Система телеметрии и дистанционного управления что это
Телеметрия и программное обеспечение
Около 6 лет назад я участвовал в проекте по изготовлению железа и софта для одной крупной Североамериканской медицинской компании. Стоя возле тестовой стойки, в которой под нагрузкой было несколько устройств, я задал себе вопрос: «Если что-то пойдет не так, как нам ускорить поиск и исправление ошибки?»
С момента возникновения этого вопроса и до сегодняшнего дня было сделано очень много, и я хотел бы поделиться с вами тем как сбор и анализ телеметрии в софте и железе помог значительно снизить время обнаружения и исправления ошибок в целом спектре проектов, в которых я участвовал.
Введение
Телеметрия происходит от древнегреческого τῆλε «далеко» + μέτρεω — «измеряю».
Все очень просто, любые измерения, какие только может выдумать штат различных инженеров и возможно ученых, целевая система шлет в центр обработки для визуального и автоматического контроля и обработки.
Приблизительно вот так:
Когда на стороне сервера это может например выглядеть вот так:
Предыстория
Как то, наблюдая за работой наших QA инженеров, я задался вопросом – почему сложные устройства вроде спутников, ракет, машин имеют телеметрию, а мы, создавая, по сути, программные части операционных комнат, роботов, сложных программных решений, даже не задумываемся об этом направлении?
Количество кода колоссально, а способов понять, что что-то пошло не так меньше чем пальцев на одной руке:
Велосипед или дай прокатиться
Как нас учили: велосипеды — это познавательно и увлекательно, но сначала поищите существующие решения, чем я и занялся.
По хорошей традиции начал с требований:
Под эти требования на момент начала 2011 года не попадал ни один проект, который я нашел, даже близко, даже половина требований.
Телеметрия для софта в виде готовых и открытых решений почти отсутствовала как класс, большие игроки делали для себя все сами и не особо спешили делиться.
Второй неожиданностью была реакция коллег – безразличие или в худшем случае неприятие, но, к счастью – это продлилось не долго, до первых результатов.
Единственное решение, которое я нашел на тот момент (2011 год), была библиотека P7 располагавшаяся в то время на google code. Функционал был беден, из платформ был только X86, на сервер было сложно смотреть без слез, но были и плюсы:
Первый шаг
Встраивание библиотеки в наш код прошло легко и без проблем, но тут же возник вопрос: какие красивые графики мы хотим видеть и какие показания записывать? Это только, кажется, что вопрос прост, на самом деле – он сложен и коварен.
На первых порах и без опыта мы стали писать сравнительно ничтожное количество телеметрии:
Первое же боевое крещение дало прекрасные результаты: после пары дней незаметной работы и воспроизведения нескольких багов мы, наконец-то, смогли понять природу многих из них:
Оказалось, что тестовый код с машины одного из инженеров попал в производство и регулярно подвешивал один из потоков, на пол секунды, на секунду. Эта проблема тоже была на графиках отчетливо видна – взлет CPU, memory, бешенная работа менеджера памяти и вдруг посередине он зависал на несколько сот миллисекунд (иногда до нескольких секунд):
После того как мы увлеченно с коллегами тыкали пальцами в монитор и вопрошали «¿Qué pasa?», находили ответ и радовались как дети – вопрос о полезности больше не стоял, мы получили новую игрушку и хотели играть дальше.
Переходим на бег
После первого успеха мы начали последовательно увеличивать количество обязательных счётчиков:
Заключение
В качестве заключения позвольте представить несколько фактов:
Хотел бы надеяться, что эта статья позволит Вам задаться тем же вопросом что и мне «поможет ли телеметрия нашему продукту?», то можно сказать, что писал я ее не зря, так как в индустрии программного обеспечения этот вопрос невероятно редко звучит, бытует мнение, что это удел космоса и оборонки.
Изучаем что такое телеметрия
Сбор информации важная необходимость в сферах, где присутствие человека опасно или не может быть организованно. Современные технологии позволяют осуществлять контроль и сбор информации в удаленном режиме, без присутствия человека. Тема статьи, система телеметрии, ее разновидности, сферы использования, возможности применения для автомобильной промышленности.
Общее определение
Телеметрической системой (ТС) является совокупная работа датчиков, считывающих информацию из приемника, на который поступают полученные данные. Приемник обрабатывает информацию и выдает заключительный результат, или принимает решения о необходимых действиях, например, включении или выключении анализируемого объекта.
У подобных систем есть 3 основных назначения:
Самой распространенной является комбинированная система телеметрии. Ее используют на производствах, в медицине и научной деятельности. Дополнительными типами ТС являются:
Системы телеметрии используют различные каналы связи между датчиком и приемником.
Также ТС бывают цифровыми и аналоговыми, используют совмещенные или собственные каналы для передачи данных.
Системы телеметрии также делятся на типы по своему обслуживанию.
Работа телеметрии невозможна без использования чувствительных датчиков. Они бывают:
Датчики также делятся по сфере использования. Могут быть:
Каждый прибор измеряет установленную величину, преобразуя данные в электрические, импульсные или радиосигналы.
Разобравшись в системе телеметрии и что это такое, нужно рассмотреть, как применяются ТС в автомобильной промышленности.
Использование в автомобильной промышленности
Система телеметрии используется в автомобильной промышленности уже давно. Она применяется уже на стадии разработки, проектирования и сборки.
Запасные части
Производство запасных частей для машин проходит под полным контролем телеметрии. Точность размеров очень важна для каждой детали. Человек больше не стоит лично за токарным станком, контроль размеров и места необходимых отверстий контролирует ТС.
Также контроль производства необходим при создании электронных систем автомобиля. Машина оснащена множеством чувствительных элементов, от контроля качества которых зависит дальнейшая эксплуатация.
Тесты
После производства автомобиля, его необходимо протестировать. Под контроль телеметрии подпадает: тестирование работоспособности двигателя; ходовой системы; электрической цепи; реакция автомобиля при движении на различном покрытии и в разных климатических зонах.
Особенная часть тестдрайва автомобиля заключается в проверке безопасности. Тут человека полностью заменяют телеметрические датчики.
Ремонт
Крупные современные автосервисы используют телеметрию для контроля состояния автомобиля до и после ремонта. Особенно ТС необходима для ремонта трущихся деталей двигателя. При ремонте подобных деталей разница в несколько микрон играет огромное значение для дальнейшей эффективной эксплуатации двигателя.
ТС используется для ремонта ходовой части. Точное расположение колес относительно друг друга влияет на характеристики управляемости.
Телеметрия в автомобиле
В автомобилях используется 2 типа телеметрии: стационарная и внешняя. Далее будет дана подробная информация о каждом типе.
Стационарная
Бортовая или стационарная система используется в машине для контроля различных параметров. На автомобиле старшего поколения, с карбюраторным двигателем, система телеметрии была аналоговой. Она подразумевала наличие механических или электрических датчиков, и приемников, в виде контрольных ламп и механических счетчиков. В систему аналоговой телеметрии входили:
Большинство из этих устройств имеет механический или кабельный привод для передачи данных.
В современных автомобилях, с инжекторным впрыском топлива, телеметрия используется более широко. Все датчики и приемники — электронного или цифрового типа. Возможные варианты датчиков:
Все эти устройства контролируют определенные параметры, реагируют на изменения, в большую или меньшую сторону, от установленных норм, сигнализируют о неисправностях. Работа систем полностью зависит от бортового компьютера. Именно он является приемником сигналов от датчиков.
Телеметрию автомобилей можно отнести к комбинированному типу. ТС регистрирует получаемые данные, принимает решение о подключении дополнительных систем или их отключении, способна перезагружаться и обновлять свои настройки.
Например, при подключении функции автозапуска, термодатчик регистрирует температуру окружающей среды. При достижении заранее установленного порога, датчик передает на бортовой компьютер информацию о достижении установленного параметра. Компьютер обрабатывает данные и запускает двигатель для прогрева. После того, как температура силового агрегата достигла порога нагрева, компьютер отключает двигатель. Так может продолжаться до момента полного израсходования топлива.
Телеметрическая система упрощает управления внедорожниками. Множество датчиков рассчитывают нагрузку на колесные оси и момент вращения раздаточной коробки передач. Теперь водителю ненужно переключать переднюю и заднюю ось. Достаточно просто следить за дорогой. ТС сама рассчитывает скорость движения и количество оборотов для каждой оси внедорожника.
Внешняя
Впервые внешняя система телеметрии стала использоваться на космических аппаратах. С ее помощью на Землю поступали данные о техническом состоянии аппарата, маршруте, состоянии здоровья экипажа. Для передачи данных использовался радио сигнал. Современные системы стали использовать в качестве передатчиков спутники связи.
С развитием спутниковой связи GPS и ГЛОНАСС, ТС стали оснащаться туристические автобусы и большегрузные автомобили дальнего следования. Транспортные компании стали получать данные о техническом состоянии, маршруте, времени следования и остановки. ТС помогает компаниям вычислить количество топлива, необходимое для определенного отрезка пути, время следования, возможности для сокращения маршрута.
В настоящий момент системой телеметрии пользуются компании каршеринговых автомобилей. Теперь телеметрия получила более широкие возможности:
Основные системы остались прежними. Их дополнили возможностью дублировать данные. Вся информация, поступающая на бортовой компьютер, передается и в компанию владельца автомобиля. Таким образом, есть возможность получать информацию о техническом состоянии каждого узла и агрегата, о расходе топлива.
В настоящий момент большое развитие получают разработки беспилотных автомобилей. Их основной системой является двух путевая телеметрия. Подобные системы широко использовались на гоночных машинах. Ее суть в том, что вся информация с бортового компьютера дублируется на приемник команды гонщика. Техники получают возможность управления параметрами автомобиля для более эффективного прохождения маршрута. В беспилотных автомобилях нет внешнего контроля. Вся информация передается на ЭБУ, в который заложены настройки для конкретной дорожной ситуации. Вместо глаз водителя, управление полностью отдано внешним камерам. Иными словами, интеллект компьютера реагирует на картинку с камер, которая дополняется данными с различных датчиков.
Заключение
Телеметрия в современных автомобилях позволяет увеличить контроль, дублируя или реагируя на действия водителя. Самой полезной и известной функцией является автоматическая диагностика. Бортовой компьютер самостоятельно выявляет неисправности и оповещает об этом владельца. Развитие подобных технологий значительно упрощает эксплуатацию автомобилей.
Видео по теме
Система телеметрии и дистанционного управления что это
Системы дистанционного управления и сбора данных (SCADA)
В настоящее время, в связи с увеличением парка используемого автоматизированного оборудования и широким развитием «безлюдных» технологий особое значение получают системы автоматизированного управления производственными процессами и удаленного сбора данных. Кроме того, существуют ситуации, когда присутствие людей в определенных помещениях нежелательно, либо контролируемые объекты расположены на большой территории и не могут быть оперативно обслужены разумным количеством персонала. Для подобных применений все чаще используются системы дистанционного управления и сбора данных (SCADA).
Система ULTRAc фирмы ZEТRON
Модели 1708 и 1716 отличаются лишь числом входов/выходов. Все вышеперечисленные устройства содержат встроенный модем и могут подключаться непосредственно к радиостанции. Используемый протокол (FFSK) и скорость (1200 бод) позволяют использовать без существенных модификаций практически любые из существующих моделей профессиональных радиостанций. Данная система может быть использована как в составе обычных, так и транковых систем связи.
Оборудование каждого из удаленных объектов системы может состоять из одного или нескольких терминальных устройств, использующих общий радиоканал для связи с центральной станцией.
В небольших системах вместо персонального компьютера может использоваться кнопочная панель модели 4115, представляющая собой устройство со светодиодной индикацией и кнопочным управлением, монтируемое в стандартную 19-дюймовую стойку. Данное устройство позволяет контролировать до 36 объектов (с возможностью расширения до 96 объектов), при этом для каждого объекта контролируется до 16 входных и до 16 выходных сигналов. Панель питается от источника постоянного тока напряжением 12 вольт и потребляет ток до 1.5 ампер.
Модель 1512 может сообщать об аварийных событиях путем обзвона по списку телефонных номеров (до 120 номеров) и оповещать персонал об аварийной ситуации цифровой записью голоса (до 40 секунд). Кроме того, возможна передача информации об аварийной ситуации на пейджер при помощи модема с использованием протокола TAP (для использования этой возможности пейджинговый провайдер должен подерживать данный тип сервиса).
Возможна поставка данного устройства в защищенном NEMA корпусе с встроенной системой резервного электропитания и местом для установки сотового телефона. Кроме перечисленных выше функций оповещения данное устройство может по командам, передаваемым по телефону тональным набором, управлять четырьмя логическими выходами ( 3 выхода с открытым коллектором и один релейный выход).
При возникновении аварийной ситуации DevicePage автоматически набирает номер пейджингового терминала и передает заранее запрограммированное для каждого типа вызова алфавитно-цифровое сообщение длиной до 180 символов, информирующее персонал о нештатной ситуации. Набрав номер телефонной линии, подключенной к DevicePage, оператор может используя тональный набор подтвердить прием сообщения, а также изменить состояние управляющих выходов устройства.
При необходимости, устройство может быть запрограммировано на периодическую выдачу сообщений о нормальном функционировании системы.
Данное устройство подключается к радиостанции и может оповещать персонал об аварийных ситуациях записью голоса (до 80 секунд), пейджингом или тональными сигналами. Поддерживаются протоколы POCSAG, 5/6 tone, и DTMF.
При использовании пейджинга для оповещения, устройство может передать заранее запрограммированное сообщение длиной до 35 символов на три различных алфавитно-цифровых пейджера. Текст и адресаты сообщения программируются индивидуально для каждого из 8 входов (зон) системы.
SentriVoice позволяет дистанционно управлять двумя релейными выходами при помощи DTMF клавиатуры радиостанции с передачей голосового подтверждения о выполнении команды. Может монтироваться в защищенный NEMA корпус с резервным электропитанием.
Примеры применения систем дистанционного управления
и телеметрии в различных отраслях хозяйства.
. В энергетике.
Одним из наиболее уязвимых мест в энергетической отрасли являются линии электропередач. Поиск повреждений и перекоммутация с целью максимального восстановления зоны обслуживания при авариях во многих случаях требует выезда обслуживающего персонала с целью поиска места повреждения. Далеко не всегда удается с первого раза обнаружить поврежденный участок, и аварийной бригаде может понадобиться по нескольку раз объезжать множество подстанций и щитов, на что при неблагоприятных погодных условиях может потребоваться значительное время.
Использование систем дистанционного управления и сбора данных способно значительно ускорить процесс поиска неисправностей в сетях электропередач, а также значительно снизить трудозатраты при их обслуживании. Использование для этой цели телеметрического оборудования с передачей данных по радиоканалу и резервным питанием от аккумуляторов способно гарантировать постоянную работоспособность системы даже при физическом повреждении линий электропередач.
При организации подобной системы в щитах и на подстанциях устанавливаются программируемые логические контроллеры, ко входам которых подсоединяются датчики тока и напряжения, а выходами управляются пускатели. Обмен данными с диспетчерским пунктом обеспечивается при помощи терминала системы SCADA и радиостанции. Электропитание оборудования обеспечивается сетевым блоком питания с буферной аккумуляторной батареей. Незадействованные входы программируемого логического контроллера и терминала могут быть задействованы для выполнения некоторых дополнительных функций, например для подключения датчиков охранной сигнализации.
Рабочее место диспетчера на центральном диспетчерском пункте состоит из персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением, терминала системы SCADA и радиостанции. Периодический опрос показаний приборов на удаленных точках, а также их протоколирование производятся автоматически через заданные периоды времени. При необходимости, диспетчер может в любой момент снять показания с любого из удаленных пунктов, а также выдать команды на подключение или отключение необходимых участков сети. При возникновении неисправностей диспетчер в состоянии проанализировать обстановку и направить ремонтную бригаду к наиболее вероятному месту повреждения. Также, при наличии резервных линий диспетчер в состоянии произвести переключение с целью максимального восстановления обслуживания потребителей.
Использование подобной системы позволяет значительно ускорить процесс поиска неисправностей, а также обеспечивает диспетчера постоянной полной информацией об обстановке в системе. Кроме того, данное решение позволит обслуживать большую територию меньшим количеством персонала.
. В нефтяной и газовой промышленности.
Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, а также трубопроводных сетей является одной из тех отраслей, где несвоевременное получение информации о нештатной ситуации может привести к крайне неприятным последствиям, включающим значительные финансовые потери, повреждение дорогостоящего оборудования и загрязнение окружающей среды. В то же время прокладка надежных проводных линий связи во многих случаях затруднена, а постоянное присутствие персонала на некоторых объектах может оказаться затруднительным. Одним из возможных решений, позволяющих обеспечить надежную связь с удаленными объектами и уменьшить количество необходимого для обслуживания персонала, является использование радиоканала для передачи телеметрической информации и сигналов управления. Данное решение имеет целый ряд существенных преимуществ перед проводными системами. В частности отсутствует необходимость в дорогостоящих работах по прокладке кабелей (которые и сами по себе недешевы) к удаленным объектам. Исключается одно из наиболее уязвимых звеньев, которое может быть легко повреждено, но поиск и устранение повреждений которого связан с значительными сложностями, особенно при неблагоприятных погодных условиях. Кроме того, значительно упрощается оснащение телеметрическим оборудованием мобильных объектов (например передвижных насосных станций или дизель-электростанций).
Типичная система радиотелеметрии и дистанционного управления для использования в данной отрасли состоит из центрального диспетчерского поста, оснащенного персональным компьютером, контроллером и радиостанцией, а также из удаленных контрольных пунктов, расположенных на контролируемых объектах, каждый из которых включает удаленный терминал системы SCADA, радиостанцию и, при необходимости, дополнительные программируемые логические контроллеры (PLC), расширяющие возможности удаленного терминала. Оснащение удаленных контрольных пунктов системами резервного электропитания позволяет гарантировать работоспособность системы даже при перебоях с энергопитанием на удаленном объекте.
При наличии взрывоопасной среды в помещении удаленного объекта аппаратура может быть смонтирована вне помещения в защищенном от погодных воздействий NEMA корпусе, при этом в помещении располагаются только датчики и исполнительные устройства, выполненные во взрывобезопасном исполнении.
В нормальном режиме система функционирует по принципу периодического опроса удаленных контрольных пунктов центральной станцией. Обмен данными происходит по инициативе центральной станции, либо для автоматического обновления информации о состоянии удаленных объектов, либо для дистанционного управления оборудованием объектов.
При возникновении аварийных ситуаций (срабатывание охранной сигнализации, появление сигнала о неисправности оборудования, выход некоторых из контролируемых параметров за пределы безопасных значений, перебои с энергопитанием) удаленный терминал немедленно передает информацию о данном событии на центральный диспетчерский пост, после чего персонал имеет возможность немедленно произвести необходимое вмешательство, используя дистанционное управление.
Использование радиоканала для передачи данных обеспечивает возможность дублирования всех или некоторых функций центрального диспетчерского поста на аварийном транспорте, что позволяет выехавшей аварийной бригаде начать диагностику неисправностей уже по пути к аварийному объекту.
. В коммунальном хозяйстве.
Использование оборудования беспроводной телеметрии и управления (SCADA) позволяет создать интегрированную диспетчерскую систему, обеспечивающую диспетчеру непрерывный доступ к информации о состоянии обслуживаемых объектов, а также возможность дистанционного управления объектами.
Учитывая то, что существует огромное многообразие возможных комбинаций объектов, в каждом конкретном случае необходима разработка оптимальной конфигурации системы.
Функции управления могут включать в себя управление пускателями, насосами, вентиляторами, освещением и другими устройствами.
В зависимости от территориального расположения объектов, оборудование SCADA может устанавливаться как на каждом объекте индивидуально, так и на группу компактно расположенных объектов, при этом возможна комбинация проводных и радиолиний связи с объектами.