QNX – точка опоры Троицкого моста

Компания SWD Software Ltd. (ЗАО «СВД Софтвер») была основана в 1991 году и сегодня является официальным дистрибьютором QNX Software Systems на территории России и стран бывшего СССР. Спектр предоставляемых SWD Software решений основан на встраиваемой ОС реального времени QNX. Основные направления деятельности SWD Software - поставки программных и аппаратных средств, оказание услуг технической поддержки, консалтинга, сертифицированного обучения и заказных разработок. Основная цель компании - обеспечить разработчиков встраиваемых приложений, систем реального времени и интеллектуальных устройств надежной программно-аппаратной платформой и эффективным инструментарием для создания специализированных вычислительных систем любой сложности.

Компания QNX Software Systems основана в 1980 году. Ее основной деятельностью является разработка и поставка ОСРВ QNX и программного обеспечения для нее. Также компания выполняет заказные разработки для QNX в сотрудничестве с ведущими производителями программного и аппаратного обеспечения для встраиваемых систем и крупнейшими компаниями в сфере их применения. Флагманский продукт – QNX Neutrino, которая является одной из лидирующих ОСРВ на мировом рынке и используется в самых различных отраслях, включая промышленную автоматизацию, энергетику, телекоммуникации, медицинское приборостроение, бортовые системы и военные приложения.

ЗАО НПП «Промтрансавтоматика» было основано в 1991 году и изначально называлось ТО «Стэк». Свое нынешнее название компания получила около 6 – 7 лет назад. Сегодня в компании работает порядка 50 специалистов. Основной деятельностью компании являются автоматизация промышленных систем, управляющие системы, внедрение встраиваемых решений, а также выпуск серийных приборов для измерения. Клиентами компании являются такие учреждения, как «Мостотрест», метрополитен, РЖД, машиностроительные компании, энергетические компании, коммунальная служба, а также некоторые государственные организации. В частности, компания осуществляла разработку серийных приборов для контроля рельсовых стыков на РЖД. Что же касается компании «Мостотрест», то сотрудничество с ней ведется уже 15 лет. Например, «Промтрансавтоматикой» была разработана и внедрена система диагностики и видеонаблюдения на всех мостах Петербурга, а также система управления разводными пролетами.

Троицкий мост

Троицкий мост относится к гидравлическому типу. Практически все критически важные узлы, механизмы и конструкции моста оснащены датчиками с устройствами сбора информации на базе микроконтроллеров Atmel. За давлением масла в гидросистемах следят примерно 30 датчиков. Также есть группа датчиков, контролирующая срабатывания аварийных клапанов на случай аварийного выброса масла, и группа датчиков, контролирующих ток (двигателей, гидрозолотников, которые переключают на разводку или на наводку). Всего насчитывается около сотни датчиков.

Автоматическая система управления (АСУ) Троицкого моста — это трехуровневая система, включающая контроллеры, управляющий компьютер и компьютер пульта механика. Управляющий компьютер опрашивает контроллеры, анализирует результаты измерений, управляет процессом разводки моста и передает результаты на компьютер пульта механика по сети Ethernet. Контроллеры производятся фирмой «Промтранасавтоматика» на базе микроконтроллеров Atmel. К ним подключается до 12 аналоговых датчиков и до 32 дискретных сигналов ввода-вывода. Задачи – опрос датчиков и дискретных сигналов, управление исполнительными устройствами, передача информации управляющему компьютеру по RS-485 (скорость – 9600). В тех случаях, когда требования к скорости реакции приложения на изменение сигнала не позволяют применять медленный RS-485, сигнал подключается к плате PCL-730 фирмы Advantech.

На управляющем компьютере установлена QNX 4.25. Задачи управляющего компьютера – опрос контроллеров, анализ результатов измерений, управление разводкой моста и передача результатов измерений на компьютер пульта механика по Ethernet (TCP/IP). Компьютер пульта механика работает под управлением Microsoft Windows XP, отображает информацию, протоколирует и передает данные на центральный диспетчерский пульт по выделенной линии. При этом на диспетчерском пульте работает та же программа, что и на пульте механика.

Задачи проекта

В период навигации каждую ночь через город по Неве проходит до 50 судов. При таком интенсивном судоходстве любые неисправности при разводке конструкций и механизмов разводных мостов недопустимы. Поэтому расписание разводок соблюдается буквально с точностью до минуты. Кроме того, на разводку моста отводится 10 минут, но большая часть этого времени уходит на то, чтобы остановить поток машин и пешеходов, которые в последний момент пытаются попасть на другой берег. Поэтому непосредственно на сам процесс разводки остается всего 3-4 минуты. В результате, развести мост за такое время возможно только при идеальной работе всех его устройств и механизмов. Масса разводного пролета моста — 360 тонн, поэтому малейший сбой в функционировании системы управления может привести к повреждению механизмов моста и нарушению как графика судоходства, так и сообщения между берегами.

По данной причине при внедрении системы автоматизированного управления разводкой (САУ) основное внимание уделялось повышению надежности работы оборудования. Помимо устранения возможных ошибок персонала диагностический комплекс должен был оперативно отслеживать состояние устройств моста и прогнозировать возможные неисправности. Кроме того, система должна была решать задачу автоматизированного контроля за энергоснабжением устройств моста, системы сигнализации и каналов связи, а также вести архив данных, связанных с эксплуатацией моста с целью последующего анализа работы механизмов и устройств и действий обслуживающего персонала. Таким образом, управляющая операционная система должна была отвечать самым взыскательным требованиям к надежности и к работе в режиме реального времени. Несвоевременная подача команды могла бы привести к поломке механических устройств моста.

Для устранения возможных ошибок персонала была внедрена система автоматизированного управления разводкой. Основное внимание уделялось повышению надежности работы оборудования, и именно поэтому в качестве базовой ОС системы управления была выбрана QNX. Диагностический комплекс системы позволяет оперативно отслеживать состояние устройств моста и прогнозировать возможные неисправности.

В целом можно выделить две основные задачи, стоящие перед «Промтрансавтоматикой». Во-первых, необходимо проводить диагностику в плане прогнозирования износа оборудования. Система была призвана помогать в принятии решений в случае внештатной ситуации, поэтому, во-вторых, на Троицком мосту необходимо было установить на только систему диагностики, как это реализовывалась ранее на других мостах города, но и разработать систему управления мостом, что также повлияло на выбор в пользу QNX.

Ход проекта

Весь комплекс работ по реконструкции Троицкого моста был проведен за один межнавигационный период: с конца ноября по конец апреля 2002 года. Сложность состояла в необходимости отлаживать систему на реальном оборудовании. Однако главная проблема, с которой пришлось столкнуться разработчикам НПП «Промтрансавтоматика», заключалась в том, что далеко не все периферийные устройства имеют драйверы под QNX. Когда программисты «Промтрансавтоматики» приступали к написанию драйверов под QNX, необходимого опыта у них не было, была только практика подобной работы для Windows. Тем не менее, переход оказался достаточно простым, поскольку система QNX менее сложна и более логична.

Отметим, что надежность и режим реального времени были необходимы для данного приложения. Несвоевременная подача команды могла бы привести к поломке механических устройств моста. Кроме того, требовалось интегрировать приложение в реализованную ранее единую информационную систему мониторинга разводных мостов города, работающую под Windows. При этом минусом последней было то, что при работе под управлением Windows не всегда удавалось выдерживать временные интервалы. Так, программа, написанная под Windows, формировала какую-либо задержку за сотни миллисекунд, после внедрения QNX время сократилось до десятков миллисекунд. Тем не менее, опыт специалистов «Трансавтоматики» говорит о том, что систему визуально-графического отображения все-таки целесообразно писать в расчете на Windows. Причин тому две: графическая оболочка под QNX дорога и, как следствие этой дороговизны, наработок под нее гораздо меньше, чем под Windows.

Являясь ОС реального времени, QNX обеспечивает надежную работу с аппаратурой. Поддержка многозадачности и удобные механизмы синхронизации помогли быстро освоить программирование под QNX и уложиться в сроки, отведенные на разработку системы. А поддержка TCP/IP позволила легко организовать совместную работу с Windows-приложениями.

Итоги проекта

Система автоматизированного контроля и управления разводкой Троицкого моста эксплуатируется с апреля 2002 года. Все данные о работе механизмов моста во время разводок фиксируются в архиве и изучаются с целью прогнозирования неисправностей. Кроме того, постоянно контролируется работа сигнальных устройств: если интенсивность светового сигнала оказывается недостаточной для безопасной проводки судов, об этом немедленно сообщается механику моста и диспетчеру. Так в момент разводки компьютер выдает механику изображения тех механизмов и датчиков, которые задействованы в процессе разводки моста, и данные всех датчиков пишутся в архив. По этим детальным временным графикам главный механик «Мостотреста» может отследить изменения в процессе работы, что позволяет предвидеть отказы оборудования. Например, если виден большой провал уровня масла в момент пикового давления, это значит, что система начала подсасывать воздух.

Другие проекты под QNX

Помимо Троицкого моста, «Промтрасавтоматика» поставляет решения на основе QNX для военных станций размагничивания подводных лодок. В частности, это поставка измерительной аппаратуры, первая из них была осуществлена в 2005 году.