Doświadczenia w zakresie budowy systemów monitorowania stanów w technicznych środkach transportu

Transkrypt

1 Doświadczenia w zakresie budowy systemów monitorowania stanów w technicznych środkach transportu dr hab. inż. Tomasz Barszcz tbarszcz@agh.edu.pl ( ) Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Robotyki i Mechatroniki Sosnowiec,

2 Agenda Wprowadzenie Wymagania funkcjonalne Algorytmy monitorowania stanu Architektura sprzętowa Oprogramowanie Centrum diagnostyczne

3 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

4 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 % budżetu produktów komercyjnych to koszt jakości Późniejsze testy = wyższe koszty i opóźnienia

5 Agenda Wprowadzenie Wymagania funkcjonalne Algorytmy monitorowania stanu Architektura sprzętowa Oprogramowanie Centrum diagnostyczne

6 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

7 Wymagania funkcjonalne Ważną częścią wymagań funkcjonalnych jest określenie: - wymagań środowiskowych - trybu pracy - typów rejestrowanych danych

8 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

9 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)

10 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.)

11 Agenda Wprowadzenie Wymagania funkcjonalne Algorytmy monitorowania stanu Architektura sprzętowa Oprogramowanie Centrum diagnostyczne

12 Algorytmy monitorowania stanu Etap ten nie obejmuje implementacji Na algorytmy te składają się procedury: - monitorowania poprawności działania systemu - monitorowania badanego zjawiska

13 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

14 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

15 Agenda Wprowadzenie Wymagania funkcjonalne Algorytmy monitorowania stanu Architektura sprzętowa Oprogramowanie Centrum diagnostyczne

16 Typowa architektura ZDALNY DOSTĘP STACJE OPERATORSKIE DB SERWER SYSTEMU MODUŁY AKWIZYCJI CZUJNIKI I KABLE

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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)

23 Agenda Wprowadzenie Wymagania funkcjonalne Algorytmy monitorowania stanu Architektura sprzętowa Oprogramowanie Centrum diagnostyczne

24 Struktura oprogramowania DRV DATA PROC ALM MSGR IO HDLR DBS GUI CFGS WDG Przedstawione elementy mogą być wykorzystywane w odpowiednim zakresie na poziomie serwera i centralnej JAD

25 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

26 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

27 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

28 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

29 Agenda Wprowadzenie Wymagania funkcjonalne Algorytmy monitorowania stanu Architektura sprzętowa Oprogramowanie Centrum diagnostyczne

30 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

31 Dziękuję za uwagę