CC BY
49
УДК 621.396.97
05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в приборостроении)
Каунг Сан
Национальный исследовательский университет “МИЭТ”
Россия, Москва
Аспирант кафедры “Информатика и программное обеспечение вычислительных систем”
Портнов Евгений Михайлович
Национальный исследовательский университет “МИЭТ”
Россия, Москва
Профессор кафедры “Информатика и программное обеспечение вычислительных систем”
Доктор технических наук E-Mail: evgen_uis@mail.ru
Разработка способа повышения эффективности информационных обменов по магистральным каналам связи
Аннотация: В работе предлагается эффективный подход к повышению эффективности проведения информационных опросов состояния контролируемых энергообъектов по магистральным каналам связи. Традиционно для магистральных каналов связи в системах управления в энергетике используется последовательный циклический контроль параметров объектов вне зависимости от того произошли или не произошли изменения их состояния, что приводит к существенным задержкам поступления срочных, например, аварийных сигналов. Предлагается новый способ спорадического приоритетного централизованного контроля, который делает ненужным последовательный непрерывный контроль всех параметров объектов; достаточно выборочно опросить лишь те, которые передали требование установки связи . Поскольку централизованный контроль не должен нарушать стандартную структуру рабочих циклов, в состав устройств передачи и обработки информации включаются специальные преобразователи для фиксации специализированного режима.
Преобразователи должны нивелировать для остальных блоков устройств влияние централизованного контроля, что позволит использовать предложенное решение как составную часть универсальной системы, обеспечивающей работу по любым каналам связи. При использовании предложенного способа централизованного контроля исключаются «традиционные» непроизводительные последовательные циклы контроля всех объектов контроля, подключенных к общему для них магистральному каналу связи. Показано, что предложенная методика обеспечивает повышение реальной скорости информационных опросов на 1 -2 порядка.
Ключевые слова: Информационный обмен; магистральный канал связи;
спорадический приоритетный централизованный контроль; быстродействие.
Идентификационный номер статьи в журнале 29TVN613
Kaung San
National Research University of Electronic Technology
Russia, Moscow
Eugene Portnov
National Research University of Electronic Technology
Russia, Moscow E-Mail: evgen_uis@mail.ru
Development of method for increasing the efficiency of information exchange through the main channels of communication
Abstract: This paper proposes an effective approach to improving the effectiveness of information surveys the state -controlled energy facilities through the main channels of communication. Traditionally, the main channels of communication in the control systems in the energy sector using a serial cyclic control parameters of objects, regardless of whether or not there have been there have been changes in their status, resulting in significant delays receipt of term , such as alarms. A new method of sporadic priority centralized control, which eliminates the need for consistent monitoring of all parameters of objects selectively enough to interview only those who passed the requirement to install communications. As the central control must not violate the standard structure of operating cycles of the device transmission and processing of information include special converters for fixing a specialized regime. Transducers should be to neutralize the effect of the remaining blocks of central control devices that will use the proposed solution as part of a universal system, providing work for every communication channel . When using the proposed method of centralized control excluded the "traditional" non-productive cycles of sequential control of all control objects that are connected to a common for them backbones. It is shown that the proposed technique provides a higher real rate of informational interviews by 1-2 orders of magnitude.
Keywords: Information exchange; main channel of communication; sporadic priority centralized control; performance.
Identification number of article 29TVN613
Одним из показателей эффективности функционирования систем управления в энергетике (СУЭ) является быстродействие, который традиционно трактуется как отношение длины передаваемого информационного сообщения к номинальной скорости передачи сигналов по каналу связи между контролируемыми пунктами (КП) и центральной приемопередающей станцией (ЦППС) [1-3].
Синтез систем, отличающихся повышенным быстродействием и эффективностью информационного обмена жестко связан с методами синтеза рабочих циклов.
При моделировании процессов передачи данных по магистральным каналам связи следует определить наиболее жесткие условия работы СУЭ, при которых труднее всего обеспечить реализацию «потенциального» значения быстродействия [1-5]. Выбор метода формирования рабочих циклов не представляет трудности при использовании в СУЭ только радиальных каналов, когда каждому контролируемому пункту предоставляются полные ресурсы индивидуального канала связи. Однако в системах, в которых используются СУЭ рассматриваемого класса, в «чистом виде» радиальные каналы предоставляются все реже. Как правило, они сочетаются с другими видами каналов связи [4]. В наибольшей степени отражают реалии современных СУЭ магистральные структуры каналов связи. Подчеркнем, что в работе рассматривается широкая трактовка магистрального канала связи, в качестве которого будут рассматриваться все типы каналов, ресурсы которых должны использоваться несколькими, группой или всеми контролируемыми пунктами СУЭ .
Традиционно для МКС в СУЭ используется последовательный циклический контроль параметров объектов вне зависимости от того произошли или не произошли изменения их состояния, что приводит к существенным задержкам поступления срочных, например, аварийных сигналов [1-5]. Предлагается новый способ спорадического приоритетного централизованного контроля, который делает ненужным последовательный непрерывный контроль всех параметров объектов; достаточно спорадически опросить лишь те, которые передали требование установки связи, чем существенно уменьшаются непроизводительные потери времени . Для пояснения принципа организации централизованного контроля на рисунке 1 приведены соответствующие временные диаграммы.
Рассмотрим эффективность передачи информации по магистральному каналу связи при использовании нового способа централизованного контроля. Поскольку централизованный контроль не должен нарушать стандартную структуру рабочих циклов, установленную для протокола HDLC [6-11], в состав устройств ЦППС и каждого КП включаются специальные преобразователи для фиксации специализированного режима.
Преобразователи должны нивелировать для остальных блоков устройств влияние централизованного контроля, что позволит использовать предложенное решение как составную часть универсальной системы, обеспечивающей работу по любым каналам связи. Обрабатывающий центр (ОЦ) периодически формирует посылку (а) с адресом (в приведенном примере - "0"), который не присвоен ни одному устройству КП, подключенному к МКС.
a)
ОЦ
б)
цгшс
b) КП
г)
МКС
д)
цгшс
е)
ОЦ
ж) ЦГШС
з) КП
Адрес "0" режим О Их И: Ип
Ml FLAG FLAG Адрес "0" режим О X < FLAG
цгшс
МКС
КПі КП2 КП* FLAG
0000000 1111000 ххххООО
\мкс
Mi FLAG FLAG Адрес "0" режим О КПі КП: КПц FLAG
эоооооо 1111000 ххххООО
Адрес "0" режим О КПі КП: КПц FLAG
Э000000 1111000 ххххООО
Обработка данных
Адрес "2"
режим В
Mi
FLAG
FLAG
Адрес "27
режим В
FLAG
Mi
FLAG
FLAG
Адрес "27
режим Д
информация
FLAG
^ цппс
ОЦ
цгшс
МКС
МКС
Рис. 1. Временные диаграммы информационного обмена в режиме централизованного контроля
Адрес сопровождается кодом - признаком режима централизованного контроля (режим "0"), за которым ОЦ формирует п- интервалов И1...Ип, - по одному для каждого КП, подключенного к МКС. После приема от ОЦ признака проведения централизованного контроля преобразователь формирует автономную посылку (б), причем в зоне от И1 до Ип передача сигналов блокируется . В каждое устройство КП введен дополнительный специализированный линейный адаптер (СЛА), настроенный на прием информации с “глобальным” адресом ("0"- для приводимого примера). СЛА воспринимает инициативный сигнал запроса от любого блока данного КП. Если инициативный сигнал принят к моменту поступления централизованного контроля, в интервале И;, выделенном для /-го КП , от СЛА в канал связи передается код, например, 11110000, а при отсутствии инициативного сигнала от СЛА /-го КП в зоне И; передается код, например, 00000000 (в). Таким образом, зона от И; до Ип заполняется кодами хххх0000, переданными, соответственно, КП1... КПп. В магистральном канале связи посылка, передаваемая от ЦППС, суммируется с кодами от всех КП (г). Образованная суммарная посылка воспринимается дополнительным приемником, преобразуется и вводится в ОЦ (д). Как видно, цикл передачи посылки- централизованного контроля совмещается во времени с получением от всех КП кодов-идентификаторов необходимости установления связи с этими КП для получения от них информации.
В приведенном примере показано что, запрос поступил от КП с номером "2". От ОЦ передается посылка (е), содержащая адрес КП и признак установления режима разрешения передачи данных выбранного КП (режим В). Передатчик преобразует посылку (е) в стандартную посылку (ж) , которая воспринимается приемником с адресом "2". От вызванного КП в МКС передается информационная посылка (з).
Важно подчеркнуть, что при использовании предложенного способа централизованного контроля исключаются «традиционные» непроизводительные последовательные циклы контроля всех КП, подключенных к общему для них магистральному каналу связи [6].
Рассчитаем эффективность применения разработанного способа централизованного контроля.
Для этого определим среднее время получения информации при стандартном способе контроля. Можно считать, что для СУЭ, ориентированных на использование МКС, суммарное время одного “стандартного” цикла приема данных от п КП, подключенных к одному МКС, равно :
Т“ = п(ТвЪ130в + Тинф + 2Тп ) , (1)
где ТвЪ130в - время передачи команды вызова данных, которое может быть рассчитано по формуле:
т _2^флаг + Nперед + NРР + NКПК р.
Т вызов ~ Г 5 (2)
лтакт
где Nфлаг = 1 байт - число тактов передачи флага (01111110), открывающего и закрывающего передачу любого информационного сообщения ;
Nперед=1 байт - число тактов передачи кода адреса КП;
Nрр =1 байт - число тактов передачи кода заданного режима работы;
ЫкпК =2 байта - контрольная последовательность кода.
Время передачи одного информационного сообщения Тинф определяется по формуле:
гр _ ^'инф
Тинф ~ ~~т 5 (3)
J такт
где Nинф - число тактов передачи информации определяется исходя из общего количества объектов контроля;
Jтакт - тактовая частота передачи;
Тп - длительность паузы между информационными посылками.
В качестве разделительной паузы между информационными посылками используются
либо “флаги”, либо меандры, поэтому каждые две посылки (“ вызов” и “информация”)
разделяются паузой с числом тактов Nn = 1 байт.
С учетом вышесказанного, имеем:
г(8 + Nинф )
Л
туан = п(Твызов + Тинф + 2Тп ) =--------------------------------------------------------7-• (4)
Для централизованного контроля время одного цикла приема и обслуживания данных от п объектов контроля (КП) равно:
Тцентр _ т + т + Т + 2Т (5)
1 сум 1 центр +1 вызов +1 инф 21 п ’ V /
где Тцентр - время посылки централизованного контроля и получения требований на
обслуживание запросов от всех КП одной магистрали, равное:
2^флаг + ^перед + ^РР + NКПК + п їт
гр _ флаг ' ' перед ' -■ * рр ' -■ * кик ' *"
Тцентр ~ ~ ’ V6/
поскольку в информационном поле выделяется по одному байту для подачи данных от каждого из п КП.
Таким образом с учетом (5) и (6) имеем:
Тцентр _ 2'(2^флаг + Nперед + NPP + NКПК ) + Nинф + П + 2Nn 14 + NиHф + П ^
1сум _ г 7 • (7)
] такт Jт
Тогда коэффициент повышения реальной скорости информационных опросов за счет введения разработанного способа приоритетного централизованного контроля можно представить отношением времен цикла приема данных для стандартного (циклического) и предложенного централизованного способов .
, Т^Г (8 + *,нф) п
цент Тцен 14 + Минф + п • и
В таблице представлены результаты теоретических расчетов коэффициент повышения реальной скорости информационных опросов для различных п и ^нф . Как видно из результатов, представленных в таблице , предложенная методика обеспечивает повышение реальной скорости информационного опросов на 1 -2 порядка.
Таблица
Результаты теоретических расчетов коэффициента повышения реальной скорости информационных опросов для различных п и Минф.
п =с кцент
32 64 20,94545
64 32 23,27273
128 32 29,42529
128 64 42,2532
256 256 128,4867
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Госконтракт № 14.515.11.0094)
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев Е. и др. SCADA-системы: взгляд изнутри.- М.: Издательство «РТСофт», 2004.- 176 с.
2. Шенброт И.М. и др. Рассредоточенные АСУ технологическими процессами .М.: Энергоатомиздат, 1985.-240 с.
3. Митюшкин К.Г. Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах.-М.: Энергоатомиздат, 1990. -288 с.
4. Портнов Е. М. К вопросу создания интегрированных информационно-управляющих систем в энергетике// Оборонный комплекс- научнотехническому прогрессу России.- М.: ФГУП “ВИМИ”.2011.-№4.-С.77-80.
5. Портнов Е. М. Методика определения реального времени фиксации дискретных событий в информационно-управляющих системах// Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России. -М.: ФГУП “ВИМИ”, 2009.-№4.- С.27-33 .
6. Портнов Е.М. Об эффективности информационно- управляющих систем// Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем. Всероссийская межвузовская научнопрактическая конференция: Материалы конференции.- М.: МИЭТ, 2008.- С.62-67.
7. Е.М. Портнов, А.М. Баин, П.Ю. Чумаченко, Н.И. Сидоренко “Методика повышения эффективности использования магистральных каналов связи информационно-управляющих систем в энергетике”// Оборонный комплекс -научно-техническому прогрессу России. -М.: ФГУП “ВИМИ”,2012- № 2.-С.68-73.
8. Баин А.М., Портнов Е.М. Методика синтеза многофункциональных систем управления энергообеспечением// XXXVIII Международная конференция “Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе”// Труды конференции, Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2012.-С.154-157
9. Мячев А.А. и др. Интерфейсы систем обработки данных: Справочник.- М.: Радио и связь, 1989. -415с.
10. Дженингс. Ф. Практическая передача данных. Модемы, сети и протоколы.-М.: Мир, 1989.-267с.
11. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник/ С.А. Аничкин, С.А. Белов, А.В. Берштейн и др.; Под. ред. И.А Мизина, А.П. Кулешова. - М.: Радио и связь, 1990. - 504 с
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10. 11.
REFERENCES
Andreev E. i dr. SCADA-sistemy: vzgljad iznutri.- M.: Izdatel'stvo «RTSoft», 2004.176 c.
Shenbrot I.M. i dr. Rassredotochennye ASU tehnologicheskimi processami .-M.: Jenergoatomizdat, 1985.-240 c.
Mitjushkin K.G. Telekontrol' i teleupravlenie v jenergosistemah.-M.: Jenergoatomizdat, 1990. -288 c.
Portnov E. M. K voprosu sozdanija integrirovannyh informacionno-upravljajushhih sistem v jenergetike// Oboronnyj kompleks- nauchno-tehnicheskomu progressu Rossii.- M.: FGUP “VIMI”.2011.-№4.-C.77-80.
Portnov E. M. Metodika opredelenija real'nogo vremeni fiksacii diskretnyh sobytij v informacionno-upravljajushhih sistemah// Oboronnyj kompleks- nauchno-tehnicheskomu progressu Rossii. -M.: FGUP “VIMI”, 2009.-№4.- C.27-33 .
Portnov E.M. Ob jeffektivnosti informacionno- upravljajushhih sistem// Aktual'nye problemy informatizacii. Razvitie informacionnoj infrastruktury, tehnologij i sistem. Vserossijskaja mezhvuzovskaja nauchno- prakticheskaja konferencija: Materialy konferencii.- M.: MIJeT, 2008.- S.62-67.
E.M. Portnov, A.M. Bain, P.Ju. Chumachenko, N.I. Sidorenko “Metodika povyshenija jeffektivnosti ispol'zovanija magistral'nyh kanalov svjazi informacionno-upravljajushhih sistem v jenergetike”// Oboronnyj kompleks - nauchno-tehnicheskomu progressu Rossii. -M.: FGUP “VIMI”,2012.- № 2.-C.68-73.
Bain A.M., Portnov E.M. Metodika sinteza mnogofunkcional'nyh sistem upravlenija jenergoobespecheniem// XXXVIII Mezhdunarodnaja konferencija “Informacionnye tehnologii v nauke, sociologii, jekonomike i biznese”// Trudy konferencii, Ukraina, Krym, Jalta-Gurzuf, 2012.-C.154-157
Mjachev A.A. i dr. Interfejsy sistem obrabotki dannyh: Spravochnik.- M.: Radio i svjaz', 1989. -415c.
Dzhenings. F. Prakticheskaja peredacha dannyh. Modemy, seti i protokoly.-M.: Mir, 1989.-267c.
Protokoly informacionno-vychislitel'nyh setej: Spravochnik/ S.A. Anichkin, S.A. Belov, A.V. Bershtejn i dr.; Pod. red. I.A Mizina, A.P. Kuleshova. - M.: Radio i svjaz', 1990. - 504 s
