Система и способ контроля удалённого оборудования
Владельцы патента RU 2625209:
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") (RU)
Изобретение относится к вычислительной техники. Система контроля удалённого оборудования состоит из удалённых объектов управления с контроллером, средств интерфейса объектов управления и средств контроля. В состав объектов управления входят удалённая база данных, сервер управления оборудованием, для взаимодействия между объектами управления и удалённой базой данных. Средства интерфейса объектов управления подключены к серверу управления оборудованием. Удалённые объекты управления оборудованы контроллером и средствами интерфейса. В состав управляющих компонентов входят слои удалённой базы данных для хранения и выдачи команд управления, сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием, подключённый к серверу удалённой базы данных. Сервер управления оборудованием обеспечивает взаимодействие между объектами управления и слоями удалённой базы данных и подключён к серверу связи реального времени. Средства интерфейса объектов управления подключены к серверу управления оборудованием. Повышается эффективность и устойчивость контроля. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при управлении множеством совокупностью объектов техники различного назначения, например входящими в состав комплексов радиотехнического оборудования: средств наземных комплексов управления космическими аппаратами и т.п.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрана система удалённой диагностики роботов, известная из патента ABB Research Ltd. – US 8121729, опубл. 2012. В US 8121729 предложена система удалённой диагностики роботов (с соответствующим описанием способа удалённой диагностики с использованием данной системы), состоящая из первой совокупности удалённых объектов управления – роботов, каждый из которых, очевидно, оборудован по меньшей мере одним контроллером, средств интерфейса объектов управления – роботов, второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления. В состав второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления, входят, по меньшей мере: удалённая база данных, обеспечивающая приём и хранение таблиц состояний для упомянутых объектов управления; сервер управления оборудованием, обеспечивающий взаимодействие между объектами управления и удалённой базой данных. Кроме того, к данному серверу управления оборудованием подключены средства интерфейса объектов управления.
В свою очередь, система и способ контроля удалённого оборудования, предлагаемые в данном изобретении, представляют собой дальнейшее совершенствование систем и способа контроля удалённого оборудования, и направлены на создание систем и способов, которые смогут обеспечить эффективный и устойчивый контроль разнохарактерного оборудования, который будет включать как мониторинг и диагностику, так и управление.
Данная задача решается при использовании предложенных системы и способа контроля удалённого оборудования. Система контроля удалённого оборудования состоит из первой совокупности удалённых объектов управления, каждый из которых оборудован по меньшей мере одним контроллером; средств интерфейса объектов управления; второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления. В состав второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления, входят, по меньшей мере, удалённая база данных, обеспечивающая приём и хранение таблиц состояний для упомянутых объектов управления; сервер управления оборудованием, обеспечивающий взаимодействие между объектами управления и удалённой базой данных. Средства интерфейса объектов управления, подключены к данному серверу управления оборудованием.
В отличие от аналога упомянутая первая совокупность удалённых объектов управления представляет собой совокупность удалённых компонентов-сущностей – объектов управления, различающихся функциональным назначением и/или особенностями эксплуатации. Каждый из объектов управления оборудован по меньшей мере одним контроллером и средствами интерфейса, индивидуальными для каждого компонента-сущности – объекта управления. Вторая совокупность средств контроля представляет собой совокупность управляющих компонентов-сущностей, внешних для упомянутых удалённых компонентов-сущностей. В состав данной второй совокупности входят, по меньшей мере, слои упомянутой удалённой базы данных, обеспечивающие для каждого из упомянутых компонентов-сущностей – объектов управления хранение и выдачу команд управления и приём и хранение таблиц состояний, причём для хранения и управления этой удалённой базы данных выделен соответствующий сервер. Также в состав данной второй совокупности входит сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием, подключённый к серверу удалённой базы данных, и упомянутый сервер управления оборудованием, обеспечивающий взаимодействие между соответствующими компонентами-сущностями – объектами управления и слоями удалённой базы данных и подключённый к серверу связи реального времени и автономного управления оборудованием. Упомянутые средства интерфейса, индивидуальные для каждого компонента-сущности – объекта управления, подключены к этому серверу управления оборудованием. Предложенный способ контроля удалённого оборудования предусматривает организацию и использование системы, описанной выше.
Предложенное изобретение поясняется схемами: фиг. 1 – структурная схема системы; фиг. 2 – путь движения команд между управляющим компонентом-сущностью и компонентом-сущностью – объектом управления; и осуществляется описанным ниже образом, не ограничивающим различные варианты исполнения изобретения, в зависимости от конкретной ситуации.
Возможность использования предложенной системы контроля удалённого оборудования и соответственно способа контроля с её использованием основаны на очевидном качественном изменении современных компьютерных средств в сторону роста быстродействия, объемов оперативной памяти и памяти дисковых накопителей. Прогресс компьютерных средств постоянно актуализирует задачи по созданию систем централизованного управления в сложных технических системах, то есть систем сочетающих как функции мониторинга, так и функции управления, создавая одновременно возможности для их решения. В части построения сложных технических систем самого разного назначения технологические возможности современного компьютерного оборудования позволяют рассмотреть составные части системы, основанные на использовании тех или иных аппаратно-программных комплексов в качестве компонентов-сущностей (объектов-сущностей). Тех элементов сложных технических систем, представляющих собой не только набор средств для обработки данных, но и для возможности перенаправления их потоков с соблюдением правил их взаимодействия с хранилищами данных. (См., также термин «entity» на английском языке, который может быть употреблён в русском языке как «энтитет»).
Основываясь на данном определении, которое характеризует особенности и технологические возможности аппаратно-программных средств и комплексов, можно спроектировать архитектуру сложной технической системы, предназначенной для управления оборудованием, расположенным удалённо, решающим разноплановые технологические задачи и сложным в управлении. Используя оборудование, которое может быть рассмотрено как компоненты-сущности, можно создать сложную техническую систему, обладающую хорошей управляемостью в сочетании с возможностью диагностики её составных элементов. В особенности данная задача актуальна для систем управления радиотехническим комплексом, которые может включать антенную систему, систему управления облучателем, приёмное устройство и т. д.
Предложенная система контроля удалённого оборудования, построенная с использованием описанных выше принципов, может быть представлена в виде нескольких подсистем. В качестве первой подсистемы может быть рассмотрена первая из совокупностей удалённых компонентов-сущностей 11…1N – объектов управления, различающихся функциональным назначением и/или особенностями эксплуатации, каждый из которых оборудован по меньшей мере одним контроллером. Для каждого из компонентов-сущностей 11…1N – объектов управления выделены индивидуальные средства интерфейса 21…2N. В качестве второй подсистемы может быть рассмотрена вторая из совокупностей управляющих компонентов-сущностей, внешних для упомянутых удалённых компонентов-сущностей. В состав данной второй совокупности входят компоненты-сущности 31…3N, 4, 5, которые являются управляющими для компонентов-сущностей 11…1N – объектов управления. То есть используя компоненты-сущности как на стороне объекта управления 11…1N, так и на управляющей стороне, создают систему, обеспечивающую взаимный обмен информации, в том числе пересылку команд управления.
Компонентами-сущностями второй совокупности являются, по меньшей мере: сервер хранения слоёв удалённой базы данных 31…3N, сервер связи реального времени и автономного управления 4, сервер управления оборудованием 5. То есть выделен сервер для хранения и управления слоями 31…3N удалённой базы данных, обеспечивающими для каждого из упомянутых компонентов-сущностей 11…1N – объектов управления хранение и выдачу команд управления и приём и хранение таблиц состояний. Сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием 4 подключён к серверу удалённой базы данных. Сервер управления оборудованием 5, обеспечивающий взаимодействие между соответствующими компонентами-сущностями 11…1N – объектами управления и слоями 31…3N удалённой базы данных, подключён к серверу связи реального времени и автономного управления оборудованием 4. Средства интерфейса 21…2N индивидуальны для каждого компонента-сущности 11…1N – объекта управления и подключены к этому серверу управления оборудованием 5. Описанная выше архитектура сложной технической системы, состоящей из компонентов сущностей 11…1N, 31…3N, 4, 5, обеспечит быструю и надёжную обработку больших объёмов данных, относящихся как к управлению удалёнными объектами, так и к их мониторингу, и станет основой для осуществления способов управления удалённым оборудованием.
Основным узлом в предложенной системе является сервер удалённой базы данных, запоминающие устройства данного сервера используются для хранения слоёв базы данных 31…3N – высокоуровневых команд управления оборудованием, например выставление оборудования на определённые режимы работы в определённое время. Команды представляют собой записи в базах данных – участки запоминающих устройств, используемые для хранения соответствующих записей, в которых содержатся столбцы с номером режима работы, временами выхода на и из режима и переменными данными (точные значения частотных параметров, данных об азимуте и т.д.). Кроме того, запоминающие устройства сервера удалённой базы данных используются для хранения таблиц данных, принятых с каждого типа оборудования, входящего в состав комплекса (телеметрия, оцифрованные сигналы с приёмников и т. д.).
Сервер удалённой базы данных связан с сервером управления оборудованием 5, через сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием 4, необходимый для синхронизации по времени работы оборудования комплекса, например радиотехнического оборудования, и выдачи необходимых указаний. Также, через сервер 4 возможно автономное управление оборудованием при отказе оборудования удалённого управления. Доступ к серверу управления оборудованием организован так, что выборка управляющего узла производится в соответствии с командами диагностической программы, опрашивающей работоспособность канала связи с сервером хранения слоёв удалённой базы данных 31…3N или сервером связи реального времени и автономного управления оборудованием 4. Соответственно сервер хранения слоёв удалённой базы данных 31…3N, а также сервер связи реального времени и автономного управления 4 оборудованием и сервер управления оборудованием 5, совокупность данных, хранящихся в памяти серверов, совокупность линий связи образуют набор аппаратных и/или программных интерфейсов, которые будут использованы для передачи команд на управляемые средства, например на средства комплекса радиотехнического оборудования.
Каждое из устройств, входящее в состав управляемого комплекса (например, антенная система, система управления облучателем, приёмное устройство и т. п. для комплекса радиотехнического оборудования) 11…1N, а также внешние устройства для данного комплекса 31…3N, 4, 5, осуществляющие выдачу заданий и прием информации, как и было указано выше, рассматриваются как компоненты-сущности. Каждый из компонентов-сущностей 11…1N, 31…3N, 4, 5 представляет собой совокупность аппаратных и/или программных средств, взаимодействующих между собой как внутри самого себя, так и с аппаратными и/или программными средствами вне данного компонента-сущности. Компонент-сущность 11…1N, 31…3N, 4 или 5 может быть представлен в базах данных соответствующего сервера или контроллера в виде совокупности таблиц, обязательно включающих таблицу команд и таблицу состояний. То есть указанные выше сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием 4 и сервер управления оборудованием 5 также рассматриваются в качестве описанных выше компонентов-сущностей и являются управляющими компонентами-сущностями в предложенной системе. Для выдачи команд на каждую управляемую сущность 11…1N, например антенную систему, выделен контроллер, расположенный на стороне управляемого устройства. Для взаимодействия средств управления с каждым из управляющих компонентов-сущностей 31…3N, 4 или 5 выделены собственные средства аппаратного и/или программного интерфейса 21…2N, то есть индивидуальный интерфейс для каждого компонента-сущности 11…1N.
То есть связь контроллеров компонентов-сущностей 11…1N – объектов управления с сервером, на котором размещены слои 31…3N удалённой базы данных, осуществляется с использованием совокупности команд-посредников (программы-посредника), обслуживающих аппаратную часть интерфейса (например, RS485), а также организующих запросы к таблицам слоёв базы данных 31…3N. Таблицы слоёв базы данных 31…3N дешифрируются в команды контроллеров управляемых компонентов-сущностей 11…1N и передаются в него через аппаратную часть интерфейса 21…2N с приёмом ответов, направляемых в таблицу состояний слоёв базы данных 31…3N. Предложенная организация движения команд и данных управляемой сложной технической системы обеспечивает использование практически неограниченного числа управляемых компонентов-сущностей 11…1N. Число управляющих компонентов-сущностей 31…3N, 4, 5 и т.п. также практически не ограничено. Управляющие компоненты-сущности могут быть локальными или удалёнными, конкретное их количество определяется настройками сервера удалённой базы данных, на котором можно выделить множество управляющих компонентов-сущностей 31…3N – слоёв удалённой базы данных, которые представляют собой совокупности участков памяти и компьютерных программ, представляющих собой оконечные автоматы, выдающие команды контроллерам оборудования, осуществляя заключительную часть алгоритма управления.
Команды контроллерам компонентов-сущностей 11…1N – объектов управления содержатся в таблицах – «словарях» базы данных, формируемой на сервере управления оборудованием 5. В данной таблице, содержащей команды контроллерам – низкоуровневые команды, содержатся так же столбцы с числами – 1…n, представляющие линейный алгоритм выполнения низкоуровневых команд контроллеру. Конечный автомат соотносит столбцы с номерами режимов с соответствующими строками из таблицы высокоуровневых команд. Установку переменных значений выполняет сама программа, изменяя по заданному алгоритму команды из таблиц низкоуровневых команд. В результате выполнения каждой высокоуровневой команды каждый компонент-сущность 11…1N – объект управления будет выдавать свою ответную информацию (телеметрию, оцифрованные сигналы с приёмников, признак выполнения/невыполнения и т.д.) в виде таблицы базы данных в соответствующие слои 31…3N базы данных удалённого сервера. В отработанном варианте исполнения оконечное управление осуществляется сервером управления оборудованием 5 через интерфейсы RS-485 в полудуплексном режиме, контроль режима приёма-передачи осуществляется автоматически UART контроллером устройства, которое являет собой физический порт RS-485.
В целом, связь с управляющими контроллерами подсистем может осуществляться при помощи приборных интерфейсов (RS-485, RS-422, RS-232, USB), а также с использованием сетевых технологий по интерфейсу Ethernet и различных протоколов обмена данными (TCP/IP, UDP, IPX), для чего предусмотрено до 8 каналов RS-485, 4 канала USB, а также сетевой Switch на 24 канала Ethernet. Гибкая расширяемая архитектура приборных интерфейсов может быть дооснащена сверх базовой комплектации, при необходимости, могут быть добавлены расширители USB-портов, интерфейсы COM и JPIB. Система может быть использована в построении управляющих иерархических систем, обеспечивая передачу управления и распределение данных между субъектами в таких системах с дооснащением, при необходимости, накопителями и хранилищами данных, а также средствами их защиты и контроля доступа.
В результате использования предложенных системы и способа становится возможным унифицировать управление разнообразным оборудованием через различные интерфейсы благодаря выделению в комплексе оборудования компонентов-сущностей. Система может быть легко доработана вместо целой ПЭВМ до уровня вентильных матриц, что минимизирует габариты систем, а также увеличит их надёжность.
В результате система и способ контроля удалённого оборудования смогут быть использованы в задачах автономного, автоматического и полуавтоматического управления объектами и системами различного назначения. Соответственно может быть выделен неисчерпывающий перечень направлений использования предложенной системы контроля удалённого оборудования и соответственно способ её эксплуатации:
- управление сложными радиотехническими объектами (радиолокационные и гидроакустические станции, системы управления частотными ресурсами, радиотелескопы различных типов и назначения);
- управление технологическими линиями, системами мониторинга и сбора данных, например распределёнными информационно-измерительными сетями, использующимися в геологии, сейсморазведке, системах раннего предупреждения о землетрясениях, системах наблюдения за климатическими параметрами и т.п.;
- комплексное управление реанимационного оборудования и медицинского послеоперационного мониторинга;
- организация систем сбора данных и управление оборудованием для микробиологических исследований;
- системы охранной и пожарной сигнализации, системы контроля допуска и автоматической защиты объектов различных категорий;
- системы контроля и диагностики состояния технических объектов высокой сложности, том числе автомобилей, самолетов, локомотивов и вагонов, железнодорожного путевого хозяйства и устройствами автоматизации научных исследований.
1. Система контроля удалённого оборудования, состоящая из
первой совокупности удалённых объектов управления, каждый из которых оборудован по меньшей мере одним контроллером,
средств интерфейса объектов управления,
второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления, причём
в состав второй совокупности средств контроля, внешних для удалённых объектов управления, входят, по меньшей мере,
удалённая база данных, обеспечивающая приём и хранение таблиц состояний для упомянутых объектов управления,
сервер управления оборудованием, обеспечивающий
взаимодействие между объектами управления и удалённой базой данных, при этом упомянутые
средства интерфейса объектов управления подключены к данному серверу управления оборудованием, отличающаяся тем, что
упомянутая первая совокупность удалённых объектов управления представляет собой совокупность удалённых компонентов-сущностей – объектов управления, различающихся функциональным назначением и/или особенностями эксплуатации, каждый из которых оборудован,
по меньшей мере одним контроллером, и
средствами интерфейса, индивидуальными для каждого компонента-сущности – объекта управления,
упомянутая вторая совокупность средств контроля представляет собой совокупность управляющих компонентов-сущностей, внешних для упомянутых удалённых компонентов-сущностей, причём
в состав данной второй совокупности входят, по меньшей мере,
слои упомянутой удалённой базы данных, обеспечивающие для каждого из упомянутых компонентов-сущностей – объектов управления хранение и выдачу команд управления и приём и хранение таблиц состояний, причём для хранения и управления этой удалённой базы данных выделен соответствующий сервер,
сервер связи реального времени и автономного управления оборудованием, подключённый к серверу удалённой базы данных,
упомянутый сервер управления оборудованием, обеспечивающий
взаимодействие между соответствующими компонентами-сущностями – объектами управления и слоями удалённой базы данных и подключённый
к серверу связи реального времени и автономного управления оборудованием, при этом упомянутые
средства интерфейса, индивидуальные для каждого компонента-сущности – объекта управления, подключены к этому серверу управления оборудованием.
2. Способ контроля удалённого оборудования, характеризующийся тем, что предусматривают организацию и использование системы по п. 1.
