Автоматизированная система сигнализации и мониторинга состояния РИТЭГ

Проблема дистанционного контроля состояния РИТЭГов навигационных объектов, которые пока еще остаются в местах их эксплуатации, а в будущем подлежат безусловному демонтажу, является сегодня наиболее актуальной. Особенно когда навигационные объекты питаемые от РИТЭГ находятся в непосредственной близости от жилья и районов активного гражданского судоходства.
Наиболее ярким примером, наглядно иллюстрирующим подобную ситуацию, являются оснащенные РИТЭГами светящие навигационные знаки (СНЗ) Выборгского гидрографического района.

Для создания этой системы РНЦ «Курчатовский институт» применил собственную технологию дистанционного беспроводного мониторинга с использованием каналов сотовой связи, отработанную при обеспечении контроле состояния фотоэлектрических станций (ФЭС), устанавливаемых взамен демонтируемых РИТЭГ.
В РНЦ «Курчатовский институт» разработана автоматизированная система сигнализации и мониторинга (АССМ), предназначенная для сбора и передачи по каналам связи GSM информационных пакетов с данными, а также коротких сообщений (SMS) о внештатных ситуациях, возникающих на территориально рассредоточенных РИТЭГ.

Основой технологии дистанционного беспроводного мониторинга разработанной в РНЦ «Курчатовский институт» является комплекс iBRCG

Комплексы iBRCG для беспроводного
мониторинга параметров удаленных ФЭС с использованием технологии GSM с 2006 года эксплуатируются на 2 маяках северного региона,
2 маяках балтийского региона и 2 маяках дальневосточного региона

Температура аккумулятора
Напряжение аккумулятора
Результаты мониторинга выполняемого комплексами iBRCG объективно отражают текущее состояние основных элементов ФЭС и навигационных фонарей СНЗ, а также особенности их функционирования, что позволяет сделать своевременные выводы о необходимости замены, ремонта или профилактики оборудования навигационных объектов.
Теперь маячные службы могут отслеживать состояние энергосистем удаленных СНЗ дистанционно, и только после анализа полученных результатов принимать решение о необходимости посещения этих объектов. Также дежурные служб могут быть оперативно проинформированы о нештатных ситуациях, возникших на вверенных им объектах.
Использование комплекса дистанционного мониторинга iBRCG особенно удобно для контроля состояния значительно территориально удаленных и труднодоступных объектов.

АССМ состоит из нескольких станций мониторинга, каждая из которых расположена на конкретном контролируемом удалённом объекте, и одной или нескольких центральных станций обработки данных.
Автоматизированная система сигнализации и мониторинга (АССМ) основу которой составил комплекс iBRTGG является развитием проверенных практикой аппаратно-программных решений, реализованных в рамках комплекса iBRCG.
В состав АССМ можно также включать сотовые телефоны легальных абонентов, имеющих право доступа к станциям мониторинга. В качестве среды информационного обмена комплексом iBRTGG наряду с сетями GSM также может использоваться глобальная сеть Интернет.

Оборудование любой удаленной станции мониторинга АССМ составляют электронные самописцы iBDL и GSM-шлюз типа MLGW06 соединенные в проводную локальную сеть в соответствии с положениями 1-Wire-интерфейса.
Самописцы iBDL могут выполнять мониторинг практически любых параметров накапливая его результаты в собственной памяти. Они дешевы, компактны, надежно защищены от любых воздействий, не требуют никаких внешних источников питания, их установка в контрольных точках элементарна, а регламент обслуживания предельно прост.
Самописцы iBDL, являются полноценными измерительными приборами, характеристики которых подтверждены российскими метрологическими сертификатами.

Обычно сеть извещателей АССМ состоит из следующих приборов:
Основной самописец iBDL-E3-S для обеспечения предупредительной
сигнализации о несанкционированных
силовых воздействиях на охраняемый
РИТЭГ – 1 шт.
Самописец iBDL-ES-S для контроля
тамперных контактов (вскрытие
корпуса системы питания шлюза и
контроль дверей объекта) – 2…3шт.
Самописец iBDL-NS-S для
регистрации напряжения на выходе
РИТЭГ – 1 шт.
Самописец iBDL-NS-S для
регистрации напряжения источника
питания оборудования станции
мониторинга АССМ – 1 шт.
Самописцы iBDL в составе АССМ исполняют роль извещателей, которые соединяются последовательно кабелем 1-Wire-магистрали, образуя информационную сеть, и размещаются непосредственно на объекте мониторинга. В сеть можно включать до 8 извещателей различного типа. Модуль GSM-шлюза исполняет роль ведущего этой сети.

Самописец iBDL-E3-S является основным элементом сети извещателей станции мониторинга АССМ и регистрирует состояние оптической пломбы (оптической печати), выполненной на основе оптоволоконного кабеля, а также контролирует сигнал датчика наклона/удара корпуса РИТЭГа. Этот датчик имеет регулируемую чувствительность и выполнен на базе двухосевого акселерометра.
При обрыве оптоволоконного кабеля
(в том числе и кратковременном - не более 1 с), а также при отклонениях в показаниях акселерометра, самописец формирует сигнал тревоги, который запускает процедуру формирования и выдачи GSM-шлюзом
SMS-сообщения о нештатной ситуации.
Питание самописца iBDL-E3-S осуществляется от блока GSM-шлюза по связному кабелю. Все остальные извещатели станции мониторинга питаются автономно от входящих в их состав литиевых батарей.

GSM-шлюз MLGW06, обеспечивает беспроводную радиосвязь между станциями мониторинга удаленных объектов (РИТЭГ) и центральными станциями посредством опорной сети связи GSM.
К аварийным ситуациям, регистрируемым станцией мониторинга, относятся:
отсутствие любого извещателя в сети;
пересброс питания любого извещателя;
размыкание оптической пломбы;
размыкание тамперных контактов;
отклонение в показаниях датчика наклона/ускорения;
превышение значениями контролируемого параметра (температура,
напряжение, наклон/ускорение) заранее установленных пороговых значений.
Используемый источник питания GSM-шлюза определяет компоновку станции мониторинга. Нами было разработано три варианта различных по компоновке станций мониторинга.
GSM-шлюз периодически проверяет все извещатели объекта на наличие тревожных или аварийных сигналов. Нарушение контролируемым параметром заданных пределов считаете тревожной ситуацией. Отсутствие связи с каким-либо извещателем считается аварией (нештатной ситуацией). При обнаружении тревожной или аварийной ситуации GSM-шлюз отправляет SMS-сообщение с информацией о нарушении на все центральные станции, зарегистрированные в его памяти.

В этом случае источник электропитания представляет собой аккумуляторную батарею большой емкости, что предполагает ее периодическую замену на заряженный эквивалентный аккумулятор. Номинальное напряжение батареи - 12 В. Использована батарея емкостью 100 А*ч, что определяет периодичности её замены или дозаряда непосредственно на объекте 1 раз в полгода.
Первый вариант конструкции станции мониторинга с электропитанием от аккумулятора большой емкости

Второй вариант конструкции станции мониторинга с электропитанием от mФЭС
mФЭС включает блок сопряжения, аккумулятор, резервный источник питания и солнечную батарею. Блок сопряжения содержит контроллер заряда/разряда, а также обеспечивает коммутацию отдельных компонентов mФЭС в единую энергосистему питания. Резервный источник питания представляет собой химическую батарею, которая обеспечивает питание модуля MLGW06 при аварийном разряде аккумуляторной батареи.
Емкость аккумуляторной батареи составляет не менее 17 А*ч. Для её подзарядки достаточно использовать солнечную батарею мощностью всего 8…10 Вт.
Система электропитания выполнена на базе аккумуляторной батареи, подзаряд которой осуществляется от миниатюрной маломощной фотоэлектрической станции (mФЭС).

Третий вариант конструкции станции мониторинга с электропитанием от РИТЭГ
Система сигнализации питается от аккумулятора небольшой емкости (2,2 Ач), который заряжается от РИТЭГ посредством контроллера заряда/разряда с ограничением зарядного тока. Для согласования уровней напряжения РИТЭГ и необходимого напряжения заряда используется специальный преобразователь напряжения.

Набор оборудования и программных средств, реализующих прием информации от станций мониторинга удаленных объектов, формируют центральную станцию. В общем случае в составе АССМ может быть несколько центральных станций.
Центральные станции размещаются в помещении центра обработки данных организации, ответственной за состояние удаленных объектов (РИТЭГ).
Комплект центральной станции состоит из стандартного персонального компьютера, GSM-модема и специализированного программного обеспечения (пакетов iB_RTGG и iB_RCG ).

Специализированное программное обеспечение группового опроса центральной станции (пакет iB_RTGG) через заранее заданный интервал времени производит опрос станций мониторинга всех удаленных объектов. При этом к каждой станции мониторинга посылается SMS-запрос и в течение короткого интервала времени ожидается ответное SMS-сообщение.
Если ответное
SMS-сообщение не пришло в течение заданного интервала времени, либо в ответном
SMS-сообщении содержится информация о фактах нарушения или аварии, зарегистрированных одним или несколькими извещателями объекта, формируется сигнал тревоги
Сигнал тревоги заключается в визуализации на экране центральной станции информации об объекте, на котором произошло нарушение, и о характере этого нарушения.

Состояние объектов мониторинга демонстрируется в главном окне программы группового опроса iB_RTGG в табличной форме. Каждая из двух равноправных таблиц может отображать до 30 объектов мониторинга.
Здесь окно показано в состоянии, когда процесс опроса удаленных объектов был запущен одну минуту назад. Объекты LANDYSHEVYI, SAIMENSKOGO FARVATERA N29, UKAZATELNYI прислали сообщения о своем состоянии, которые отображаются в символической форме в виде 8 разноцветных индикаторов справа от названия объекта.
Правее группы индикаторов отображается количество минут, прошедших с момента приёма последнего сообщения (0 означает, что сообщение пришло только что). Объекты MALYI SHCHIT и SAIMENSKOGO FARVATERA N08 пока еще не передали ни одного сообщения о своем состоянии, о чем свидетельствует серый цвет всех 8 индикаторов, и данная ситуация длится уже 1 минуту (о чём свидетельствует число справа). Каждый из 8 индикаторов соответствует одному из регистраторов, установленных на объекте. Темно-серый цвет означает, что регистратор отсутствует; зеленый — данные считаны, и контрольные пороги не нарушены; красный — произошёл сбой при считывании либо считанные данные свидетельствуют о нарушении контрольных порогов для этого регистратора, а следовательно — о несанкционированном доступе к контролируемому объекту.

При обнаружении программой группового опроса iB_RTGG нарушения помимо окрашивания соответствующего индикатора в красный цвет при помощи акустической системы компьютера воспроизводится звуковой сигнал, и выводится окно картографического отображения. Это окно также может быть выведено принудительно по нажатию кнопки «Карта...» в основном окне программы.
На карте каждый объект отображается цветной звездочкой, при этом звездочка постоянно горит жёлтым, если нарушений не обнаружено, и мигает красным и жёлтым, если обнаружено нарушение. При наведении указателя мыши на интересующий объект рядом с индикатором-звёздочкой появляется его название.

При нажатии манипулятором «мышь» либо на индикатор объекта на карте, либо на строку таблицы в главном окне выводится окно детальной информации об выбранном таким образом контролируемом объекте.
В этом окне оператор может просмотреть информацию о характере произошедших нарушений, и выбрать из выпадающего списка один из вариантов реакции на событие (доложить по команде, временно игнорировать и т.п.).
Выбрав одну из опций этого окна, оператор берет на себя всю ответственность как за правильность выбранного варианта реагирования, так и за своевременное его исполнение. Факт выбора опции фиксируется в текстовом файле журнала, который в дальнейшем может быть использован для расследования инцидента. Также в файле журнала фиксируются все сообщения о фактах нарушений, полученные от станций мониторинга контролируемых объектов.
После окончания опроса станций мониторинга всех объектов в текущем цикле программное обеспечение центральной станции iB_RTGG переходит в состояние ожидания, в котором оно остается до начала следующего цикла опроса. Если во время нахождения в состоянии ожидания с какого-либо объекта поступит информационное SMS-сообщение, оно сразу будет должным образом обработано, и при наличии на объекте нарушений программой будет выдан сигнал тревоги.

После получения сообщения о нештатной ситуации, возникшей на одном из контролируемых объектов, оператор по команде ответственного дежурного может снять архив показаний всех извещателей станции мониторинга для последующего детального расследования обстоятельств нарушения. Эта операция производится при помощи особой программы iB_RCG, которая считывает из памяти GCM-шлюза блоки данных с результатами мониторинга и формирует архивные файлы.

Архивные файлы, содержащие детальную картину изменения каждого параметра, регистрируемого отдельным извещателем станции мониторинга с привязкой к реальному масштабу времени, могут быть просмотрены с помощью специального программного пакета iBRCG
Параметры любого события, интересующего оператора, выполняющего анализ накопленной извещателями информации, отображаются в отдельном поле после фиксации специального указателя на выбранной точке графического изображения
Температура корпуса РИТЭГа
Механические воздействия на корпус РИТЭГа

Перед вводом в эксплуатацию любой станции мониторинга необходимо внести в память ее GSM-шлюза список телефонных номеров абонентов-подписчиков. На номер любого сотового телефона внесенного в такой список будут рассылаться уведомительные сообщения посредством механизма SMS в случае возникновения тревожных и аварийных ситуаций на объекте.
Любой сотовый телефон легального пользователя комплекса iBRTGG обладает правом доступа к станциям мониторинга. При этом возможно получение экстренных уведомительных SMS-сообщений о возникших на удалённом объекте нештатных ситуациях, а также специально запрашиваемой пользователем статусной информации о состоянии основных параметров контролируемого объекта.

Первые станции мониторинга АССМ установлены летом 2008 года на РИТЭГ пяти СНЗ Выборгского района

Станция мониторинга с электропитанием от mФЭС установлена на СНЗ острова Купосенсаари (Ландышевый)

Монтаж оборудования станции мониторинга АССМ на РИТЭГ СНЗ острова Купосенсаари (Ландышевый)
Общий вид объекта
Шкаф с GSM-шлюзом и солнечным модулем
Регистратор напряжения РИТЭГ
Кабель 1-Wire с верхней площадки проложен к основному извещателю РИТЭГ (25м)
Солнечный модуль
Извещатель акселерометра и оптопечати
Обмотка РИТЭГа оптоволокном

Станция мониторинга с электропитанием от РИТЭГ установлена на СНЗ №29 Сайменского фарватера

Общий вид объекта
Монтаж оборудования станции мониторинга АССМ на РИТЭГ СНЗ №29 Сайменского фарватера
Основной извещатель контроля состояния оптической печати и датчика удара/наклона
Подготовка отверстия для антенного кабеля
Внутреннее пространство
(РИТЭГ и накопитель)
Извещатель датчика открытия 2-ой двери и самописец напряжения РИТЭГ
Корпус с оборудованием для GSM-шлюза и буферного аккумулятора
Обмотка корпуса РИТЭГ оптоволокном
Извещатель датчика открытия 1-ой двери

Станции мониторинга с электропитанием от аккумулятора установлены на СНЗ: №8 Сайменского фарватера, Малый щит, Указательный

Монтаж оборудования станции мониторинга АССМ на РИТЭГ СНЗ: №8 Сайменского фарватера, Малый щит, Указательный
Указательный
№8 Сайменского форв.
Малый Щит
Аккумулятор Основной извещатель Антенна GSM-шлюза

Напряжение выходе РИТЭГ зафиксированное оборудованием станции мониторинга АССМ, установленной на СНЗ Сайменского форматора №29
Напряжение на аккумуляторе фотоэлектрической станции питания оборудования станции мониторинга АССМ, установленной на СНЗ острова Ландышев

Напряжение на выходе РИТЭГ зафиксированное оборудованием станции мониторинга АССМ, установленной на СНЗ Ландышев
Напряжение на аккумуляторе питания оборудования станции мониторинга АССМ, установленной СНЗ Малый Щит