Бортовой радиотехнический комплекс «Кама» для подвижного горнотранспортного оборудования открытых разрезов
Введение
Мы много знаем о встраиваемых и мобильных устройствах, которые окружают нас в повседневной жизни, — с ними мы сталкиваемся ежедневно в транспорте, магазине, собственном автомобиле, общественных учреждениях, квартирах и уже давно к ним привыкли. Однако существует большой класс таких устройств, известных лишь профильным специалистам, но без которых жизнь современного человека была бы совсем другой, если бы вообще стала возможной. Ниже мы постарались коротко рассказать об одном из них — мобильном бортовом радиотехническом комплексе, применяемом в горнодобывающей промышленности при разработке открытых угольных и рудных месторождений.
Назначение БРТК «Кама»
Бортовой радиотехнический комплекс «Кама» служит для выполнения функциональных задач, связанных со сбором и обменом навигационной и телеметрической информацией для организации автоматизированного диспетчерского управления подвижным горнотранспортным оборудованием (ГТО).
БРТК «Кама» обеспечивает выполнение следующих функций:
- автоматической регистрации и передачи в пункт диспетчерского управления (ПДУ) навигационной информации о текущем местоположении подвижного ГТО;
- регистрации, мониторинга и передачи в ПДУ данных об оперативном и техническом состоянии ГТО;
- автоматического определения выполняемой ГТО текущей технологической операции;
- автоматического определения параметров движения и режима функционирования ГТО;
- регистрации и передачи в ПДУ телеметрической информации от смежных подсистем управления;
- обмена с оператором ПДУ формализованными и текстовыми сообщениями;
- обмена формализованными и текстовыми сообщениями между операторами ГТО различных типов;
- автоматического получения и регистрации управляющих сигналов из ПДУ и от операторов ГТО других типов;
- автоматического приема сигналов тревог и оповещения операторов ГТО в нештатных ситуациях;
- аутентификации оператора ГТО и регистрации его в ПДУ;
- автоматической регистрации выполнения технологических карт;
- автоматической регистрации отклонений в графиках работы и маршрутах движения;
- регистрации сбоев в работе ГТО и автоматического оповещения о них оператора ПДУ;
- автоматического звукового сопровождения текущих состояний и выполняемых операций.
Состав БРТК «Кама»
Бортовой радиотехнический комплекс «Кама» производится в четырех модификациях, отличающихся типом радиооборудования и наличием системы наружного видеоконтроля, предназначенных для эксплуатации на различных видах железнодорожной, гусеничной и колесной техники.
Общими для всех модификаций БРТК являются: вычислитель, радиомодем УКВ-диапазона (двух типов), пульт оператора и источник питания. В качестве дополнительного оборудования применяются: приемопередатчик СВЧ (Wi-Fi), источник питания приемопередатчика СВЧ и система видеоконтроля.
Радиомодем УКВ служит для обеспечения связи между БРТК и ПДУ, приемопередатчик СВЧ-диапазона — для связи между БРТК и ПДУ, а также между различными БРТК, оборудованными приемопередатчиками СВЧ-диапазона. Пульт оператора позволяет управлять параметрами БРТК, посылать и принимать текстовые и формализованные сообщения ПДУ, отображать состояние БРТК, просматривать состояние выполнения текущего задания.
Система видеоконтроля устанавливается в кабине первого локомотива в сцепке и обеспечивает ведение локомотивосостава в прямом и обратном направлениях. При этом локомотивная бригада не меняет кабину, если состав движется в обратном направлении, а использует данные с видеокамер, отображаемые на мониторе машиниста. Реализация данной функции позволила существенно сократить время, отведенное на технологическую операцию по транспортировке вскрышной породы, поскольку не нужна полная проверка тормозов, необходимая при смене кабины перед обратным движением.
Все модификации БРТК выполнены в пы-левлагозащищенном шкафу ELDON серии MAS0406021R5 со степенью защиты IP66 по ГОСТу 14254-96. Полный перечень оборудования, включаемого в состав БРТК, представлен в таблице 1.
| Наименование параметра | Модель |
| Вычислитель | Программируемый контроллер «Кама» |
| Радиомодем УКВ | GeminiG3 Viper-SC |
| Приемопередатчик СВЧ | Wi-Fi-приемопередатчик |
| Пульт оператора | Графический ЖК-дисплей |
| Приемник навигационный ГЛОНАСС/GPS | На базе NV08C |
| Источник питания комплекса | 200 Вт, вх. 9-36 В, вых. 12 В |
| Система видеоконтроля | Видеосервер, Wi-Fi IP-камера и монитор |
Технические характеристики БРТК «Кама»
Технические характеристики БРТК «Кама» обеспечивают его долговременную эксплуатацию на подвижном объекте практически в любой климатической зоне и предусматривают минимальное техническое обслуживание. БРТК имеет модульную конструкцию. Наряду со специализированными компонентами в его составе применяются выпускаемые серийно типовые элементы (программируемый контроллер со встроенным сетевым маршрутизатором), которые могут обновляться в процессе эксплуатации.
Технические характеристики БРТК «Кама» представлены в таблице 2.
| Наименование параметра | Характеристика |
| Конструктивное исполнение | Шкаф ELDON MAS0406021R5 |
| Беспроводные каналы связи | УКВ 136…174 МГц, максимальная мощность 10 Вт, максимальная скорость обмена 64 кбит/с; УКВ 403.512 МГц, максимальная мощность 40 Вт, максимальная скорость обмена 64 кбит/с; СВЧ 2,4.2,497 ГГц, максимальная мощность 400 мВт, максимальная скорость обмена 54 Мбит/с |
| Проводные каналы связи | Ethernet 10/100BASE-T; RS485 с гальванической развязкой |
| Питание, В | + 12…+72 |
| Ток потребления, А | 13,5 для модификаций 1, 3 и 4 7,5 для модификации 2 |
| Рабочая температура, °С | -40…+60 |
| Степень защиты | IP66 |
| Габаритные размеры (Ш×Г×В), мм | 400×600×210 |
| Масса, кг | 17,6 |
Блок-схема БРТК «Кама» представлена на рис. 1-3.
Рис. 1. Блок-схема БРТК «Кама». Модификация БРТК.01
БРТК «Кама» модификации БРТК.01 подключается к подвижной технологической радиосети УКВ-диапазона с использованием радиомодема GeminiG3 и не имеет встроенного приемопередатчика Wi-Fi. Все данные передаются и принимаются только в оперативном режиме. Обеспечивается связь с операторами пункта диспетчерского управления и ГТО различных типов, подключенных к вышеуказанной радиосети. Передаваемые данные включают выборочную навигационную и телеметрическую информацию (транслируется с заданной периодичностью), а также формализованные сообщения и сигналы управления.
Рис. 2. Блок-схема БРТК «Кама». Модификация БРТК.02
БРТК «Кама» модификации БРТК.02 подключается к стационарной технологической радиосети УКВ-диапазона с использованием радиомодема Viper-SC и не имеет встроенного приемопередатчика Wi-Fi. Все данные передаются и принимаются только в оперативном режиме. Обеспечивается связь с операторами пункта диспетчерского управления и управляющим сервером, подключенными к вышеуказанной радиосети. Передаваемые данные предусматривают телеметрическую информацию (транслируется с заданной периодичностью), а также формализованные сообщения и сигналы управления.
Рис. 3. Блок-схема БРТК «Кама». Модификации БРТК.03 и БРТК.04
БРТК «Кама» модификации БРТК.03 и БРТК.04 подключается к подвижной технологической радиосети УКВ-диапазона с использованием радиомодема GeminiG3 и имеет встроенный приемопередатчик Wi-Fi. Все данные передаются и принимаются в оперативном и отложенном режимах. Обеспечивается связь с операторами пункта диспетчерского управления и ГТО различных типов, подключенным к указанной радиосети, а также обмен массивами информации по беспроводным широкополосным каналам передачи данных Wi-Fi с сервером информационной системы и между ГТО, оснащенным аналогичными БРТК. Передаваемые данные включают выборочную и полную навигационную и телеметрическую информацию (транслируется с заданной периодичностью в оперативном и отложенном режимах), формализованные и неформализованные сообщения и сигналы управления.
Модификации БРТК.03 и БРТК.04 БРТК «Кама» имеют идентичный состав технических средств, но отличаются функциональными возможностями программного обеспечения. Внешний вид БРТК «Кама» представлен на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид БРТК «Кама»
БРТК «Кама» поддерживает работу по последовательным интерфейсам и подключается к локальным вычислительным сетям Ethernet по IP-протоколу, применение которого обеспечивает прозрачный удаленный доступ не только к БРТК, но и отдельным его компонентам, позволяя организовать сбор диагностической информации и удаленную настройку оборудования в оперативном режиме. Так, в одном из реализованных проектов при возникновении сбоя в работе БРТК инженеры компании имеют возможность подключиться из технического центра в Москве к эксплуатируемому в разрезе на территории Республики Казахстан оборудованию и произвести его проверку и настройку без выезда специалиста на объект.
Технические характеристики основных встраиваемых компонентов БРТК «Кама»
Программируемый контроллер
Программируемый контроллер «Кама» является центральным вычислительным элементом БРТК «Кама», его технические характеристики представлены в таблице 3.
| Наименование параметра | Характеристика |
| Процессор | ARM9 ATMEL AT91RM9200 |
| Оперативная память, Мбайт | SDRAM 32 |
| Память программ, Мбайт | FLASH 8 |
| Энергонезависимая память | CompactFlash |
| Навигационный приемник | ГЛОНАСС/GPS «Навис» СН-4706 |
| Средняя квадратичная погрешность определения текущих координат места при отсутствии затенений | Типовое значение 5 м; с использованием дифференциальных поправок в режиме DGNSS 2 м |
| Средняя квадратичная погрешность определения высоты при отсутствии затенений | Типовое значение 8 м; с использованием дифференциальных поправок в режиме DGNSS 5 м |
| Время получения параметров с заданной погрешностью | Среднее 50 с, но не более 90 с при отсутствии альманаха; в среднем 3 с, но не более 10 с при потере спутников менее чем на 30 с |
| Операционная система | FreeBSD 7,1 |
| Протоколы транспортного уровня | TCP, UDP |
| Протоколы уровня приложений | TELNET, FTP, SSH, HTTP, HTTPS, NTP |
| Протокол IP | IP v4, IP v6 |
| Автоматическая конфигурация | IPv4: DHCP (RFC 2131), IPv6: AUTOCONF |
| Протокол HTTP | HTTP/HTTPS (RC 2616), Web-интерфейс пользователя |
| Безопасность SSH | SSH v1.3, SSH v1.5, SSH v2 (OpenSSH). Удаленное управление операционной системой и параметрами работы |
| Telnet | Telnet (RFC 854-861). Управление режимами работы |
| FTP | Прием и передача файлов |
| Последовательные интерфейсы | 2 RS232; 2 RS485/422 |
| Сетевые интерфейсы | 4× 10/100Base-T |
| Внутренние интерфейсы для расширения и настройки | USB; SPI; I2C; JTAG; DebugPort |
| Питание, В | + 12…+72 |
| Ток потребления, А | 0,5 |
| Рабочая температура, °С | -40..+60 |
| Степень защиты | IP55 |
| Габаритные размеры (Ш×Г×В), мм | 260×175×65 |
| Масса, кг | 2,0 |
БРТК «Кама» является составной частью одноименного ПТК и поддерживает все алгоритмы и протоколы обмена данными, необходимые для его функционирования в составе комплекса, который также включает радиотехническую аппаратуру базовых станций подвижной технологической радиосети, технические средства сопряжения аппаратуры базовых станций с магистральными каналами передачи данных, опорную станцию ГЛОНАСС/GPS, вычислительный комплекс управления радиосетью, программно-технические средства сбора, отображения, обработки и хранения информации, разворачиваемые в пунктах диспетчерского управления и связи.
Радиомодемы GeminiG3 и Viper-SC
Применяемые в составе БРТК «Кама» радиомодемы обеспечивают их функционирование в составе подвижной или стационарной технологической радиосети обмена данными УКВ-диапазона на радиомодемах GeminiG3 или Viper-SC соответственно. Технические характеристики радиомодемов представлены в таблицах 4 и 5.
| Общие характеристики | Viper-100/400/900 | |||
| ОВЧ | УВЧ | 900 МГц | ||
| Диапазон частот, МГц | 136-174 | 406-512 | 928-960 | |
| Шаг сетки частот, кГц | 6,25; 12,5; 25 (настраивается программно) | |||
| Тип излучения | 6K00F1D, 9K30F1D, 15K3F1D | |||
| Потребляемый ток, А | прием | 480 (10 В); 250 (20 В); 180 (30 В) | ||
| передача 40 дБм (10 Вт) | 4,6 (10 В); 2,04 (20 В); 1,37 (30 В) | |||
| передача 30 дБм (1 Вт) | 1,23 (10 В); 630 мА (20 В); 440 мА (30 В) | |||
| Номинальная задержка при холодном старте, с | 20 с | |||
| Рабочее напряжение, В | 10-30 (постоянного тока) | |||
| Рабочая температура, °С | -30…+60 | |||
| Габаритные размеры (Ш×Г×В), см | 13,97×10,80×5,40 | |||
| Масса (в упаковке), кг | 1,1 | |||
| Рабочий режим | Симплекс или полудуплекс | |||
| Приемник | ||||
| Чувствительность (вероятность ошибки 1×10-6), дБм | 25 кГц | -111 (16 кбит/с), -103 (32 кбит/с) | ||
| 12,5 кГц | -111 (8 кбит/с), -105 (16 кбит/с) | |||
| 6,25 кГц | -111 (4 кбит/с), -100 (8 кбит/с) | |||
| Интермодуляция, дБ | >75 дБ | |||
| Избирательность, дБ | >70 для 25 кГц; >60 для 12,5 кГц; >55 для 6,25 кГц | |||
| Передатчик | ||||
| Полоса пропускания без подстройки, МГц | 38 | 406,1-470: 64; 450-512: 62 |
32 | |
| Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт | 1-10 | 1-8 | ||
| Рабочий цикл | 100% | |||
| Стабильность частоты | 1,0 ppm | |||
| Модем | ||||
| Скорость | 4, 8, 16 или 32 кбит/с | |||
| Индикация | Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, прием/передача | |||
| Вид модуляции | 2 FSK, 4 FSK | |||
| Общие характеристики | GeminiG3 | |||
| Диапазон рабочих частот, МГц | 403-460, 450-512 | Прием: 792-803, Передача: 762-773 |
Прием: 851-869, Передача: 806-824 |
|
| Разнос радиочастот | Любой | номинально 30 МГц | номинально 55 МГц | |
| Шаг сетки радиочастот | 25 или 50 кГц | |||
| Скорость обмена данными | 32,0; 48,0 или 57,6 кбит/с в канале с шагом сетки 25 кГц | 64,0; 96,0 или 128,0 кбит/с в канале с шагом сетки 50 кГц | 32,0; 48,0 или 64,0 кбит/с в канале с шагом сетки 25 кГц | |
| Вид модуляции | SRRC4FSK, SRRC8FSK, SRRC16FSK | |||
| Тип излучения | ||||
| 16,0 кбит/с (SRRC4FSK) | 10K0F1D(H) | |||
| 24,0 кбит/с (SRRC8FSK) | 10K0F1D(H) | |||
| 32,0 кбит/с (SRRC16FSK) | 10K0F1D(H) | |||
| 43,2 кбит/с (SRRC8FSK) | 16K4F1D(C) | 14K4F1D(G) | ||
| 48,0 кбит/с (SRRC8FSK) | 16K4F1D(C) | 14K4F1D(G) | ||
| 64,0 кбит/с (SRRC4FSK) | 28K0F1D | |||
| 64,0 кбит/с (SRRC16FSK) | 16K4F1D(C) | 14K4F1D(G) | ||
| 96,0 кбит/с (SRRC8FSK) | 28K0F1D | |||
| 128,0 кбит/с (SRRC16FSK) | 28K0F1D | |||
| Габаритные размеры (Ш×В×Г), см | 15,4×5,1×18,2 | |||
| Количество каналов | 32 (программируемые, удаленная настройка) | |||
| Режим работы | Полудуплекс | |||
| Питающее напряжение, В | 13,6 В; 10,9-16,3 | |||
| Рабочая температура, °С | -30…+60 | |||
| Защита данных | AES 128-бит | |||
| Защита по питанию | 15 А (внешний предохранитель), защита от переполюсовки | |||
| Потребляемый ток | передача при 13,3 В | <12 А | ||
| прием при 13,3 В | <750 мА (включая навигационный приемник) | |||
| Приемник | ||||
| Чувствительность, дБм | -98 (64 кбит/с) -104 (48 кбит/с) -108 (43,2 кбит/с) -110 (32 кбит/с) |
-94 (128 кбит/с) -100 (96 кбит/с) -106 (64 кбит/с) |
-95 (64 кбит/с) -101 (48 кбит/с) -105 (43,2 кбит/с) -107 (32 кбит/с) |
|
| Избирательность, дБ | 77 номинально; >75 минимально (25 кГц) |
68 номинально; >65 минимально (50 кГц) |
77 номинально; >75 минимально (25 кГц) |
|
| Интермодуляция, дБ | 80 номинально, >75 минимально |
78 номинально, >75 минимально |
80 номинально, >75 минимально |
|
| Передатчик | ||||
| Время атаки передатчика | <10 мс (отклонение не более 1 мс) | |||
| Выходная мощность, Вт | 10-40 | 10-35 | ||
| Модем | ||||
| Коррекция ошибки | Гиперкод | |||
| Программная синхронизация | Поддерживается при затухании сигнала | |||
| Достоверность | 1×10-9 (номинально, поврежденные пакеты посылаются повторно) | |||
| Частота появления ошибок | <1% (-107 с коррекцией ошибки на скорости 32,0 кбит/с); <1% (-110 с коррекцией ошибки на скорости 25,6 кбит/с); <1% (-112 с коррекцией ошибки на скорости 19,2 кбит/с) |
|||
| Защита данных | 128-битный ключ | |||
| Протокол обмена данными | TCP/IP | |||
Выводы
Полная совместимость созданных на единой технологической основе мобильных БРТК семейства «Кама» позволяет создавать эффективные интегрированные интеллектуальные системы оперативно-диспетчерского управления для всех видов горнотранспортного оборудования и функционировать совместно с имеющимися информационными системами различного назначения. Использование БРТК позволяет расширить функциональные возможности этих информационных систем и повысить эффективность их применения.
30 августа, 2021
16 января, 2009
22 октября, 2019