Typowa architektura STACJE OPERATORSKIE

Doświadczenia w zakresie budowy
systemów monitorowania stanów
w technicznych środkach transportu
dr hab. inż. Tomasz Barszcz
[email protected] (608 088033)
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Katedra Robotyki i Mechatroniki
Sosnowiec, 17.02.2010
Agenda
Wprowadzenie
Wymagania funkcjonalne
Algorytmy monitorowania stanu
Architektura sprzętowa
Oprogramowanie
Centrum diagnostyczne
Wprowadzenie
Zbiór doświadczeń w realizacji systemów monitorowania
Prezentacja powstała na pdst. dokumentu z X ’09
Wytyczne dla zespołów opracowujących specyfikacje
Główne założenia:
- zastosowania przemysłowe
- monitorowanie pojazdów szynowych
Praca powstała w ramach projektu MONIT
Zapewnienie jakości
Jaki jest cel systemu?
- demonstracja poprawności rozwiązania
- prototyp
- produkt komercyjny (seryjny, nie jednostkowy)
Zestawy danych testowych do algorytmów
Kontrolowane środowisko do testów (HW i SW)
Niezależni testerzy
Sformalizowane plany i raporty testów
Narzędzia do rejestracji procesu testowania i maintenance
30..50% budżetu produktów komercyjnych to koszt jakości
Późniejsze testy = wyższe koszty i opóźnienia
Agenda
Wprowadzenie
Wymagania funkcjonalne
Algorytmy monitorowania stanu
Architektura sprzętowa
Oprogramowanie
Centrum diagnostyczne
Wymagania funkcjonalne
Pierwszym krokiem jest opracowanie wymagań
Dopiero kolejnym jest opracowanie specyfikacji
Wymagania koncentrują się na odpowiedzi na pytanie:
CO POWINIEN ROBIĆ SYSTEM
(czyli jaki jest CEL systemu i jego podstawowe funkcje)
Nie należy bez potrzeby zbyt szybko odpowiadać na
pytanie:
JAK POWINIEN DZIAŁAĆ SYSTEM
Wymagania funkcjonalne
Ważną częścią wymagań funkcjonalnych jest określenie:
- wymagań środowiskowych
- trybu pracy
- typów rejestrowanych danych
Wymagania środowiskowe
Dopuszczalne wymiary
Urządzenia we/wy
Zasilanie (ciągłe – moc?, bateryjne – min czas pracy, selfenergizing)
Zakres temperatur
Wilgotność
Drgania i udary
Pola elektromagnetyczne
ATEX
Mean Time Between Failures
Safety Integrity Level
Tryb pracy
Online – offline
Okres zbierania danych:
- okresowe przenośne
- okresowe ciągłe (np. skanujące wibro)
- bezprzerwowe
- wyzwalane zdarzeniem (np. rejestracja zakłóceń)
Częstotliwość zbierania danych
- wolnozmienne (rzędu 1s)
- szybkozmienne (rzędu 2k – 25kHz)
- specjalne (wyższe częst., dane wielowymiarowe)
Typy danych
Rozmiar danych
- dane skalarne – KB…MB
- dane dynamiczne (wektorowe) – MB…GB…TB
- dane macierzowe (np. obrazy)
Moment rejestracji
- okresowy zapis danych (osobno dla skalarnych i wekt.)
- zapis zdarzeń (events)
- dane ze zdarzeń
Dane dynamiczne zajmują ponad 90% bazy
Dane dodatkowe (serwisowe, raporty, itp.)
Agenda
Wprowadzenie
Wymagania funkcjonalne
Algorytmy monitorowania stanu
Architektura sprzętowa
Oprogramowanie
Centrum diagnostyczne
Algorytmy monitorowania stanu
Etap ten nie obejmuje implementacji
Na algorytmy te składają się procedury:
- monitorowania poprawności działania systemu
- monitorowania badanego zjawiska
Poprawność działania systemu
Watchdog sprzętowy
Watchdog programowy
Kontrola poprawności torów wejściowych (HW i SW)
Walidacja danych (np. filtracja stanów ustalonych)
Kontrola elementów podrzędnych syst. rozproszonych
Podstawowe parametry komputerów (HDD, RAM, CPU)
W systemach pod Windows należy rozważyć konieczność
zastosowania pakietów antywirusowych, szczególnie przy
zdalnym dostępie i portach USB
Monitorowanie zjawiska
Część zasadnicza, ale silnie zależna od dziedziny
Zasadnicze kierunki to:
- wyznaczanie przekroczeń wartości
- rekonstrukcja wartości
- modelowanie analityczne
- estymacja i monitorowanie parametrów modelu
Algorytmy powinny być prototypowane w wygodnym
środowisku (np. Matlab)
Implementować należy działające algorytmy
Agenda
Wprowadzenie
Wymagania funkcjonalne
Algorytmy monitorowania stanu
Architektura sprzętowa
Oprogramowanie
Centrum diagnostyczne
Typowa architektura
ZDALNY DOSTĘP
STACJE
OPERATORSKIE
DB
SERWER SYSTEMU
MODUŁY AKWIZYCJI
CZUJNIKI I KABLE
Architektura sprzętowa
Typ struktury:
- embedded
- scentralizowana
- rozproszona (wiele wariantów)
- rozbudowana rozproszona (liczne serwery, centra diag.)
Należy określić planowane liczby:
- czujników
- jednostek akwizycji
- serwerów
- stacji operatorskich
Jednostki akwizycji danych
Kondycjonowanie sygnałów
- liczba we/wy poszczególnych typów
- dokładność
- optoizolacja?
- separacja AC/DC
- filtr (np. antyaliasingowy)
Próbkowanie
- częstotliwości
- równoległe, quasi-równoległe, skanujące
Kontrola poprawności toru
- sposób kontroli
- sposób wizualizacji
Jednostki akwizycji danych c.d.
Wstępne przetwarzanie sygnałów, np.:
- wyznaczanie amplitud i faz wybranych harmonicznych
- subharmonic
Wizualizacja:
- lokalny ekran LCD
- linijki diodowe
Kontrola prostych progów alarmowych:
- wartości progów
- definicje stanów
Jednostki akwizycji danych c.d.
Ustawianie wyjść alarmowych
- DO poprawności działania
- logika załączania DO (równoważność, suma, iloczyn)
Buforowanie danych
- rozmiar, warunki zapisu i usuwania
Wysyłanie danych do serwera
- szczegółowy opis protokołu komunikacyjnego
- możliwie szerokie stosowanie standardów
Funkcje dodatkowe:
- watchdog, konfigurator
Serwer systemu - sprzęt
Najczęściej kompatybilne z PC/ Win
Szeroko stosowane są komputery przemysłowe
Warunki pracy: wymiary, zasilanie, temperatura,
wilgotność, ATEX, …
Pamięci masowe:
- Static RAM
- Solid State Disk
- HDD
- macierze RAID
Stacje operatorskie
Najczęściej typowe komputery klasy PC
Czy komputery dedykowane czy istniejące?
Wymagania wydajnościowe
Platforma (najczęściej XP/Vista/7)
„Look & feel”
Biblioteki komponentów (zarządzanie oknami, wykresy)
Agenda
Wprowadzenie
Wymagania funkcjonalne
Algorytmy monitorowania stanu
Architektura sprzętowa
Oprogramowanie
Centrum diagnostyczne
Struktura oprogramowania
ALM
MSGR
DATA
PROC
DRV
IO
HDLR
DBS
CFGS
GUI
WDG
Przedstawione elementy mogą być wykorzystywane w odpowiednim zakresie
na poziomie serwera i centralnej JAD
Data Processor
Tworzy nowe kanały na podstawie bieżących i
historycznych wartości innych kanałów
Typy operacji:
- statystyczne
- algebraiczne
- parametry sygnałów wektorowych (np. drganiowych)
Moduł ten może realizować zaawansowane analizy, np.
resampling, analizy obwiedni
Limit Checker
Wyznaczenie stanu maszyny
- definicja możliwych parametrów określających stan
- stany rozłączne czy nie?
Próg najczęściej obejmuje dwie wartości: warning i alarm
Zależności pomiędzy analizami, stanami i alarmami
Generowanie zdarzeń (event)
Alarmy zaawansowane:
- wektor
- widmo
- charakterystyka
Baza danych
Technologia bazy:
- SQL
- dedykowana
- plikowa
Elementy bazy:
- baza alarmów
- baza danych z alarmów
- baza danych referencyjnych
- baza operacyjna
Należy określić priorytety, warunki zapisu i usuwania
Graficzny interfejs użytkownika (GUI)
Zasadniczym elementem jest wygoda użytkownika
„Liczy się każde kliknięcie”
Dziesiątki udogodnień i dodatkowych funkcji
- eksport danych, integracja z innymi systemami
Poziomy dostępu
Typy wykresów
- silnie zależy od dziedziny zastosowania
- podstawowe (synoptyki, SOI, trendy)
- np. specjalistyczne wykresy wibrodiagnostyki
Technologia
- Thick client
- WWW Browser
Agenda
Wprowadzenie
Wymagania funkcjonalne
Algorytmy monitorowania stanu
Architektura sprzętowa
Oprogramowanie
Centrum diagnostyczne
Centrum Diagnostyczne
Stosunkowo nowy element
Pojawiają się gdy monitorowane musi być kilkadziesiąt i
więcej obiektów
Wspólna baza danych (SQL + Web Service)
Zaawansowane algorytmy
- testowanie algorytmów na potrzeby SM&D
Automatyczne skanowanie danych
Dziękuję za uwagę