VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Введение

Одно из важнейших условий, без которого невозможно современное садово-парковое хозяйство - регулярный и качественный полив. В настоящее время становится всё больше систем автоматического полива зеленых насаждений. С увеличением масштаба поливной системы становится всё актуальнее задача контроля и наблюдения за основными параметрами работы системы, центрального управления её работой. Современные средства автоматизации позволяют передавать данные на персональный компьютер, что делает возможным разработку удаленной системы web-мониторинга параметров системы.

Целью является разработка автоматизированной системы удаленного web-мониторинга работы автоматической системы управления поливом. Данное решение позволит вести удаленный мониторинг параметров и событий процесса автоматического полива, просматривать архивную историю изменения параметров и событий, вести видеотрансляцию работы автоматической системы полива через Интернет. Также, данная система позволит организовать доступ к информации с любого компьютера организации или глобальной сети. Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ информационных потоков;

• определить процессы, требующие автоматизации;

• провести сравнительный анализ систем, перед которыми ставятся подобные задачи;

• разработать техническое задание;

• составить основные схемы системы;

• разработать основные алгоритмы работы системы.

Система разрабатывается на примере автоматической системы полива прилегающей территорией главного корпуса Волжского политехнического института.

Информационное и программное обеспечение

В настоящее время система автоматического полива зеленых насаждений ВПИ реализована на базе программируемого логического контроллера Phoenix Contact ILC 130 ETH (рисунок 1).

Данный контроллер используется для управления параметрами системы полива, мониторинга событий в системе, записи полученных данных в текстовый файл.

Полученная информация записывается в текстовый файл, с периодичностью один раз в минуту по интерфейсу Ethernet (TCP/IP). Опрос контроллера ведётся по протоколу OPC. Из рис. 1 видно, что контроллер также имеет встроенный RS-232, однако он занят для обмена данными с сенсорной панелью оператора. Текстовый файл используется сотрудниками для получения оперативной информации о состоянии системы.

Существующая в данный момент система обладает рядом недостатков:

• отсутствие функции визуализации параметров в виде графиков;

• отсутствие возможности ведения длительной архивной истории с возможностью быстрой выборки и анализа конкретного исторического периода работы системы;

• отсутствие возможности видеотрансляция работы автоматической системы полива;

• отсутствие возможности мониторинга и управления системой полива через интернет;

• отсутствие разграничения прав пользователей системой (оператор, наблюдатель).

Существующие SCADA системы с встроенными web-серверами устраняют данные недостатки, но имеют высокую стоимость. В связи с этим, возникает необходимость разработки собственной автоматизированной системы, включающей в себя общедоступный информационный портал, с возможностью мониторинга и визуализации параметров процесса автоматического полива, просмотром архивной информации, видеотрансляцией работы автоматической системы полива.

Рисунок 1 – Схема существующей системы автоматического полива

Выявление ключевых характеристик предметной области

К основным критериям определения эффективности разрабатываемой системы и выбора программно-аппаратных средств реализации можно отнести:

• для разработки автоматизированной системы необходимо отдавать предпочтение бесплатным программным средствам;

• используемые программные средства должны быть кроссплатформенными;

• система должна обеспечивать работу тонкого клиента, не обладающего мощными вычислительными ресурсами;

• используемый язык программирования должен поддерживать механизмы доступа к различным СУБД;

• используемый язык программирования должен максимально полно поддерживать концепцию ООП;

• используемая СУБД, должна обеспечивать высокую надежность хранения данных (возможность резервного копирования базы данных, механизм транзакций, оперативное восстановление базы данных);

• СУБД должна поддерживать многопользовательский доступ;

• СУБД должна обеспечивать высокую скорость доступа к данным;

• СУБД должна обеспечивать отсутствие избыточной вычислительной нагрузки на сервер;

• WEB-сервер должен обеспечивать стабильность и высокую скорость работы, при одновременном обслуживании большего количества клиентов.

• WEB-сервер должен предоставлять возможность гибкой настройки параметров безопасности.

• приложение клиента, должно иметь интуитивно понятный интерфейс;

• приложение клиента должно поддерживать механизм авторизации и распределения прав доступа в зависимости от роли пользователя;

• приложение клиента должно быть кросбраузерным, выполняться в операционных системах семейств Windows, Linux, Mac OS, и быть доступно любому пользователю, как локальной сети организации, так и сети интернет;

• для связи СУБД и сервера приложений автоматизированной системы, должна использоваться сеть стандарта Fast Ethernet с пропускной способностью не ниже 100 Мб/с.

Выбор архитектуры

Для решения задач, поставленных при разработке системы рационально использовать многоуровневую архитектуру. Данная архитектура позволит использовать автоматизированную систему пользователям со слабой аппаратной конфигурацией ПК, так как все расчеты будут выполняться на стороне сервера, а на клиентах будут отображаться только результаты этих вычислений. Выбор многоуровневой клиент — серверной архитектуры также сделан по причине централизованного хранения данных, гарантированности целостности данных и высокой способности данной архитектуры к масштабируемости.

Выбор СУБД

Для решения задач, поставленных при разработке системы, принято решение использовать СУБД MySQL 5.0. Данная СУБД позволяет снизить требования к аппаратной части сервера и каналам связи, без снижения производительности разрабатываемой системы. Обеспечить высокую надежность хранимых данных в СУБД возможно за счет настройки автоматического резервного копирования базы данных. Для поддержания целостности хранимых данных присутствует механизм транзакций. Также данная система является кроссплатформенной и поддерживает различные способы доступа.

Выбор языка программирования

Для решения задач, поставленных при разработке системы принято решение использовать язык PHP. Данный язык обладает большим количеством доступных библиотек и высокой скоростью выполнения скриптов, по сравнению с другими интерпретируемыми языками программирования. Так же выбор PHP поддерживает множество СУБД благодаря PDO-драйверам. Это делает систему более универсальной и в дальнейшем позволит изменить СУБД не изменяя исходный код. Данный язык бесплатный, кроссплатформенный и не требует наличие мощных вычислительных ресурсов у пользователя.

Выбор web-сервера

Для решения задач поставленных при разработке системы, принято решение использовать web-сервер Apache. Данный web-сервер является кроссплатформенным, имеет наиболее гибкие настройки безопасности и обеспечивает стабильную работу при одновременном обслуживании большого количества клиентов.

Назначение и цели создания системы

Система удаленного web-мониторинга работы автоматической системы управления поливом предназначена для удаленного мониторинга параметров процесса автоматического полива с возможностью видеотрансляции работы автоматической системы полива через Internet.

Основные функции системы:

• загрузка данных об текущем состоянии системы из текстового файла, формируемого контроллером, в базу данных автоматизированной системы;

• визуализация текущих параметров системы в виде таблиц и графиков;

• просмотр архивной истории изменения параметров и событий;

• разграничение прав пользователей (оператор, гость);

• предоставление доступа к автоматизированной системе через web-интерфейс;

• видеотрансляция работы автоматической системы полива через интернет.

• В результате внедрения системы должны быть реализованы следующие задачи:

• повышение оперативности предоставления информации;

• уменьшение времени реагирование на внештатные ситуации.

Разработка структуры системы

В соответствии с техническим заданием разработана структурная схема системы удаленного web-мониторинга работы автоматической системы управления поливом. Структура системы представляет собой взаимосвязь функциональных модулей. Система состоит из модулей:

1. модуль связи с контроллером;

2. модуль визуализации и архивирования накопленных данных;

3. модуль передачи данных через web-интерфейс;

4. модуль передачи видео изображения через web-интерфейс;

5. модуль хранения информации о видах и правах пользователей.

Модуль связи с контроллером обеспечивает соединение с программируемым логическим контроллером, получение параметров системы и запись их в файл обмена.

Модуль визуализации и архивирования накопленных данных запрашивает информацию из файла обмена и передает ее на сервер СУБД для записи в базу данных. Так же данный модуль служит для получения информации от сервера СУБД, по запросу пользователя.

Модуль передачи данных через web-интерфейс передает запросы на получение информации модулю визуализации и архивирования накопленных данных и получает результат запроса. Так же данный модуль получает информацию от модуля передачи видео изображения через web-интерфейс. Из полученной информации формируется html страница для конечного пользователя.

Модуль передачи видео изображения через web-интерфейс получает информацию от видеокамер и передает ее в модуль передачи данных через web-интерфейс.

Модуль хранения информации о видах и правах пользователей передает информации в СУБД о видах и правах пользователя для последующего сохранения в базе данных. Данные о видах и правах пользователя используются во всех модулях автоматизированной системы для разрешения или запрещения каких-либо действий конкретному пользователю.

Заключение

Была разработана система удаленного web-мониторинга работы автоматической системы управления поливом. Система состоит из пяти модулей.

Разрабатываемая система позволяет выполнять следующие функции:

• загрузка данных об текущем состоянии системы из текстового файла, формируемого контроллером, в базу данных автоматизированной системы;

• визуализация текущих параметров системы в виде таблиц и графиков;

• просмотр архивной истории изменения параметров и событий;

• разграничение прав пользователей (оператор, гость);

• предоставление доступа к автоматизированной системе через web-интерфейс;

• видеотрансляция работы автоматической системы полива через интернет.

Применение разработанной системы позволяет повысить оперативность предоставления информации и уменьшить время реагирования на внештатные ситуации.

Список используемых источников и литературы

1. Виклаус Фирт. Алгоритмы и структуры данных. Издательство «ДМК» - 2011. – 275с.

2. Междисциплинарный курсовой проект: метод. указания/ сост. А. С. Гольцов, М. В. Петров, С. Г. Саньков, А. А. Силаев, А. И. Тыртышный / ВПИ (филиал) ВолгГТУ.- Волгоград, 2011. – 37 с.

3. Никлаус Вирт. Алгоритмы и структуры данных. Издательство «ДМК» - 2010. – 272с.

4. Джейсон Ленгсторф — PHP и jQuery для профессионалов — Вильямс, 2011 — 334 с

Код для цитирования: Скопировать