Программно-технический комплекс для мониторинга микроклимата на потенциально-опасных стационарных производственных объектах предназначен для снижения риска развития нештатных ситуаций при несоблюдении технологического регламента на производстве при влиянии на оборудование и/или качественные показатели продукта параметров внешней среды.
Актуальность
Ужесточение требований к безопасности и качеству продукции в промышленности, необходимость соблюдения СанПиН и снижения вредного воздействия условий труда на управленческо-производственный персонал, высокая стоимость и архитектурно-системные ограничения программ-аналогов.
Практическая значимость
Клиент-серверная распределенная архитектура, эргономичный пользовательский интерфейс, быстрое развертывание, универсальность, надежность, возможность интеграции с BI/ERP/SCADA-системами, возможность легкого масштабирования при подключении новых климатических датчиков и устройств, низкая стоимость оборудования.
Научная новизна
Применение усовершенствованной технологии разработки многоуровневой распределенной архитектуры программно-технического комплекса, разработка инновационного алгоритма мониторинга параметров микроклимата внешней среды, использование эффективных технологий нормализации, фильтрации физических сигналов.
Описание программно-технического комплекса
К основным параметрам мироклимата окружающей среды относятся температура и относительная влажность воздуха, концентрация вредных веществ в воздухе, освещенность и т.д. Значения параметров мироклимата используются для соблюдения технологического регламента, требований СанПиН, тарирования точных измерительных приборов. Формализованное описание процесса мониторинга параметров микроклимата изображен на рисунке ниже.
X = {ROOM, ENV} – вектор входных параметров,где ROOM = {N1,N2,N3,…,NK} – вектор параметров производственных помещений Nj, ENV = {E1,E2,E3,…,EM} – вектор отслеживаемых параметров Ei внешней среды; Y = {RES} – вектор выходных параметров, где RES – временная лог-таблица и графики значений параметров мониторинга микроклимата, V = {REGS, SYS} – вектор регламентов REGS и системных настроек мониторинга SYS.
Функциональная архитетура
Функциональная архитетура программно-технического комплекса изображена на рисунке ниже.
Клиент-серверная архитектура программно-технического комплекса включает клиентский уровень, веб-сервер, сервер базы данных и климатические устройства. Приложение-клиент функционирует на установленном на АРМ инженера по охране труда или администратора веб-обозревателе. Как видно, в системе реализовано разграничение прав. Пользователь получает доступ к функционалу через регистрацию с присвоением учетной записи логина L и пароля P в зависимости от принадлежности к ролевой группе. Разработано на языке TypeScript с использованием библиотек React, HeroUI, Tailwind CSS и HTML5. Веб-сервер может быть установлен на ЭВМ специального назначения или десктопную для небольшого количества климатических устройств. Веб-сервер функционирует под управлением Nginx. Серверный код разработан на языке Php. Базой данных программно-технического комплекса управляет СУБД MariaDB, которая может быть установлена на отдельной ЭВМ или одной с Nginx. Аппаратный уровень включает однокорпусные климатические устройства с климатическими датчиками, например, SGP30, GL-5516, BME280, микроконтроллером на основе Arduino или аналога и Ethernet-модуль, например, W5500 для передачи значений параметров микроклимата веб-серверу на обработку.
Интерфейс авторизации
Используется для контроля и управления доступом к функционалу программно-технического комплекса. В системе предусмотрено две роли - "Инженер по охране труда" для мониторинга параметров микроклимата и "Администратор" для управления данными и параметрами конфигурации. Также, интерфейс используется для управления данными учетных записей пользователей.
Модуль настройки системы
Модуль используется для управления параметрами конфигурации, например, IP-адрес веб-сервера, IP-адрес сервера БД, интервал мониторинга, интервал записи значений параметров мониторинга в лог-таблицу, интервал отправки сообщений инженеру по охране труда, максимальное количество записей в лог-таблице и т.д.
Справочники
В системе предусмотрено три справочника - Помещения, Параметры микроклимата, Климатические устройства. В каждом из помещений может быть несколько зон мониторинга. С каждой из зон мониторинга связано одно или несколько климатических устройств. Параметры микроклимата из справочника добавляются для мониторинга под выбранное климатическое устройство.
Модуль управления регламентами
Инженер по охране труда для каждого помещения задает регламенты - требования к параметрам микроклимата. Отдельное требование к выбранному параметру микроклимата выражается интервалом безопасности, в котором должно пребывать значение параметра микроклимата в соответствии с технологическим регламентом или требованиями СанПиН. Заданный регламент устанавливается при выборе отдельного климатического устройства, в чём достигается гибкость и настраиваемость процесса мониторинга.
Модуль визуализации параметров микроклимата
В модуле визуализации параметров микроклимата инженеру по охране труда доступен перечень помещений, в каждом из которых для выбранной зоны мониторинга отображается временная диаграмма с текущими и историческими значениями параметров микроклимата. При выходе значения хотя бы одного параметра микроклимата за регламентный диапазон, инженер по охране труда получает сообщение со звуковым сигналом. В модуле также доступен журнал мониторинга за выбранный период времени.
Серверные модули
Модуль авторизации управляет доступом к данным и пользовательскому интерфейсу. Модуль взаимодействия с веб-клиентом формирует отдаваемые по запросу веб-клиенту структуры данных, преимущественно в формате JSON, а также, HTML-структуры веб-страниц. Модуль взаимодействия с БД формирует SQL-запросы, создает сеансы подключения к БД программно-технического комплекса, принимает от СУБД сообщения на DML-инструкции и структуры данных на DQL-инструкции. Отдельный модуль обработки запросов взаимодействует с климатическими устройствами по протоколу HTTP, принимая по запросу от них значения параметров микроклимата.
Интерфейсы пользователя
Интерфейс авторизации
В качестве логина (имени пользователя) используется адрес электронной почты, в качестве пароля - буквенно-числовая последовательность длиной от 8 до 35 знаков.
Интерфейс инженера по охране труда
На странице мониторинга для инженера по охране труда отображаются текущие значения параметров мониторинга по помещениям и зонам мониторинга. Интерфейс позволяет просмотр журнала мониторинга и экспорт отчета о мониторинге в формате PDF.
Учетные записи пользователей
В модуле управления учетными записями пользователей администратор создает, назначает права доступа, блокирует, удаляет учетные записи.
Помещения и устройства мониторинга
Справочник помещений предзначен для управления данными об объектах мониторинга, а также, для закрепления за объектом мониторинга и его выбранной зоной мониторинга климатического устройства. Каждое устройство мониторинга имеет уникальный идентификатор, который передает вместе со значениями параметров микроклимата.
Параметры микроклимата и регламенты
Настройка параметров микроклимата в соответствии с технологическим регламентом и требованиями СанПиН производится с закреплением перечня выбранных параметров за устройством мониторинга. Для каждого из параметров микроклимата задается наименование, системный идентификатор (алиас), единица измерения, минимальное и максимальное значение.
Устройства микроклимата
Проектирование корпусов устройств микроклимата под аппаратную базу выполнялось в среде трехмерного твердотельного моделирования Компас-3D. Для изготовления корпусов использовалась технология FDM-печати и пластики ABS и HIPS. Источник питания устройства микроклимата - 5 В через USB type C. Устройство подлючается к локальной вычислительной сети предприятия с использованием стандартного интерфейса 10BASE-T через разъем Ethernet RJ-45. Устройства микроклимата оснащены световой индикацией питания и подключения к серверу.