Автоматизированная информационно-измерительная система

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано, например, в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) в автоматизированных системах учета и контроля потребляемых энергоресурсов (газа, электричества, воды, тепла и т.д.).

В настоящее время в различных отраслях работают над созданием новых сложных многоуровневых распределенных автоматизированные систем учета, контроля, обработки и анализа информации.

Известна автоматизированная информационно-измерительная система, которая представляет собой многофункциональную, трехуровневую иерархическую структуру, состоящую из измерительных, связующих и вычислительных компонентов, которые образуют измерительные каналы, первый уровень состоит из первичных измерительных компонентов, осуществляющих измерение параметров теплоносителя, электроэнергии, непрерывно или дискретно, с требуемым интервалом времени, на втором уровне системы применяются измерительные преобразователи, предназначенные для приема измерительной информации от первичных измерительных компонентов с последующей передачей данных по радиоканалам, линиям связи промышленной сети и сети Ethernet, их архивации и передачи по запросу на сервер и автоматизированные рабочие места операторов, третий уровень системы представляет собой сервер и/или автоматизированное рабочее место оператора с функцией сервера архивной базы данных на базе ЭВМ со специализированным программным обеспечением (RU 83829 U1, 20.06.2009).

Недостатком данной известной системы является ограниченные функциональные возможности системы, поскольку в системе используется ограниченный узкий и нерегулируемый спектр измерений.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение функциональных возможностей системы за счет расширения спектра измерений, а также за счет его регулирования в соответствии с запросами пользователей.

Указанный технический результат достигается в автоматизированной информационно-измерительной системе, выполненной в виде многофункциональной четырехуровневой иерархической структуры, первый уровень которой состоит из первичных измерительных средств, осуществляющих непрерывно или дискретно с заданным интервалом времени измерение параметров теплоносителя, его массы и/или объема и вычисление его расхода, количества тепловой энергии, а также измерение параметров газа, воды, их массы и/или объема с вычислением их расхода, измерение параметров электрического тока с определением его мощности и энергии, второй уровень состоит из средств связи, предназначенных для обмена информацией через радиоканалы, каналы сотовой связи, линии связи промышленной сети, сети Ethernet между первичными измерительными средствами и предназначенными для организации связи и обмена данными серверами службы опроса третьего уровня, третий уровень включает также основной сервер, вычислительные средства которого через средства связи сообщены с вычислительным серверами службы опроса, на основном сервере установлено специализированное программное обеспечение с возможностью контроля прав доступа пользователей и он выполнен с возможностью хранения и обработки измерительной информации, которая передается через средства связи на четвертый уровень системы через программный интерфейс приложений, предназначенный для запрашивания данных, хранящихся на третьем уровне системы, и четвертый уровень, представляющий собой предназначенные для организации взаимодействия пользователей с системой автоматизированные рабочие места операторов с программным интерфейсом приложений, установленным на вычислительных средствах четвертого уровня со специализированным и открытым для изменений программным обеспечением, при этом основной сервер третьего уровня выполнен с возможностью ограничения прав доступа программного обеспечения, использующего программный интерфейс приложений, согласно настройкам прав пользователя, выполненных администратором системы.

Кроме того, первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров теплоносителя выполнены с возможностью измерения параметров - температуры и давления.

Кроме того, первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров газа выполнены с возможностью измерения параметров - температуры и давления.

Кроме того, первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров воды выполнены с возможностью измерения параметров - температуры и давления.

Кроме того, первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров электрического тока выполнены с возможностью измерения параметров - силы тока и напряжения.

Изобретение проиллюстрировано на фиг. 1, где изображена схема автоматизированной информационно-измерительной системы.

Автоматизированная информационно-измерительная система выполнена в виде многофункциональной четырехуровневой иерархической структуры, которая состоит из измерительных, связующих и вычислительных компонентов, которые образуют измерительные каналы и каналы управления.

1-ый уровень системы включает в себя измерительные средства физических величин, внесенные в Государственный реестр средств измерений РФ, оснащенные цифровыми выходами, по которым информационно-вычислительный комплекс (3-й уровень) считывает измерительную информацию, используя стандартные протоколы обмена.

Измерительные средства первого уровня непрерывно или дискретно с заданным интервалом времени осуществляют измерение параметров теплоносителя, его массы и/или объема и вычисление расхода, количества тепловой энергии, а также измерение параметров газа, воды, их массы и/или объема с вычислением их расхода, измерение параметров электрического тока с определением его мощности и энергии.

Первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров теплоносителя выполнены с возможностью измерения, например, параметров - температуры и давления. Первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров газа выполнены с возможностью измерения, например, параметров - температуры и давления. Первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров воды выполнены с возможностью измерения, например, параметров - температуры и давления. Первичные измерительные средства первого уровня для измерения параметров электрического тока выполнены с возможностью измерения, например, параметров - силы тока и напряжения.

Измерительные средства с импульсными выходами, не имеющие стандартных протоколов обмена данными с вычислительными компонентами, подключаются через вторичные средства измерения, реализующие регистрацию, накопление и передачу числоимпульсной информации по стандартным протоколам обмена с привязкой к астрономическому времени.

2-й уровень системы состоит из средств связи, предназначенных для обмена информацией через радиоканалы, каналы сотовой связи, линии связи промышленной сети, сети Ethernet между первичными измерительными средствами и предназначенными для организации связи и обмена данными серверами службы опроса третьего уровня,

2-й уровень - это связующие компоненты, включающие технические средства приема-передачи данных, адаптеры-преобразователи интерфейсов, адаптеры-преобразователи протоколов, адаптеры-преобразователи сигналов и устройства для переноса данных, реализующее каналы передачи данных, по которым измерительная информация, полученная от первичных измерительных средств, расположенных на первом уровне, передается на третий уровень.

3-й уровень - серверная часть автоматизированной информационно-измерительной системы, использующая специализированное программное обеспечение, состоящая из нескольких компьютеров-серверов и сетевого оборудования. В третий уровень входят метрологически значимые части автоматизированной информационно-измерительной системы: основной сервер и один или несколько серверов службы опроса. Основной сервер отвечает за координацию работы всех остальных компонентов автоматизированной информационно-измерительной системы. Служба опроса организовывает каналы связи и взаимодействует с компонентами первого уровня, используя связующие компоненты второго уровня.

Вычислительные средства основного сервера через средства связи сообщены с вычислительными серверами службы опроса. На основном сервере установлено специализированное программное обеспечение с возможностью контроля прав доступа пользователей и он выполнен с возможностью хранения и обработки измерительной и вычислительной информации, которая передается через средства связи на четвертый уровень системы через программный интерфейс приложений, предназначенный для запрашивания данных, хранящихся на третьем уровне системы,

4-й уровень системы - это клиентская часть автоматизированной информационно-измерительной системы. Он состоит из одного или нескольких компьютеров, с установленным программным обеспечением автоматизированных рабочих мест оператора (АРМ оператора) и сетевого оборудования. Клиентские компоненты четвертого уровня взаимодействуют с серверными компонентами третьего уровня по локальной сети и/или через глобальную сеть Интернет. Для взаимодействия с третьим уровнем используется связующий компонент - программный интерфейс приложений, представляющий собой набор программных библиотек с открытым описанием. Наличие такого компонента и его открытого описания позволяет выгружать данные, хранящиеся на основном сервере 3 уровня автоматизированной информационно-вычислительной системы в другие автоматизированные информационные системы.

Четвертый уровень, представляет собой предназначенные для организации взаимодействия пользователей с системой автоматизированные рабочие места операторов с программным интерфейсом приложений, установленным на вычислительных средствах четвертого уровня со специализированным и открытым для изменений программным обеспечением,

Основной сервер третьего уровня выполнен с возможностью ограничения прав доступа программного обеспечения, использующего программный интерфейс приложений, согласно настройкам прав пользователя, выполненных администратором системы.

Программный интерфейс приложений (API) представляет собой объектно-ориентированную библиотеку готовых классов, предназначенную для использования во внешних программных продуктах. API предоставляет документированный универсальный программный интерфейс, предназначенный для того чтобы запрашивать данные, хранящиеся на третьем уровне системы.

При этом сервер третьего уровня ограничивает возможности программного обеспечения, использующего интерфейс приложений (API), согласно настройкам прав пользователя, выполненных администратором системы.

Наличие такого интерфейса позволяет изменять внешний вид и функционал отображения данных на экране, не затрагивая метрологическую, поверяемую часть системы.

Система работает следующим образом.

На первом уровне автоматизированной информационно-измерительной системы установлены следующие первичные измерительные средства: теплосчетчики, счетчики воды, счетчики газа, электросчетчики.

Например, на первом уровне установлен теплосчетчик с цифровым интерфейсом RS485, который измеряет параметры теплоносителя (воды) - температуру, давление, а также его объем и/или массу, и вычисляет: тепловую энергию, расход (например, мгновенный расход, средний расход за час, средний расход за сутки), мощность (например, мгновенную, среднюю мощность за час, среднюю мощность за сутки) и запоминает эти данные.

На первом уровне установлен счетчик газа, который измеряет параметры газа: температуру, давление, а также его объем и/или массу и вычисляет его расход;

На первом уровне установлен счетчик холодной воды, который измеряет давление холодной воды, а также ее объем и/или массу и вычисляет расход.

На первом уровне установлен электросчетчик, который измеряет силу тока и напряжение и (или) мощность электрического тока и определяет его мощность и энергию.

На втором уровне к теплосчетчику присоединен, например, сотовый модем «ЛЭРС GSM Lite», подключенный через GPRS в интернет.

Аналогичным образом модем может быть присоединен к счетчикам газа, холодной воды, электросчетчику.

Приборы могут также подключаться непосредственно к интернету через Ethernet контроллер, либо непосредственно к серверу через проводные модемы и линии промышленной связи, либо по радиоканалам с использованием радиомодемов.

Третий уровень. На одном компьютере, подключенном к интернету через сетевое оборудование (роутер) установлен программный компонент - «ЛЭРС Учет - Служба опроса». Он обменивается данными с теплосчетчиком, счетчиком газа, счетчиком воды, электросчетчиком через модем с JPRS подключением и с вторым компьютером через роутер. Он также может обмениваться данными с вышеупомянутыми средствами измерений через проводной или радиомодемы. На втором компьютере установлен другой программный компонент третьего уровня - «Сервер ЛЭРС Учет». К нему через сетевое оборудование подключается служба опроса и передает ему данные, считанные с вышеупомянутых средств измерений. «Сервер ЛЭРС Учет» принимает полученные данные и сохраняет их в свою базу данных (БД).

Четвертый уровень. Компьютер с установленными программными комплексами: интерфейс приложений - «Lers Framework», «Рабочее место оператора» и «Модуль управления теплосчетчиком». Этот компьютер через роутер обменивается данными с «Сервером ЛЭРС Учет».

Пользователь запускает программу «Рабочее место оператора» на своем компьютере. Программа «Рабочее место оператора», используя программные библиотеки «Lers Framework» авторизовывается на «Сервере ЛЭРС Учет» и запрашивает у него данные теплосчетчика, и/или счетчиков газа, воды, электросчетчиков

«Сервер ЛЭРС Учет» убеждается, что авторизованный пользователь имеет доступ к запрашиваемому объекту (объектам). Если доступ есть - в ответ отправляются запрошенные данные.

Наличие обобщенных коммуникационных библиотек позволяет программам «Рабочее место оператора» и «Модуль управления теплосчетчиком» получать данные от третьего уровня («Сервера ЛЭРС Учет»). При этом на метрологические характеристики системы они повлиять не могут.

Пользователь используя, например, «Модуль управления теплосчетчиком» с помощью библиотек «Lers Framework» отправляет серверу запрос на установку канала связи с теплосчетчиком.

«Сервер ЛЭРС Учет» проверяет, доступен ли объект пользователю и, если доступен, отправляет «ЛЭРС Учет - Служба опроса» команду на установку канала связи.

«ЛЭРС Учет - Служба опроса» устанавливает канал связи через модем ЛЭРС GSM Lite с теплосчетчиком.

На компьютере пользователя «Модуль управления теплосчетчиком» формирует пакет с командой установки параметров теплосчетчика.

На «Сервер ЛЭРС Учет отправляется запрос на передачу сформированного пакета.

«Сервер ЛЭРС Учет» перенаправляет пакет «ЛЭРС Учет - Служба опроса», которая установила канал связи с теплосчетчиком.

«ЛЭРС Учет - Служба опроса» по установленному каналу связи через ЛЭРС GSM Lite отправляет пакет теплосчетчику и считывает подтверждение выполнения команды.

«ЛЭРС Учет - Служба опроса» перенаправляет ответ теплосчетчика «Серверу ЛЭРС Учет», а тот, в свою очередь, возвращает ответ пользователю.

На компьютере пользователя «Модуль управления теплосчетчиком» принимает пакет и убеждается что команда на выставление параметров выполнена верно.

Таким образом, пользователь с помощью библиотек Lers Framework может напрямую отправлять команды управления теплосчетчику, при условии, что эта операция разрешена ему правами доступа.

«Модуль управления теплосчетчиком» - это дополнительный программный компонент, работающий через интерфейс приложений «Lers Framework», который позволяет осуществлять непосредственное управление счетчиком.

Администратор системы посредством «Lers Framework» ограничивает права доступа пользователя к трем поверяемым уровням системы во избежание искажения метрологически значимой информации.

Автоматизированная информационно-измерительная система позволяет:

- периодический и/или по запросу пользователя производить автоматический сбор, привязанной к единому календарному времени, информации от средств измерения 1 уровня;

- хранить результаты измерений и вычислений в специализированной базе данных, отвечающей требованию повышенной защищенности от несанкционированного доступа на 3 уровне;

- обеспечивать защиту оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне (установка паролей и т.п.) на 2 и 3 уровнях;

- формировать протоколы получения измерительной и вычислительной информации от средств измерения 1 уровня;

- контролировать линии связи со средствами измерений 1-го уровня;

- обеспечивать просмотр документов на экране дисплея, распечатку документов на принтере в табличном виде или в виде графиков/диаграмм на 4 уровне;

- обеспечивать отображение изменений измерительной информации в реальном времени на мнемосхемах на 4 уровне;

- обеспечивать сравнительный анализ данных о потреблении энергии и ресурсов на 4 уровне;

- обеспечивать экспорт измерительной информации и отчетных документов в файл на 4 уровне;

- обеспечивать индикацию на экране и звуковую сигнализацию выхода параметров за технологические и аварийные пределы на 4 уровне;

- обеспечивать формирование и передачу управляющих воздействий технологическому и энергетическому оборудованию от 4 на 1 уровень;

- обеспечивать передачу результатов измерений в ресурсоснабжающую организацию в рамках согласованного регламента с 4 уровня;

- предоставлять доступ к результатам измерения через специализированный веб-интерфейс с 4 уровня.

В предложенном изобретении вместо трехуровневой иерархической структуры (как в наиболее близком аналоге) предлагается четырехуровневая. Третий уровень представляет собой серверы, а четвертый - автоматизированные рабочие места операторов с открытыми и пополняемыми библиотеками программ. Первые три уровня представляют собой поверяемое средство измерений, четвертый предназначен для клиентов. Изменения программного или аппаратного обеспечения на четвертом уровне не оказывает влияния на метрологические характеристики всей системы. Это позволяет системе постоянно развиваться и приспосабливаться под запросы конечных пользователей в рамках утвержденного описания типа средства измерений, который фиксируется в Реестре средств измерений.

Помимо измерения параметров теплоносителя, его массы и/или объема происходит дополнительно вычисление его расхода, количества тепловой энергии, а также измерение параметров газа, воды, их массы и/или объема с вычислением расхода, измерение параметров электрического тока с определением его мощности и энергии, что расширяет возможности системы и придает ей универсальный характер.

Существующие каналы связи и программное обеспечение позволяют не только контролировать, но и управлять объектами, на которых установлены первичные измерительные компоненты. Это также расширяет функциональные возможности системы и позволяет клиентам не использовать помимо системы дополнительно диспетчерские системы управления.