire-RS-232 контроллера управления работой;ii. interface converter board 1-wire-RS-232 of the work control controller; iii. плата радиомодема с интерфейсом RS-232;iii. radio modem board with RS-232 interface; iv. литий-ионная батарея;iv. lithium-ion battery; v. герметичный корпус с кабельными вводами;v. sealed housing with cable glands; • термогирлянда, состоящая из температурных датчиков;• thermal garland consisting of temperature sensors; • антенна штыревая.• whip antenna. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что точка пьезометрического контроля включает в себя корпус, в котором расположены: 2. The system according to claim 1, characterized in that the piezometric control point includes a housing in which are located: • блок сбора и передачи данных, в состав которого входят:• data collection and transmission unit, which includes: i. блок сбора и передачи данных об уровне воды;i. block for collecting and transmitting data on the water level; ii. блок сбора и передачи данных о температуре;ii. temperature data acquisition and transmission unit; iii. литий-ионная батарея;iii. lithium-ion battery; iv. герметичный корпус с кабельными вводами;iv. sealed housing with cable glands; • датчик уровня воды и температуры;• water level and temperature sensor; • антенна штыревая.• whip antenna. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что базовая станция расположена в утепленном металлическом шкафу.3. The system according to claim 1, characterized in that the base station is located in an insulated metal cabinet.
RU2021122089A 2021-07-26 Automatic monitoring and control system for industrial safety of hydraulic structures RU2772447C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772447C1 true RU2772447C1 (en) 2022-05-20

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796646C1 (en) * 2022-07-26 2023-05-29 Общество с ограниченной ответственностью "Видеофор" (ООО "Видеофор") Integrated safety in water bodies

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU113840U1 (en) * 2011-09-27 2012-02-27 Учреждение Российской академии наук Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН INSTRUMENT CONTAINER FOR SPECTRAL RESEARCHES OF THE ATMOSPHERE
RU2460127C1 (en) * 2011-08-29 2012-08-27 Открытое акционерное общество "ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева" Automated system for monitoring technical state and supporting decision making in raising security and reliability of systems of hydraulic structures hydroelectric power plants and other facilities
CN203552448U (en) * 2013-11-11 2014-04-16 广州市水务科学研究所 Dam safety monitoring system based on ZigBee wireless sensor network
CN104729624A (en) * 2015-01-24 2015-06-24 河南省郑州水利学校 Water level monitoring system of hydropower station
CN109883468A (en) * 2017-12-06 2019-06-14 段冬 A kind of automatic water level temperature monitoring recorder

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460127C1 (en) * 2011-08-29 2012-08-27 Открытое акционерное общество "ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева" Automated system for monitoring technical state and supporting decision making in raising security and reliability of systems of hydraulic structures hydroelectric power plants and other facilities
RU113840U1 (en) * 2011-09-27 2012-02-27 Учреждение Российской академии наук Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН INSTRUMENT CONTAINER FOR SPECTRAL RESEARCHES OF THE ATMOSPHERE
CN203552448U (en) * 2013-11-11 2014-04-16 广州市水务科学研究所 Dam safety monitoring system based on ZigBee wireless sensor network
CN104729624A (en) * 2015-01-24 2015-06-24 河南省郑州水利学校 Water level monitoring system of hydropower station
CN109883468A (en) * 2017-12-06 2019-06-14 段冬 A kind of automatic water level temperature monitoring recorder

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
с. 7-8. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796646C1 (en) * 2022-07-26 2023-05-29 Общество с ограниченной ответственностью "Видеофор" (ООО "Видеофор") Integrated safety in water bodies
RU2815243C1 (en) * 2023-07-28 2024-03-12 Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" Method for geotechnical monitoring using integrated system for automated monitoring of technical state of structures in real time

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7859403B2 (en) Monitoring and alarming system and method
US11006366B2 (en) Systems and methods for using a mobile gateway in a low power wide area network
EP2843636B1 (en) Monitoring and control of alarm systems
US9500499B2 (en) Time diversified packet protocol
CN102186186B (en) Wireless sensor network motoring method and system for infrastructure
US20230345360A1 (en) Systems and methods for improved geolocation in a low power wide area network
CN102668410A (en) A terminal for communicating with a communication satellite
CN103020721B (en) A kind of method assessing automation system for the power network dispatching real time data processing efficiency
CN104574909A (en) Acquirer for remote meter reading and remote meter reading system
RU2772447C1 (en) Automatic monitoring and control system for industrial safety of hydraulic structures
US11516561B2 (en) Method for reading fluid meters
EP2781447A1 (en) Method for transferring data between at least one lagrangian buoy for measuring currents for ocean and coastal environments and a base station, and lagrangian buoy for measuring currents for ocean and coastal environments
KR20190070687A (en) Advanced Metering Infrastructure System for LoRaWAN based Smart Meter
CN202004971U (en) Wireless sensing network monitoring system for infrastructure
US9854334B2 (en) Method and device for managing transmissions of measurements periodically carried out by a sensor
JP2007036342A (en) Data communications system
EP1499862A1 (en) Remote measurement system
US20210388510A1 (en) Short message service transceiver module
KR102252047B1 (en) System for providing an air pollution information using a dcu
CN109489840A (en) A kind of cable mid head In-Line Temperature Measure System and method based on cloud database
CN112313964B (en) Clearance data collection for low energy devices
Silant'ev et al. An unmanned ecological monitoring system
IE20030317A1 (en) A fluid level measurement system
CN104065654A (en) Locating system
IES20020317A2 (en) A measurement system