Современные стандарты диагностики объектов постоянно повышаются. На рынке можно найти большое количество компаний, специализирующихся на удаленной диагностике оборудования. Основными способами проведения дистанционной диагностики являются: GSM – самый популярный метод для мониторинга небольших и средних мобильных объектов, часто использующий технологию M2M (машина-машина) для обмена данными между устройствами. Второй способ – это радиоканал, беспроводная сеть, предназначенная для удаленной диспетчеризации, чаще всего посредством WiFi. Радиоканал является, по сути, транспортом для передачи информации и требует профессионального обслуживания. Диагностика, как процесс, состоит из исследования объекта с применением аппаратных и программных инструментов, результатом которого является заключение о его работоспособности и состоянии.

На рисунке 1 представлена упрощенная схема удаленной диагностики. Она демонстрирует центральный сервер, где хранится вся информация об объекте диагностики, рабочие места операторов (компьютеры с интернет-соединением), а также мобильные объекты, использующие GSM для передачи данных. В данном контексте целесообразно применение технологии M2M, поскольку она отличается простотой и широкими возможностями [1].

Рисунок 1. Простая структура удаленной диагностики

Эффективное внедрение технологии M2M в систему удаленной диагностики требует комплексного подхода к выбору оборудования. Необходимы: промышленный маршрутизатор (желательно LTE для высокой скорости передачи данных и возможности архивирования), SIM-карта с микропроцессором и программным обеспечением для идентификации и обеспечения возможности быстрой замены устройств, блок питания маршрутизатора (9-24 В постоянного тока, с поддержкой радиочастотных интерфейсов и подключения к сетевому напряжению), промышленная антенна IP65, а также программное обеспечение TeamViewer (последняя версия) и специализированное ПО для анализа данных.

Промышленная антенна должна соответствовать следующим характеристикам: GSM 900-1800, 3G 2100, WiFi 2400, вертикальная или горизонтальная поляризация, герметичный корпус IP65 (в зависимости от климатических условий), молниезащита и длина кабеля 0,2 — 10м [2].

Для удаленного управления оборудованием на основной ОС используется программа TeamViewer, которая предоставляется бесплатно в рамках некоммерческого использования. Программное обеспечение для анализа информации должно быть основано на архитектуре информационных потоков.

Для реализации удаленной диагностики специалистам необходимо рассчитать следующие параметры:

— расчет параметров ячейки — включает в себя допустимый трафик, допустимое количество устройств, количество ячеек в городе, площадь и радиус ячейки в форме правильного шестиугольника;

— расчет баланса пропускной способности;

— расчет потерь на трассе;

— расчет мощности источника питания устройства.

Схема модели устройства включает в себя маршрутизатор, блок питания, промышленную антенну и SIM-карту мобильного оператора.

Маршрутизатор промышленного класса.

Внешний вид маршрутизатора Robustel R3000 представлен на рисунке 2.

Преимущества:

— резервирование за счет поддержки двух SIM-карт для непрерывного сотового соединения;

— управление WAN-каналом: резервирование с помощью WAN / Ethernet, беспроводного доступа WAN / WLAN;

— VPN-туннель: IPSec / OpenVPN;

— металлический корпус с креплением рейку.

Рисунок 2. Маршрутизатор Robustel R3000

Основной характеристикой, отличающей данную серию маршрутизаторов, является наличие VPN-туннеля. Это делает их подходящим решением для построения системы удаленной диагностики в рамках поставленной задачи. Помимо этого, следует выделить их сравнительно небольшую цену.

Блок питания для маршрутизатора промышленного класса.

Блок питания NWDR-1201000 (рисунок 3) предназначен для питания низковольтного оборудования различного назначения. Источники питания на рейку используются для подключения реле, датчиков, модемов, терминалов, маршрутизаторов и другого оборудования.

Рисунок 3. Блок питания NWDR-1201000

Конструкция блока питания обеспечивает возможность плавной регулировки выходного напряжения. Устройство, предназначенное для монтажа на DIN-рейку, оснащено автоматическими защитными механизмами от короткого замыкания и перегрузки. Корпус выполнен из прочного, термостойкого полимерного материала.

Плюсы источников питания, монтируемых на рейку:

— простой монтаж электрических кабелей;

— компактные и прочные крепления, не подверженные поломкам;

— большое количество способов размещения оборудования;

— быстрый монтаж и демонтаж без использования инструментов;

— резервирование для повышения надежности электроснабжения устройств.

Следует подчеркнуть, что для более эффективной работы устройств можно обеспечить систему дополнительным питанием от литиевой батареи 12В с минимальным током 0,3А. Но такие промышленные аккумуляторы достаточно дороги, поэтому данный вариант в данной работе не рассматривается.

Антенна для роутера промышленного класса.

Промышленные LTE/3G антенны, пример которых показан на рисунке 4, предназначены для улучшения качества сотовой связи в условиях помех или удаленного расположения базовых станций. Они позволяют значительно усилить принимаемый сигнал, обеспечивая бесперебойную работу мобильных устройств в подвальных помещениях зданий и на открытой местности. Эти устройства отличаются компактными размерами и простотой установки, а их конструкция позволяет размещать их как внутри помещений, так и на улице.

Рисунок 4. Пример антенны для роутера промышленного класса

LTE/3G антенны имеют различные характеристики и области применения:

Направленные: Используются для достижения максимального усиления сигнала в выделенном секторе, требуют точного наведения на базовую станцию.

Всенаправленные (круговые): Подходят для приема сигнала во всех направлениях, не требуют точной настройки и могут применяться как в стационарных, так и в мобильных условиях.

Панельные: Обеспечивают среднее усиление сигнала, устанавливаются в сторону базовой станции, без необходимости точной настройки.

Выбор программного обеспечения для реализации задачи удаленной диагностики.

TeamViewer 12 – это универсальное программное решение для удаленного доступа и управления компьютерами. Оно позволяет не только управлять удаленным ПК, но и обмениваться файлами, а также организовывать видеозвонки и веб-конференции. TeamViewer поддерживает работу на различных платформах, включая Microsoft Windows, Mac OS X, Linux, Chrome OS, iOS, Android, RT Windows, BlackBerry и Windows Phone. Подключение возможно не только напрямую, но и через брандмауэр или NAT-прокси, а также через веб-браузер [3]. Для некоммерческих целей TeamViewer доступен бесплатно, кроме того, существуют платные версии для корпоративного использования.

TeamViewer (рисунок 5) позволяет устанавливать VPN-соединения (виртуальные частные сети) между клиентом и сервером (подключение к серверу в данной статье рассматриваться не будет). На сайте отдельные программные модули (клиент и сервер) можно загрузить с сайта производителя. Также можно сконфигурировать клиентский модуль с заранее заданным паролем доступа и собственным логотипом на сайте производителя, скомпилировать и загрузить его [4]. В рамках лицензионного соглашения возможно внедрение программного обеспечения в различных операционных системах с модификацией программного ядра.

Рисунок 5. Логотип ПО TeamViewer

Существует три основных режима подключения к диагностируемому объекту: 1) удаленное управление; 2) передача файлов; 3) VPN-соединение.

Удаленное управление позволяет получить полный доступ к диагностируемому объекту. Передача файлов позволяет работать только с жестким диском объекта, то есть скачивать или загружать файлы. VPN-соединение позволяет создать частную виртуальную сеть между центральным компьютером и диагностируемым объектом (в рамках этой функции также можно создать сеть между объектом и сервером).

Таким образом, предложенный способ реализации устройства для удаленной диагностики, основанный на использовании описанного выше комплекта оборудования и программного обеспечения, позволяет значительно повысить уровень автоматизации промышленных объектов. Интеграция технологии M2M с возможностью удаленного доступа через VPN-туннель и использование специализированного программного обеспечения для анализа данных обеспечивает непрерывный мониторинг состояния оборудования и своевременное обнаружение неисправностей. Это, в свою очередь, ведет к снижению простоев, оптимизации затрат на обслуживание и повышению общей эффективности производства. Перспективы развития данной системы включают расширение функциональности за счет интеграции с другими системами управления и мониторинга, а также использование более современных технологий связи.