CC BY
46
»ДК«1.» П. П. ГАЛКИН
Омский государственный университет путей сообщения
ПОТОКИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ КОМПЛЕКСОВ АВТОМАТИЗАЦИИ И ТЕЛЕМЕТРИИ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
Рассматриваются вопросы обеспечения целостности информационной структуры и повышения надёжности сетей передачи данных в системах телемеханики.
Ключевые слова: сеть передачи данных, протокол информационного обмена, кабельная линия связи, надёжность.
Потоки информации, сопровождающие процессы управления и контроля в комплексах энергоснабжения, можно разделить на два уровня. Первый уровень (КП) системы осуществляетсбор данных с объектов управления и передачу данных для обработки на второй уровень (ПУ), а также управление объектами по командам, передаваемым из ПУ.
Обмен информацией на первом уровне осуществляется между контроллером и измерительными приборами, преобразователями, контактными датчиками, а также исполнительными механизмами. Структура информационною обмена представлена на рис. 1.
В случае с измерительными преобразователями и датчиками блок-контактов, цепями охранной и пожарной сигнализации и другими объектами контроля за двухпозиционными объектами данные передаются по токовым цепям, информативными в которых являются только уровень напряжения или амплитуда токового сигнала. Таким образом, носителем информации в таких цепях является количественное выражение измеряемого параметра (тока или напряжения) либо его наличие/отсутс твие.
Очевидно, что достоверность информации об объекте, получаемая диспетчером, напрямую зависит от работоспособности датчиков и каналов связи между контроллером и датчиками. Для исключения вероятности принятия неверного решения оператором, в случае возникновения нештатной ситуации, каналы связи должны быть как можно более надёжны.
КП - контролируемый пункт
Рис. (.Структура информационных потоков на первом уровне систем телемеханики
Пропускная способность в этом случае не имеет значения, поэтому решающим при прокладке двухпроводных линий связи должны являться параметры механической защиты кабеля, а также защиты от опасных и мешающих влияний 11 ].
Для обмена данными между контроллером и интеллектуалы iu ми устройствами применяется протокол Modbus. Это открытый стандарт, описывающий формат сообщений и способы их передачи в сети различных электронных устройств. Первоначально контроллеры с поддержкой Modbus использовали последовательный интерфейс RS-232. Позднее стал применяться интерфейс RS-485, гак как он позволяет использован» более длинные линии связи и подключать к одной линии несколько устройств.
Modbus относится к протоколам прикладного уровня сетевой модели OSI. Контроллеры на шине Modbus взаимодействуют, используя клиент-серверную модель, основанную на транзакциях, состоящих из запроса и ответа.
Обычно в сети есть только один клиент — «главное» устройство со статусом master, и несколько серверов -«подчиненных» (статус slave) устройств. Главное устройство инициирует транзакции (передаёт запросы). Подчиненные устройства передают запрошенные у них данные или производят указанные действия. Master может адресоваться индивидуально к slave или инициировать передачу широковещательного сообщения для всех подчиненных устройств. Усгройство slave формирует сообщение и возвращает его в ответ на адресованный именно ему запрос. На широковещательные запросы ответное сообщение не формируется (2).
Основа структуры запросов и ответов протокола Modbus-элементарный пакет протокола, так называемый PDU (Protocol Data Unit). Структура PDU протокола Modbus не зависит от тина линии связи и включает в себя код функции и поле данных. Код функции —это однобайтовое поле. Оно может принимать значения в диапазоне 1... 127. Значения 128...255 зарезервированы для кодов ошибок. Поле данных может быть переменной длины. Размер пакета PDU ограничен 253 байтами. Формат пакета представлен на рис. 2.
Для передачи пакета по физическим линиям связи PDU помещается в другой пакет, содержащий дополнительные поля. Этот пакет носит название ADU (Application Data Unit). Формат ADU зависит оттипалинии связи.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВССТНИК № 2 (90) 2010 ЭЛ£КТЮТ1ХНИКЛ. ЭНЕРГЕТИКА
Номер функции Данные
1 байт N < 253 байт
Рис. 2. Формат PDU-лакета протокола Modbus
Адрес ведомого код функции устройства п Блок обнаружения да н н ы е г-ошибок
Рис. 3. Формат ADU-пакета протокола Modbus
. А Управляющее Флаг Адрес поле Информационное fSQ флдг поле
Рис. 4. Структура кадра IIDLC
Существуют три основных реализации протокола Modbus, две для передачи данных по последовательным линиям связи, как медным EIA/TIA-232-E (RS-232), Е1А-422, EIA/TIA-485-A (RS-485), так и оптическим и paAHo:Modbus RTU и Modbus ASCII, и для передачи данных по сетям Ethernet поверх TCP/IP Modbus TCP.
Общая структура ADU представлена на рис. 3, где:
— адрес slave — адрес подчинённого устройства, к которому адресован запрос. Устройства slave отвечают только на запросы, поступившие в их адрес. Ответ начинается с собственного адреса отвечающего устройства;
— номер функции — однобайтное поле кадра. Оно говорит ведомому устройству, какие данные или выполнение какого действия требует от него master;
— данные — ноле содержит информацию, необходимую ведомому устройству для выполнения заданной мастером фу1 пщии или содержит да! п пае, передаваемые ведомым устройством в ответ на запрос ведущего.
— контрольная сумма —двухбайтовое иоле для проверки отсутствия ошибок в передаваемых данных.
Второй уровень системы осуществляет визуализацию полученной от КП (нижний уровень системы) информации, сопровождает базы данных, формирует отчетные документы.
Обмен данными между уровнями системы и внутри второго уровня осуществляется с помощью каналообразующей аппаратуры, входящей в состав КП и ПУ (верхний уровень), и программным обеспечением.
В качест ве каналообразующих устройств применяются проводные и радиомодемы, преобразователи ин терфейсов, мультиплексоры и устройства, эмулирующие COM-порты в локальной вычислительной сети. Для обмена данными в таких каналах связи применяется протокол HDLC (High-Level Data Link Control) — бит-ориентированный кодопрозрачный сетевой протокол управления каналом передачи данных канального уровня сетевой модели OSI, соответствующий стандарту ISO 13239.
HDLC может быть использован в соединениях точка — многоточие, но в настоящее время в основном используется в соединениях точка — точка с использованием асинхронного сбалансированного режима (АВМ). В этом протоколе диспетчерский пункт и контроллеры объектов энергосистемы выполняют роли первичной и вторичной станций соответственно.
Первичная (ведущая) станция (Primary terminal) ответсгвенна за управление каналом и восст ановление его работоспособности. Она производит кадри команд В соединениях точка —многоточие поддерживает отдельные связи с каждой из вторичных станций.
Вторичная (ведомая) станция (Secondary terminal) работает под контролем ведущей, отвечая на её команды. Поддерживает только один сеанс связи.
HDLC в сист емах телеметрии использует несбалансированную конфигурацию канала связи, в котором возможны следующие режимы:
1. Режим нормального ответа (NRM—Normal Response Mode) требует инициации передачи в виде явного разрешения на передачу от первичной станции. После использования канала вторичной станцией (ответа на команду первичной), для продолжении передачи она обязана ждать другого разрешения. Для выбора права на передачу первичная станция проводит круговой опрос вторичных. В основном используется в соединениях точка-многоточка.
2. Режим асинхронного ответа (ARM — Asynchronous Response Mode) даёт возможность вторичной станции самой инициировать передачу. В основном используется в соединениях типа кольцо и многоточечных с неизменной цепочкой опроса, так как в этих соединениях одна вторичная станция может получить разрешение от передачи от другой вторичной и в ответ начать передачу. То есть разрешение на передачу передаётся по типу маркера (token). За первичной станцией сохраняются обязанности но инициализации линии, определению ошибок передачи и логическому разьединению. Позволяет уменьшить накладные расходы, связанные с началом передачи (3).
Кадры HDLC со структурой, представленной на рис. 4, можно передавать, используя синхронные и асинхронные соединения. Для определения начала и конца кадра используется уникальная в пределах протокола флаговая последовательность (FD — Frame Delimiter) *01111110'(0х7Е в шестнадцатерич-нЬм представлении), помещаемая в начало и конец каждого кадра. Уникальность флага гарантируется использованием битстаффинга в синхронных соединениях и байтстаффинга в асинхронных. В байтстаф-финге используется escape - последовательность, здесь— '0111110 Г (0x7D в шестнадцатеричном представлении), то есть байт FD(0x7E) в середине кадра заменяется последовательностью байтов (0x7D, 0х7Е), а байт (0x70) — последовательностью байтов (0x7D, 0x7D).
Во время простоя среды передачи при синхронном соединении FD постоянно передаётся по каналу для но/удержания битовой синхронизации. Может иметь место совмещение последнего бита 0 одного флага и начального бита 0 следующего.
Поле FCS(Frame Check Sequence) — контрольная последовательность, необходимая для обнаружения ошибок передачи. Её вычисление в основном про-
изводится методом циклического кодирования с производящим полиномом XI64- Х12 + Х5+ 1 (СКС-16)в соответствии с рекомендацией СС1ТТ У.41. Это позволяет обнаруживать всевозможные кортежи ошибок длиной до 16 бит вызываемые одиночной ошибкой, а также 99,9984 % всевозможных более длинных кортежей ошибок. ЯСБ составляется по полям Адрес, Управляющее поле, Информационное поле |4|.
После просчёта РСБ на стороне приёмника он отвечает положительной или отрицательной квитанцией. Повтор кадра передающей стороной выполнятся по приходу отрицательной квитанции или по истечении тайм-аута.
Таким образом, в системах телеметрии одновременно применяются два и более различных протокола, каждый из которых не приспособлен для самостоятельной передачи данных по сетям ЕШегпе1.
При повышении надёжности сетей передачи данных на объектах ОАО «МРСК Сибири» в результате приведённого анализа построена сеть передачи с применением высоконадёжных кабелей и каналообразующего оборудования гарантированной доставки, а также применены средства электрической и механической защиты оборудования связи.
Библиографический список
1. Галкин В.А. Телекоммуникации и сети / В.А. Галкин. Ю.А Григорьев. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003 — 608 с.
2. Моржин. Ю.И. Спецификации отраслевых протоколов для прикладного, канального и физического уровней для обмена между энергообъектами и верхним уровнем управления / Ю. И. Моржин — М., 2004 — 32 с.
3. ГОСТ Р МЭК 870-4-93 Устройства и системы телемеханики. Технические требования. — М.: Госстандарт. 1993. — 52 с.
А. ГОСТ Р МЭК 870-5-101. Устройства и системы телемеханики. Протоколы передачи. Обобщающий стандарт по основным функциям телемеханики. — М.: Госстандорт. 1993. — 126с.
ГАЛКИН Павел Павлович, аспирант кафедры «Автоматика и системы управления».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 19.01.2010 г.
© П. П. Галкин
УДК«21.434.7 в. Р. ВЕДРУ ЧЕНКО
В. В. КРАЙНОВ H. В. ЖДАНОВ М. В. КУЛЬКОВ
Омский государственный университет путей сообщения
О ВЫБОРЕ СХЕМ И РАЗРАБОТКЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ И ТЯЖЕЛЫХ ТОПЛИВ В ДИЗЕЛЯХ, часть 1
В статье выполнен анализ персг1ектив добычи и потребления нефти как сырья для производства топлива, используемого ■ двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Показана неизбежность поиска альтернативы нефтяному топливу. Выполнен подробньм анализ схем конструктивных решений систем топливоподачи в дизельных двигателях, работающих на нетрадиционных (альтернативных) топливах.
Предложены новые технические и технологические решения по использованию как легких. так и тяжелых топлив в дизельных двигателях - основного привода транспортных средств.
Ключевые слова: нетрадиционные топлива, дизель, топливоподача. форсунка, система впрыска и регулирования.
Современная структура топливно-энергетического баланса в значительной степени определяется заметным истощением запасов нефти и продолжающимся повышением мировых цен на нефть, превысивших уровень 50 долларов за баррель (159л). Мировые ресурсы разведанных месторождений составляют около 150 млрд т нефти (из них в странах бывшего СССР - примерно 10 млрд г или около 7 % мировых запасов нефти) (11. Россия добывает около 10 % от мирового производства нефти |2|. Но основным поставщиком жидких углеводородов на
мировой рынок являются страны Ближнеш Востока (Ирак, Саудовская Аравия, Иран), обладающие наибольшими сырьевыми ресурсами |3).
В настоящее время в мире ежегодно добывается около 3 млрд т нефти. При сохранении такого уровня добычи нефти ее запасов может хватить на 50 лет. Причем из-за рост а спроса на нефть будет непрерывно нарастать ее дефицит, который к 2025 г. достигнет 16 млн баррелей вдень |4].
В Российской Федерации ситуация осложняется прошозируемым падением добычи нефти после 2010 г.
