Силантьев К.А.
Спектрометрический пост АСМРО
на базе программируемого GSM/GPRS-модема ТС65.
Спектрометрический пост АСМРО
на базе программируемого GSM/GPRS-модема ТС65.
Необходимость непрерывного мониторинга уровня ионизирующего излучения в окружающей среде обусловлена требованием Федерального закона № 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии» в части осуществления Государственного мониторинга радиационной обстановки на территории Российской Федерации, а также в части права граждан на получение информации о радиационной обстановке [1]. При нормальной работе радиационно-опасного предприятия такой контроль позволяет следить за выполнением норм радиационной безопасности, а в случае аварии — своевременно принимать меры по снижению опасного воздействия радиации на население. В Федеральной целевой программе «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» предусмотрено направление «Создание и совершенствование систем, необходимых для обеспечения и контроля ЯРБ в условиях нормальной эксплуатации и аварий» [2]. В рамках этого направления предусмотрено «Создание и совершенствование Единой государственной автоматизированной системы контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации». Эта система состоит из сети постов мониторинга радиационной обстановки (Посты АСМРО), на которых осуществляются непрерывные измерения уровня мощности дозы гамма-излучения и других параметров, а также пунктов приёма и обработки информации. Посты устанавливаются в санитарно-защитной зоне радиационно-опасных объектов и в населенных пунктах. Важной частью этой системы является отраслевая автоматизированная система мониторинга радиационной обстановки Госкорпорации «Росатом» (ОАСКРО) [3].
К настоящему времени разработано много различных автоматизированных систем мониторинга радиационной обстановки. Информация от Постов АСМРО может передаваться по проводам, как в устройстве сбора и передачи данных «УСПД» («Рион») [4], по радио, как в посте АСКРО «АТЛАНТ» (НПП «Доза») [5], с использованием GSM-модема как в блоке обработки и передачи данных «БОП-1ТА» (НПП «Доза») [5]. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. При передаче данных по проводной выделенной линии обеспечивается необходимая надёжность и защищённость передаваемой информации. Однако, как показал опыт эксплуатации, такая связь вне территории предприятия не надёжна и измерительное устройство «привязано» к конкретному месту. Использование радиоканала требует специального разрешения от инспекции связи. Дальность такой связи ограничивается десятками километров. Одним из современных решений является использование в качестве устройства передачи информации GSM-модема. Это наиболее доступный и распространённый канал связи, обеспечивающий передачу данных на большие расстояния.
Для организации мобильной связи во время аварий или перегрузок используются передвижные базовые станции сотовой связи, которые могут быть смонтированы на базе автомобилей или прицепов. Такие станции выпускаются нашей промышленностью и могут быть использованы для поддержания мобильной связи и, в частности, работоспособности АСМРО в условиях радиационных аварий [6].
Как правило, для периодического опроса Постов АСМРО используется GSM-модем и CSD-соединение (соединение при «дозвоне»), осуществляющее подключение типа «точка-точка» и обеспечивающее дуплексную связь [7]. Это позволяет не только получить данные, но и осуществлять подстройку параметров поста.
Подключение измерительной аппаратуры через GSM/GPRS-модем к сети Интернет существенно расширяет возможности как самой аппаратуры, так и способов сбора и обработки информации. В режиме GPRS канал связи одновременно используется несколькими абонентами и не простаивает в случае отсутствия сообщения. Оплата осуществляется только за объём передаваемой информации, а не за время подключения. Для частой передачи небольших объёмов информации такой способ является оптимальным и физически, и экономически.
Существуют модемы, которые могут выполнять программы пользователя. Это позволяет осуществлять обработку информации внутренним микропроцессором модема. К таким модемам относится, в частности, внешний GSM/GPRS-модем фирмы Siemens типа TC65 [8]. Модем TC65 представляет собой законченное функциональное устройство, выполненное в прочном пластиковом корпусе, предназначенным для эксплуатации в жёстких промышленных условиях. Температурный диапазон работы модема от -30 до +65 град. Цельсия. Четыре частотных диапазона и GPRS класс 12 обеспечивают высокое качество GSM/GPRS связи. Модем имеет возможность выполнять программы написанные на языке Java 2 Platform Micro Edition (J2ME). Имеется возможность обновления программы пользователя через GSM-соединение.
Под управлением программы пользователя, например, программы Поста АСМРО, модем ТС65 позволяет без дополнительных устройств производить опрос датчика гамма-излучения, преобразование, подготовку, хранение и передачу информации с использованием GPRS и CSD. При этом сам пост АСМРО может состоять только из модема, датчика ионизирующего излучения, блока питания и общего корпуса. Быстро развёртываемая система (БРАСМРО) дополнительно может быть оборудована спутниковым навигационным приёмником GPS. Все эти составные части серийно выпускаются промышленностью. Разработка и изготовление специальных блоков не требуется, что значительно удешевляет изготовление таких Постов АСМРО.
Был разработан и изготовлен макет Поста АСМРО, в котором используется GSM/GPRS-модем Siemens TC65 или IRZ TC65 Lite. Для регистрации ионизирующего излучения используется датчики производства фирмы «АтомТех» для мощности дозы гамма-излучения БДКГ-01 или БДКГ-04, а для спектрометрических измерений используются датчики БДКГ-03 или БДКГ-11. При необходимости, в состав Поста включается навигационный GPS-приёмник BR-355. Питание Поста осуществляется от свинцово-кислотного аккумулятора напряжением 12 Вольт 9 А/ч, заряд которого поддерживается от сетевого блока питания. Имеется возможность подключения ЖКИ дисплея и светового сигнализатора «Аварийного» уровня мощности дозы непосредственно к I/O-выводам модема (при их наличии). Использование влагозащищенного корпуса БРП-12-4/14-ТИ исп.5, имеющего степень защиты IP54, позволяет установить Пост на улице без дополнительной защиты от атмосферных воздействий. Корпус оборудован схемой поддержания заряда аккумулятора от промышленной сети и обогревом аккумуляторного отсека при отрицательных температурах. Внешний вид макета Поста АСМРО ТС65 представлен на рисунке 1.
Разработанный макет Поста производит спектрометрические и дозиметрические измерения. При установке GPS-приёмника также производятся определение координат места расположения Поста. Переключение типа измерений осуществляется дистанционно или автоматически. Пост функционирует в следующих режимах: «Основной», «OnLine», «Командный» и «SMS». В «Основном» режиме производится измерение, хранение и передача данных по GPRS. В режиме «OnLine» полученные данные сразу же после измерения передаются по TCP/IP на сервер пользователя. В «Командном» режиме, в который пост переходит при CSD-соединении, передаются команды управления и установки переменных. В режиме «SMS» имеется возможность изменять значения переменных программы Поста АСМРО и осуществлять опрос последнего измеренного значения мощности дозы.
В «Основном» режиме при дозиметрических измерениях через установленное время модем осуществляет запрос текущих значений мощности дозы измеренных датчиком гамма-излучения. Обмен данными модема с датчиками осуществляется по протоколу ModBus, который предполагает работу нескольких источников информации на одну физическую линию связи. Это позволяет подключить к модему одновременно несколько устройств, например, GPS-приёмник. Через заданное время производится осреднение полученных данных, определение максимального значения измеряемого параметра и запись результатов в память модема. При спектрометрических измерениях в «Основном» режиме через заданное время модем осуществляет считывание из детектора гамма-излучения накопленного спектра. Полученные значения, вместе с текущим временем и другой служебной информацией, сохраняется в памяти модема. Переключение из дозиметрического в спектрометрический режим осуществляется одной командой и не требует перезагрузки ПО модема. При установке автоматического переключения типа измерений при срабатывании сигнализации в режиме дозиметрических измерений проводятся переключение в спектрометрический режим измерений, которые проводятся в течении одного периода осреднения данных датчика, затем производится переключение обратно в дозиметрический режим измерений. Так как сохранение спектров и мощности дозы осуществляется в разные области памяти, то при переключении режимов накопленные ранее данные сохраняются. Затем производится опрос GPS-приёмника и полученные данные также сохраняются в памяти модема.
При наступлении времени передачи данных осуществляется GPRS-соединение с FTP-сервером и данные из памяти модема дополняют расположенный на сервере суточный файл. Одновременно производится соединение с SMTP-сервером и результаты измерений отправляются как почтовое сообщение в заданный электронный почтовый ящик. При спектрометрических измерениях каждый спектр передаётся отдельным файлом или отдельным почтовым сообщением. Если передача данных произведена неудачно, то сообщение повторяется при следующем сеансе связи. Таким образом, данные обновляются через заданный промежуток времени, равный периоду передачи данных, и содержат полную информацию не зависимо от успешности передачи каждого отдельного сообщения.
UDP-соединение, или передача «датаграм», в отличии от FTP и SMTP соединений, не требует подтверждения факта соединения с сервером и может быть использовано для оперативной передачи данных в условиях неустойчивой связи. Конечно, при этом часть данных может быть утеряна, но для оперативного реагирования такая связь может оказаться более эффективной, чем многократная попытка повторной передачи массива устаревших данных.
Имеются уровни мощности дозы «Аварийной» и «Предупредительной» сигнализации. При превышении пороговых значений измеряемой мощности дозы пост автоматически посылает соответствующее тревожное SMS-сообщение на заданный номер телефона. Сообщение посылается один раз. Для повторного сообщения измеряемая мощность дозы должна стать ниже порогового значения, а потом опять превысить его.
Режим «OnLine» предназначен для контроля за быстротекущими процессами в режиме «реального времени», например, при контроле перемещения источника вблизи Поста АСМРО или перемещения Поста АСМРО мимо источника. В этом режиме информация от датчика передаётся на сервер пользователя каждые 2 – 5 секунд. При одновременном использовании нескольких стационарных Постов АСМРО или одного подвижного в зоне воздействия одного источника появляется возможность в режиме «реального времени» определить местоположение и перемещение этого источника. Например, в многополосном потоке автомобилей выделить автомобиль перевозящий источник ионизирующего излучения или определить местоположение неподвижного источника. В режим «OnLine» Пост АСМРО переводится специальной SMS-командой. Если связь с сервером прерывается и пост не может её восстановить в течении 5 минут, то Пост автоматически переходит в «Основной» режим работы.
В «Командный» режим Пост АСМРО переходит при приёме входящего звонка. GPRS-соединение автоматически закрывается и открывается CSD-соединение. В этом режиме модем может воспринимать команды управления и установки переменных программы. За один сеанс можно менять несколько переменных. После установления CSD-соединения время работы в «Командном» режиме ограничено. По истечении этого времени модем автоматически завершает сеанс связи.
В целом, команды охватывают следующие функции:
Установка параметров модема.
Установка дозиметрических или/и спектрометрических измерений.
Установка параметров опроса датчика, периода осреднения данных, периода передачи данных.
Установка параметров FTP-сервера, SMTP-сервера, UDP-сервера, сервера Точного времени, GPRS-соединения.
Команды контроля установленных параметров.
Команда чтения архивных результатов измерения. По этой команде осуществляется запрос данных из памяти модема.
При приёме SMS-сообщения модем анализирует поступившую информацию, выполняет команду и высылает на телефон отправителя запроса SMS с результатом выполнения команды. Предусмотрена последовательная обработка нескольких SMS, поступивших одновременно. Ответ будет выслан каждому отправителю отдельно. Для управления постом в режиме «SMS» используются команды, подобные используемым в «Командном» режиме. Команды защищены паролем. Имеются дополнительные специфичные команды, такие как перезагрузка модема, запрос текущих данных и другие.
Программа управления Постом АСМРО запускается автоматически при подаче питания на модем. При запуске программы и в начале каждых суток модем автоматически производит соединение с Интернет сервером Точного времени и корректирует показание своих часов реального времени с учётом часового пояса места установки поста.
Программа Поста АСМРО состоит из исполняемых и конфигурационных файлов, расположенных в энергонезависимой памяти модема. Конфигурационных файлов может быть несколько. Переключение между используемыми конфигурационными файлами осуществляется дистанционно по соответствующей команде. При запуске программы читается конфигурационный файл и устанавливаются значения всех переменных, необходимых для работы программы. В конфигурационном файле указываются параметры Поста АСМРО, FTP, SMTP, UDP-серверов, имена пользователей и пароли для входа на каждый сервер, сервера Точного времени, GPRS-соединения, наличия LCD-дисплея, время автоматической перезагрузки программы модема, период опроса датчиков, интервал осреднения, время передачи данных, уровни «Аварийной» и «Предупредительной» сигнализации, пароль для доступа к командам Поста и другие. Имеется возможность коррекции конфигурационного файла при запуске программы с помощью стандартной терминальной программы через СОМ-порт модема. Программа построена по принципу «многопоточности». При этом процессы опроса датчиков, получения от них информации, передачи данных, коррекции времени и другие операции производятся «независимо» друг от друга. «Зависание» программы в одном «потоке» не приводит к выходу из строя всей программы и может быть исправлено из работающего «потока». В программе предусмотрена «перекрёстная» проверка работы «потоков» и автоматическая коррекция большого числа возможных сбойных ситуаций, вызванных не только сбоями внутри самого модема, но и сбоями в работе провайдера GSM-связи или, при перемещении Поста, исчезновением GSM-сигнала.
Для повышения надёжности работы Поста АСМРО, кроме программных способов, предусмотрен режим принудительного перезапуска модема. Перезапуск может быть осуществлён посылкой соответствующего SMS-сообщения или автоматически с использованием сторожевого таймера модема ТС65. Если в течение времени, установленного соответствующим параметром, отсутствует передача данных, то встроенными средствами модема производится автоматический его перезапуск. Возможность дистанционного обновления программы пользователя без непосредственного физического контакта с модемом позволяет проводить модернизацию Поста АСМРО без демонтажа и физического доступа к прибору. Это всё существенно повышает жизнеспособность автономно работающего Поста АСМРО.
Для автоматического получения данных Постов АСМРО разработаны программы, которые через заданные промежутки времени производят CSD-соединение с модемом Поста. Также, разработаны программы автоматически считывающие данные на компьютер потребителя из электронного почтового ящика, в который отправляются результаты измерений.
Один из макетов Поста АСМРО ТС65 размещён на крыше здания без дополнительной защиты от атмосферных воздействий и уже несколько лет успешно функционирует в тестовом режиме. За всё время работы этот Пост не потребовал ни одного вмешательства оператора или вскрытия корпуса. Три макета Постов АСМРО использовались при обеспечении радиационной безопасности зимних XXII Олимпийских и XI Паралимпийских игр в г. Сочи зимой 2014 года. Один из Постов использовался как стационарный, а два как быстро развёртываемых. Посты БРАСМО устанавливались на автомобилях. Серьёзных замечаний по работе Постов АСМРО не было. В стационарных Постах установлено время опроса датчиков 1 минута, время осреднения 10 минут и время передачи данных на SMTP-сервер каждые 3 часа. Дополнительно 2 раза в сутки Посты опрашиваются через CSD-соединение с сервера АСМРО. В Постах БРАСМО во время движения автомобиля устанавливалось время опроса датчиков 5 — 10 с., время осреднения 30 или 60 с., время передачи данных 1800 с. По данным Постов БРАСМО восстанавливался маршрут следования автомобиля, на котором они перевозились, и определялся уровень мощности дозы по этому маршруту следования. Данные Постов БРАСМО хорошо согласуются с данными, полученными мобильными средствами радиационной разведки.
Выводы. Показана возможность создания законченного устройства реализованного программно на базе GSM/GPRS-модема ТС65 с использованием минимального числа серийно выпускаемых недорогих блоков. Для изготовления таких Постов АСМРО не требуется специального оборудования и помещений, высококвалифицированного персонала. Сеть Постов может быть оперативно создана и развёрнута силами местных организаций практически в любом месте, где имеется мобильная связь.
Возможность дистанционного перепрограммирования модема позволяет менять функции устройства без непосредственного физического контакта с ним. Это особенно актуально для устройств, установленных в труднодоступных или опасных для здоровья местах. Программирование постов может осуществляться из единого центра.
Доступ к данным может быть произведён из любого места, где есть подключение к глобальной сети Интернет и может быть множественным. Упрощается задача создания единого центра сбора информации при одновременном функционировании местного и регионального центров.
Возможность управления Постом и опроса данных по «дозвону» обеспечивает их совместимость со старыми системами АСКРО, а также допускает использование этого устройства в местах со слабым GSM-сигналом, недостаточным для устойчивой работы GPRS, или при использовании передвижных базовых станций сотовой связи.
Возможность управления Постом через SMS позволяет оперативно менять его конфигурацию в зависимости от складывающейся ситуации без специальных устройств, вычислительной техники и программного обеспечения, используя только персональный мобильный телефон.
Наличие режима «OnLine» позволяет отслеживать быстротекущие процессы такие как перемещение источника в режиме «реального времени».
Возможность одновременного подключения к Посту различных датчиков существенно расширяет область применения этого устройства. Подключение GPS-приёмника позволяет использовать Пост АСМРО для проведения дистанционной радиационной разведки не подвергая риску жизнь и здоровье персонала.
Автоматическая коррекция таймера модема по Интернет-серверу Точного времени позволяет синхронизировать данные, поступающие от сети Постов, что очень важно для анализа складывающейся радиационной ситуации в целом.
Автоматическое дублирование передаваемых данных в случае их утраты существенно повышает информативность мониторинга и гарантирует от случайной потери непрерывности наблюдений.
Автоматический перезапуск программы при отсутствии активности модема в течении заданного промежутка времени позволяет автоматически корректировать возможные сбои в работе программы, особенно, когда Пост установлен в труднодоступном месте.
Дистанционная настройка параметров программы модема и их сохранение в конфигурационном файле, расположенном в энергонезависимой памяти, позволяют быстро восстановить работу прибора в необходимой конфигурации. Наличие нескольких конфигурационных файлов, переключение которых осуществляется дистанционно одной командой, позволяют оперативно менять большинство режимов работы прибора в зависимости от складывающейся оперативной ситуации.
Опыт разработки программ для ТС65 показал, что на базе этого и аналогичных программируемых модемов можно создать целый ряд недорогих автоматических устройств с функцией передачи данных по каналам мобильной связи, заменяющих собой массу дорогостоящих приборов и измерительных комплексов, особенно, в области экологического контроля.
Литература.
1. Федеральный закон «Об использовании атомной энергии». № 170-ФЗ от 21 ноября 1995 г. В редакции 1 января 2012 г.
2. Концепция федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» Распоряжение правительства РФ № 484-р от 19 апреля 2007 г.
3. Положение об отраслевой автоматизированной системе контроля радиационной обстановки Госкорпорации «Росатом». От 01.11.2010г.
4. Система дозиметрического контроля радиационной обстановки в окружающей среде АСКРО-РИОН. Описание типа. 6л. 2007 г.
5. НПП «Доза». Оборудование радиационного контроля. Каталог 2009 г.
6. ЗАО Мытищинский Приборостроительный завод. Мобильный комплекс сотовой связи на шасси полноприводного автомобиля КАМАЗ-43118. Буклет «Мобильный комплекс сотовой связи».
7. Об автоматизированной системе контроля радиационной обстановки Санкт-Петербурга. Распоряжение правительства Санкт-Петербурга № 132-р от 4 декабря 2007 года.
8. GSM/GPRS терминал Siemens ТС65. Руководство пользователя.
К настоящему времени разработано много различных автоматизированных систем мониторинга радиационной обстановки. Информация от Постов АСМРО может передаваться по проводам, как в устройстве сбора и передачи данных «УСПД» («Рион») [4], по радио, как в посте АСКРО «АТЛАНТ» (НПП «Доза») [5], с использованием GSM-модема как в блоке обработки и передачи данных «БОП-1ТА» (НПП «Доза») [5]. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. При передаче данных по проводной выделенной линии обеспечивается необходимая надёжность и защищённость передаваемой информации. Однако, как показал опыт эксплуатации, такая связь вне территории предприятия не надёжна и измерительное устройство «привязано» к конкретному месту. Использование радиоканала требует специального разрешения от инспекции связи. Дальность такой связи ограничивается десятками километров. Одним из современных решений является использование в качестве устройства передачи информации GSM-модема. Это наиболее доступный и распространённый канал связи, обеспечивающий передачу данных на большие расстояния.
Для организации мобильной связи во время аварий или перегрузок используются передвижные базовые станции сотовой связи, которые могут быть смонтированы на базе автомобилей или прицепов. Такие станции выпускаются нашей промышленностью и могут быть использованы для поддержания мобильной связи и, в частности, работоспособности АСМРО в условиях радиационных аварий [6].
Как правило, для периодического опроса Постов АСМРО используется GSM-модем и CSD-соединение (соединение при «дозвоне»), осуществляющее подключение типа «точка-точка» и обеспечивающее дуплексную связь [7]. Это позволяет не только получить данные, но и осуществлять подстройку параметров поста.
Подключение измерительной аппаратуры через GSM/GPRS-модем к сети Интернет существенно расширяет возможности как самой аппаратуры, так и способов сбора и обработки информации. В режиме GPRS канал связи одновременно используется несколькими абонентами и не простаивает в случае отсутствия сообщения. Оплата осуществляется только за объём передаваемой информации, а не за время подключения. Для частой передачи небольших объёмов информации такой способ является оптимальным и физически, и экономически.
Существуют модемы, которые могут выполнять программы пользователя. Это позволяет осуществлять обработку информации внутренним микропроцессором модема. К таким модемам относится, в частности, внешний GSM/GPRS-модем фирмы Siemens типа TC65 [8]. Модем TC65 представляет собой законченное функциональное устройство, выполненное в прочном пластиковом корпусе, предназначенным для эксплуатации в жёстких промышленных условиях. Температурный диапазон работы модема от -30 до +65 град. Цельсия. Четыре частотных диапазона и GPRS класс 12 обеспечивают высокое качество GSM/GPRS связи. Модем имеет возможность выполнять программы написанные на языке Java 2 Platform Micro Edition (J2ME). Имеется возможность обновления программы пользователя через GSM-соединение.
Под управлением программы пользователя, например, программы Поста АСМРО, модем ТС65 позволяет без дополнительных устройств производить опрос датчика гамма-излучения, преобразование, подготовку, хранение и передачу информации с использованием GPRS и CSD. При этом сам пост АСМРО может состоять только из модема, датчика ионизирующего излучения, блока питания и общего корпуса. Быстро развёртываемая система (БРАСМРО) дополнительно может быть оборудована спутниковым навигационным приёмником GPS. Все эти составные части серийно выпускаются промышленностью. Разработка и изготовление специальных блоков не требуется, что значительно удешевляет изготовление таких Постов АСМРО.
Был разработан и изготовлен макет Поста АСМРО, в котором используется GSM/GPRS-модем Siemens TC65 или IRZ TC65 Lite. Для регистрации ионизирующего излучения используется датчики производства фирмы «АтомТех» для мощности дозы гамма-излучения БДКГ-01 или БДКГ-04, а для спектрометрических измерений используются датчики БДКГ-03 или БДКГ-11. При необходимости, в состав Поста включается навигационный GPS-приёмник BR-355. Питание Поста осуществляется от свинцово-кислотного аккумулятора напряжением 12 Вольт 9 А/ч, заряд которого поддерживается от сетевого блока питания. Имеется возможность подключения ЖКИ дисплея и светового сигнализатора «Аварийного» уровня мощности дозы непосредственно к I/O-выводам модема (при их наличии). Использование влагозащищенного корпуса БРП-12-4/14-ТИ исп.5, имеющего степень защиты IP54, позволяет установить Пост на улице без дополнительной защиты от атмосферных воздействий. Корпус оборудован схемой поддержания заряда аккумулятора от промышленной сети и обогревом аккумуляторного отсека при отрицательных температурах. Внешний вид макета Поста АСМРО ТС65 представлен на рисунке 1.
Разработанный макет Поста производит спектрометрические и дозиметрические измерения. При установке GPS-приёмника также производятся определение координат места расположения Поста. Переключение типа измерений осуществляется дистанционно или автоматически. Пост функционирует в следующих режимах: «Основной», «OnLine», «Командный» и «SMS». В «Основном» режиме производится измерение, хранение и передача данных по GPRS. В режиме «OnLine» полученные данные сразу же после измерения передаются по TCP/IP на сервер пользователя. В «Командном» режиме, в который пост переходит при CSD-соединении, передаются команды управления и установки переменных. В режиме «SMS» имеется возможность изменять значения переменных программы Поста АСМРО и осуществлять опрос последнего измеренного значения мощности дозы.
В «Основном» режиме при дозиметрических измерениях через установленное время модем осуществляет запрос текущих значений мощности дозы измеренных датчиком гамма-излучения. Обмен данными модема с датчиками осуществляется по протоколу ModBus, который предполагает работу нескольких источников информации на одну физическую линию связи. Это позволяет подключить к модему одновременно несколько устройств, например, GPS-приёмник. Через заданное время производится осреднение полученных данных, определение максимального значения измеряемого параметра и запись результатов в память модема. При спектрометрических измерениях в «Основном» режиме через заданное время модем осуществляет считывание из детектора гамма-излучения накопленного спектра. Полученные значения, вместе с текущим временем и другой служебной информацией, сохраняется в памяти модема. Переключение из дозиметрического в спектрометрический режим осуществляется одной командой и не требует перезагрузки ПО модема. При установке автоматического переключения типа измерений при срабатывании сигнализации в режиме дозиметрических измерений проводятся переключение в спектрометрический режим измерений, которые проводятся в течении одного периода осреднения данных датчика, затем производится переключение обратно в дозиметрический режим измерений. Так как сохранение спектров и мощности дозы осуществляется в разные области памяти, то при переключении режимов накопленные ранее данные сохраняются. Затем производится опрос GPS-приёмника и полученные данные также сохраняются в памяти модема.
При наступлении времени передачи данных осуществляется GPRS-соединение с FTP-сервером и данные из памяти модема дополняют расположенный на сервере суточный файл. Одновременно производится соединение с SMTP-сервером и результаты измерений отправляются как почтовое сообщение в заданный электронный почтовый ящик. При спектрометрических измерениях каждый спектр передаётся отдельным файлом или отдельным почтовым сообщением. Если передача данных произведена неудачно, то сообщение повторяется при следующем сеансе связи. Таким образом, данные обновляются через заданный промежуток времени, равный периоду передачи данных, и содержат полную информацию не зависимо от успешности передачи каждого отдельного сообщения.
UDP-соединение, или передача «датаграм», в отличии от FTP и SMTP соединений, не требует подтверждения факта соединения с сервером и может быть использовано для оперативной передачи данных в условиях неустойчивой связи. Конечно, при этом часть данных может быть утеряна, но для оперативного реагирования такая связь может оказаться более эффективной, чем многократная попытка повторной передачи массива устаревших данных.
Имеются уровни мощности дозы «Аварийной» и «Предупредительной» сигнализации. При превышении пороговых значений измеряемой мощности дозы пост автоматически посылает соответствующее тревожное SMS-сообщение на заданный номер телефона. Сообщение посылается один раз. Для повторного сообщения измеряемая мощность дозы должна стать ниже порогового значения, а потом опять превысить его.
Режим «OnLine» предназначен для контроля за быстротекущими процессами в режиме «реального времени», например, при контроле перемещения источника вблизи Поста АСМРО или перемещения Поста АСМРО мимо источника. В этом режиме информация от датчика передаётся на сервер пользователя каждые 2 – 5 секунд. При одновременном использовании нескольких стационарных Постов АСМРО или одного подвижного в зоне воздействия одного источника появляется возможность в режиме «реального времени» определить местоположение и перемещение этого источника. Например, в многополосном потоке автомобилей выделить автомобиль перевозящий источник ионизирующего излучения или определить местоположение неподвижного источника. В режим «OnLine» Пост АСМРО переводится специальной SMS-командой. Если связь с сервером прерывается и пост не может её восстановить в течении 5 минут, то Пост автоматически переходит в «Основной» режим работы.
В «Командный» режим Пост АСМРО переходит при приёме входящего звонка. GPRS-соединение автоматически закрывается и открывается CSD-соединение. В этом режиме модем может воспринимать команды управления и установки переменных программы. За один сеанс можно менять несколько переменных. После установления CSD-соединения время работы в «Командном» режиме ограничено. По истечении этого времени модем автоматически завершает сеанс связи.
В целом, команды охватывают следующие функции:
Установка параметров модема.
Установка дозиметрических или/и спектрометрических измерений.
Установка параметров опроса датчика, периода осреднения данных, периода передачи данных.
Установка параметров FTP-сервера, SMTP-сервера, UDP-сервера, сервера Точного времени, GPRS-соединения.
Команды контроля установленных параметров.
Команда чтения архивных результатов измерения. По этой команде осуществляется запрос данных из памяти модема.
При приёме SMS-сообщения модем анализирует поступившую информацию, выполняет команду и высылает на телефон отправителя запроса SMS с результатом выполнения команды. Предусмотрена последовательная обработка нескольких SMS, поступивших одновременно. Ответ будет выслан каждому отправителю отдельно. Для управления постом в режиме «SMS» используются команды, подобные используемым в «Командном» режиме. Команды защищены паролем. Имеются дополнительные специфичные команды, такие как перезагрузка модема, запрос текущих данных и другие.
Программа управления Постом АСМРО запускается автоматически при подаче питания на модем. При запуске программы и в начале каждых суток модем автоматически производит соединение с Интернет сервером Точного времени и корректирует показание своих часов реального времени с учётом часового пояса места установки поста.
Программа Поста АСМРО состоит из исполняемых и конфигурационных файлов, расположенных в энергонезависимой памяти модема. Конфигурационных файлов может быть несколько. Переключение между используемыми конфигурационными файлами осуществляется дистанционно по соответствующей команде. При запуске программы читается конфигурационный файл и устанавливаются значения всех переменных, необходимых для работы программы. В конфигурационном файле указываются параметры Поста АСМРО, FTP, SMTP, UDP-серверов, имена пользователей и пароли для входа на каждый сервер, сервера Точного времени, GPRS-соединения, наличия LCD-дисплея, время автоматической перезагрузки программы модема, период опроса датчиков, интервал осреднения, время передачи данных, уровни «Аварийной» и «Предупредительной» сигнализации, пароль для доступа к командам Поста и другие. Имеется возможность коррекции конфигурационного файла при запуске программы с помощью стандартной терминальной программы через СОМ-порт модема. Программа построена по принципу «многопоточности». При этом процессы опроса датчиков, получения от них информации, передачи данных, коррекции времени и другие операции производятся «независимо» друг от друга. «Зависание» программы в одном «потоке» не приводит к выходу из строя всей программы и может быть исправлено из работающего «потока». В программе предусмотрена «перекрёстная» проверка работы «потоков» и автоматическая коррекция большого числа возможных сбойных ситуаций, вызванных не только сбоями внутри самого модема, но и сбоями в работе провайдера GSM-связи или, при перемещении Поста, исчезновением GSM-сигнала.
Для повышения надёжности работы Поста АСМРО, кроме программных способов, предусмотрен режим принудительного перезапуска модема. Перезапуск может быть осуществлён посылкой соответствующего SMS-сообщения или автоматически с использованием сторожевого таймера модема ТС65. Если в течение времени, установленного соответствующим параметром, отсутствует передача данных, то встроенными средствами модема производится автоматический его перезапуск. Возможность дистанционного обновления программы пользователя без непосредственного физического контакта с модемом позволяет проводить модернизацию Поста АСМРО без демонтажа и физического доступа к прибору. Это всё существенно повышает жизнеспособность автономно работающего Поста АСМРО.
Для автоматического получения данных Постов АСМРО разработаны программы, которые через заданные промежутки времени производят CSD-соединение с модемом Поста. Также, разработаны программы автоматически считывающие данные на компьютер потребителя из электронного почтового ящика, в который отправляются результаты измерений.
Один из макетов Поста АСМРО ТС65 размещён на крыше здания без дополнительной защиты от атмосферных воздействий и уже несколько лет успешно функционирует в тестовом режиме. За всё время работы этот Пост не потребовал ни одного вмешательства оператора или вскрытия корпуса. Три макета Постов АСМРО использовались при обеспечении радиационной безопасности зимних XXII Олимпийских и XI Паралимпийских игр в г. Сочи зимой 2014 года. Один из Постов использовался как стационарный, а два как быстро развёртываемых. Посты БРАСМО устанавливались на автомобилях. Серьёзных замечаний по работе Постов АСМРО не было. В стационарных Постах установлено время опроса датчиков 1 минута, время осреднения 10 минут и время передачи данных на SMTP-сервер каждые 3 часа. Дополнительно 2 раза в сутки Посты опрашиваются через CSD-соединение с сервера АСМРО. В Постах БРАСМО во время движения автомобиля устанавливалось время опроса датчиков 5 — 10 с., время осреднения 30 или 60 с., время передачи данных 1800 с. По данным Постов БРАСМО восстанавливался маршрут следования автомобиля, на котором они перевозились, и определялся уровень мощности дозы по этому маршруту следования. Данные Постов БРАСМО хорошо согласуются с данными, полученными мобильными средствами радиационной разведки.
Выводы. Показана возможность создания законченного устройства реализованного программно на базе GSM/GPRS-модема ТС65 с использованием минимального числа серийно выпускаемых недорогих блоков. Для изготовления таких Постов АСМРО не требуется специального оборудования и помещений, высококвалифицированного персонала. Сеть Постов может быть оперативно создана и развёрнута силами местных организаций практически в любом месте, где имеется мобильная связь.
Возможность дистанционного перепрограммирования модема позволяет менять функции устройства без непосредственного физического контакта с ним. Это особенно актуально для устройств, установленных в труднодоступных или опасных для здоровья местах. Программирование постов может осуществляться из единого центра.
Доступ к данным может быть произведён из любого места, где есть подключение к глобальной сети Интернет и может быть множественным. Упрощается задача создания единого центра сбора информации при одновременном функционировании местного и регионального центров.
Возможность управления Постом и опроса данных по «дозвону» обеспечивает их совместимость со старыми системами АСКРО, а также допускает использование этого устройства в местах со слабым GSM-сигналом, недостаточным для устойчивой работы GPRS, или при использовании передвижных базовых станций сотовой связи.
Возможность управления Постом через SMS позволяет оперативно менять его конфигурацию в зависимости от складывающейся ситуации без специальных устройств, вычислительной техники и программного обеспечения, используя только персональный мобильный телефон.
Наличие режима «OnLine» позволяет отслеживать быстротекущие процессы такие как перемещение источника в режиме «реального времени».
Возможность одновременного подключения к Посту различных датчиков существенно расширяет область применения этого устройства. Подключение GPS-приёмника позволяет использовать Пост АСМРО для проведения дистанционной радиационной разведки не подвергая риску жизнь и здоровье персонала.
Автоматическая коррекция таймера модема по Интернет-серверу Точного времени позволяет синхронизировать данные, поступающие от сети Постов, что очень важно для анализа складывающейся радиационной ситуации в целом.
Автоматическое дублирование передаваемых данных в случае их утраты существенно повышает информативность мониторинга и гарантирует от случайной потери непрерывности наблюдений.
Автоматический перезапуск программы при отсутствии активности модема в течении заданного промежутка времени позволяет автоматически корректировать возможные сбои в работе программы, особенно, когда Пост установлен в труднодоступном месте.
Дистанционная настройка параметров программы модема и их сохранение в конфигурационном файле, расположенном в энергонезависимой памяти, позволяют быстро восстановить работу прибора в необходимой конфигурации. Наличие нескольких конфигурационных файлов, переключение которых осуществляется дистанционно одной командой, позволяют оперативно менять большинство режимов работы прибора в зависимости от складывающейся оперативной ситуации.
Опыт разработки программ для ТС65 показал, что на базе этого и аналогичных программируемых модемов можно создать целый ряд недорогих автоматических устройств с функцией передачи данных по каналам мобильной связи, заменяющих собой массу дорогостоящих приборов и измерительных комплексов, особенно, в области экологического контроля.
Литература.
1. Федеральный закон «Об использовании атомной энергии». № 170-ФЗ от 21 ноября 1995 г. В редакции 1 января 2012 г.
2. Концепция федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» Распоряжение правительства РФ № 484-р от 19 апреля 2007 г.
3. Положение об отраслевой автоматизированной системе контроля радиационной обстановки Госкорпорации «Росатом». От 01.11.2010г.
4. Система дозиметрического контроля радиационной обстановки в окружающей среде АСКРО-РИОН. Описание типа. 6л. 2007 г.
5. НПП «Доза». Оборудование радиационного контроля. Каталог 2009 г.
6. ЗАО Мытищинский Приборостроительный завод. Мобильный комплекс сотовой связи на шасси полноприводного автомобиля КАМАЗ-43118. Буклет «Мобильный комплекс сотовой связи».
7. Об автоматизированной системе контроля радиационной обстановки Санкт-Петербурга. Распоряжение правительства Санкт-Петербурга № 132-р от 4 декабря 2007 года.
8. GSM/GPRS терминал Siemens ТС65. Руководство пользователя.
