Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы автоматизированных систем управления. Учебное пособие
.pdf
Глава 4. Организация информационного обеспечения
91
При формировании очередного пакета на ВУ ТТ формирует новую
маску передачи ТТ НУ, в которой единицами отмечаются сигналы объекта
автоматизации, значения которых изменились к моменту составления нового пакета. В очередной пакет данных включаются результаты измерения
только тех сигналов, значения которых изменились с последнего сеанса
связи. При изменении хотя бы одного дискретного входного или выходного
сигнала, соответствующие биты маски передачи ТТ НУ устанавливаются в
единицу. В этом случае дискретные входные (или выходные) сигналы передаются в пакете данных на ВУ полностью.
Маска передачи ТТ НУ, принятая сервером ВУ после инициализации ТТ, переписывается в маску приема ВУ. При следующем обмене данными ТТ с ВУ сравнивается маска приема ВУ (значение маски передачи
ТТ НУ в предыдущем сеансе связи) и поступившая маска передачи ТТ НУ.
Производится побитовое сравнение масок приема и передачи и выполняется процедура означивания фрейма конкретного объекта автоматизации
(выполняются процедуры “если-добавлено” в слотах, соответствующих
сигналам, изменившим значения).
При отсутствии связи ТТ с ВУ формируется десять пакетов данных
(десять последних значений состояния объекта автоматизации). Первые десять пакетов данных и соответствующие им маски передачи ТТ НУ формируются аналогично вышеописанному. При отсутствии связи и формировании одиннадцатого пакета ТТ записывает пакет в память на место первого,
сформированного после нарушения связи с ВУ, с одиннадцатым временем
составления пакета. ТТ изменяет маску передачи ТТ НУ второго пакета.
Маска передачи второго пакета определяется как дизъюнкция масок передачи первого и второго пакетов. Маска третьего пакета остается без изменения, так как она определена относительно второго пакета. Изменяются
номера в очереди на передачу данных при сеансе связи с ВУ (второй пакет
становится первым, третий становится вторым и т. д.).
Обмен данными между ТТ НУ и сервером ВУ производится по командам последнего, в режиме первичный/вторичный.
В команде обязательно присутствует уникальный адрес ТТ НУ. В бите
“Выполняемая команда” указывается тип команды – чтение или запись.
Бит “Тест” используется при обмене тестовыми последовательностями ТТ и сервера ВУ при проверке сети ТТ НУ.
Основы автоматизированных систем управления
92
Бит “Признак данных” определяет какими данными обмениваются
сервер и ТТ (собственные данные ТТ или данные ретрансляции). Если данные ретрансляции, то обязательно указывается адрес ретранслируемого ТТ.
Поле данных присутствует только в команде записи. В этом поле могут указываться значения управляющих воздействий для технологического
оборудования, уставки, параметры замера скважины и т. д. Позиционно
поле данных в команде сервера ВУ закреплено за конкретными ячейками
памяти ТТ и ТК.
Поле КПК обязательно присутствует при обмене данными или командами по сети.
ТТ НУ реагирует на команды сервера в виде ответов, содержащих
требуемые сервером данные.
Обмен данными между ТТ НУ и ППОТ производится в режиме первичный/вторичный. Роль первичного (с точки зрения протокола управления каналом связи) выполняет связной ТК, входящий в состав ТТ. Обнаружив в сети ТТ НУ наличие ППОТ, связной ТК выполняет команды ППОТ.
Команды ППОТ аналогичны командам сервера ВУ. Под ретрансляцией и
адресом ретрансляции в этом случае понимается адрес ТК, работающего в
сети ТК НУ.
Контроль информации
Контроль информации предусматривается на логическом уровне,
уровне звена передачи данных и сетевом уровне.
На логическом уровне проверяется соответствие значений измеряемых сигналов известным пределам измерения соответствующих датчиков.
При выходе сигналов за допустимые пределы на ВУ передается сообщение
об ошибке (сигнал аварии). При подключении ПИК к выходам телеуправления ТК к однонаправленному порту возможен только косвенный контроль за правильностью пeредачи сигналов телеуправления по сигналам
состояния исполнительных механизмов (вкл./выкл. и т. п.).
На уровне звена передачи данных и сетевом уровне передаваемая
информация содержит контрольные последовательности кадров. Вычисление КПК осуществляется циклическим контролем по избыточности (CRC)
с использованием производящего полинома Х16+Х12+Х5+1 в соответствии с рекомендацией МККТТ V.41 (Международный консультативный
Глава 4. Организация информационного обеспечения
93
комитет по телеграфии и телефонии). Вычисление и использование кода
CRC производится в соответствии со следующими правилами:
к содержимому кадра добавляется набор нулей, количество кото-
рых равно длине поля КПК;
образованное таким образом число делится на производящий по-
лином, который содержит на один разряд больше, чем КПК, и который в
качестве младшего и старшего разрядов имеет единицы;
остаток от деления помещается в поле КПК и передается в приемник;
приемник выполняет деление содержимого кадра и поля КПК на
полином;
если результат равен нулю, считается, что передача выполнена без
ошибок.
Этот способ позволяет обнаруживать всевозможные кортежи ошибок длиной не более 16 разрядов, вызываемые одиночной ошибкой, а также
99,9984 % всевозможных более длинных кортежей ошибок. При обнаружении ошибки осуществляется повторная передача данных, коррекция данных не предусматривается. После нескольких неудачных повторных передач данных, проверяется состояние канала связи (передача контрольных
тестовых последовательностей данных). При ошибках в тестовых передачах приемником формируется сигнал неисправности канала связи.
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НОСИТЕЛЕЙ ДАННЫХ И
ПРИНЦИПЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПО
ТИПАМ НОСИТЕЛЕЙ
Модель обработки и прохождения информации в АС предполагает
использование носителей данных – устройств внешней памяти, обеспечивающих записывание, считывание и неограниченное по времени энергонезависимое хранение данных.
Номенклатура конкретных устройств определяется перечнем задач,
требующих использования носителей данных и техническими параметрами, являющимися принципиальными для каждой задачи.
Основными задачами, требующими решения, являются следующие:
инсталляция ПО;
Основы автоматизированных систем управления
94
неограниченное по времени энергонезависимое хранение оператив-
ной информации (операционная система, прикладное ПО, оперативная БД,
содержащая текущую актуальную информацию), обеспечивающее запуск и
функционирование исполняемых компонентов ОС и прикладного ПО;
надежное неограниченное по времени энергонезависимое хране-
ние архивной информации произвольного объема;
периодическая обработка и обновление архивной информации;
резервное копирование и быстрое (сравнимое со скоростными ха-
рактеристиками чтения/записи данных стационарных жестких дисков) восстановление оперативной информации, объемом до 1 Тб.
Основными техническими параметрами, рассматриваемыми при вы-
боре конкретных устройств внешней памяти, являются следующие:
скорость доступа к данным, скорость чтения/записи;
возможность перезаписи данных;
емкость носителя;
технология хранения данных, определяющая надежность хранения
данных;
стоимость носителя и привода.
Одной из особенностей современного ПО является большой объем
инсталляционных пакетов, измеряемый десятками мегабайт. В связи с этим
в настоящее время производители ПО отказываются от поставки своих изделий на дискетах. В качестве альтернативы общее и повсеместное признание получили другие носители. Для решения задач хранения оперативной
информации и обеспечения запуска и функционирования исполняемых
компонентов ОС и прикладного ПО целесообразно использование
устройств, обеспечивающих максимально возможный уровень сохранности данных и наивысшие скоростные характеристики, достижимые в настоящий момент. Таковыми являются аппаратно-программные комплексы, состоящие из интеллектуального SCSI-контроллера и RAID-массива, объединяющего несколько стационарных жестких дисков в единую логическую
структуру. При этом обеспечивается:
исходное формирование носителя заданной емкости с возможно-
стью наращивания последней вплоть до максимально возможного значения,
обеспечиваемого современным уровнем технологии аппаратного и программного обеспечения;
Глава 4. Организация информационного обеспечения
95
коррекция ошибок за счет избыточного хранения информации
(контрольные суммы);
автоматическая диагностика с возможностью горячей замены от-
дельных дисковых модулей;
выполнение нескольких операций чтения/записи одновременно (в
соответствии с количеством отдельных дисковых модулей);
высокая пропускная способность канала ввода/вывода;
наработка на отказ отдельных дисковых модулей – до 150 000 час.
Решение остальных задач может быть обеспечено одним дополнительным универсальным устройством внешней памяти, которое является
сменным устройством емкостью порядка до 1 Гб, обеспечивающим выполнение операций чтения/записи со скоростью сравнимой с таковой для жестких дисков, и обязательно имеющее произвольный доступ к хранимой информации.
Применение одного универсального устройства объясняется схожестью требований, предъявляемых к нему разными задачами (резервное копирование, архивирование), отсутствием необходимости одновременного
выполнения указанных задач, а также возможностью снижения общей стоимости аппаратного обеспечения АС и повышения надежности системы.
В табл. В.1 прил. В (ИО) приведены основные характеристики
устройств разных типов, присутствующих на рынке в настоящее время.
В соответствии с этими данными в качестве дополнительного устройства
внешней памяти целесообразно использование накопителя на сменных
жестких дисках JAZ фирмы IOMEGA.
Пусть вас не удивляют упоминания устаревших видов носителей
в таблице. С одной стороны, это только пример, а с другой – такие
потребности у заказчика могут возникнуть.
Основы автоматизированных систем управления
96
Глава 5
ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторная работа 1: «Разработка БД АСУ»
В результате процесса обследования объекта автоматизации, который предшествует разработке автоматизированной системы управления,
составлены таблицы входных и выходных сигналов или данных и таблица
промежуточных данных, которые используются для выработки управляющего воздействия. В таблице входных данных должны быть представлены
наименования физических величин, их обозначения в алгоритмах обработки, единицы измерения, диапазон изменения.
В соответствии с обследованием объекта автоматизации, выполненного на практическом занятии в рамках темы «Информационное обеспечение АСУ», требуется разработать структуру БД АСУ и реализовать ее в
предоставленной СУБД. БД должна обеспечивать хранение данных в соответствии с перечнями входных и выходных сигналов (документ предоставляется, табл. А.1, А.2, А.3) и технологическими процессами сбора и обработки данных АСУ. Подготовка к выполнению работы, а также отладка БД
и подготовка отчет выполняется во время СРС. Выбор СУБД осуществляется в соответствии с квалификацией обучаемых.
В отчете необходимо предоставить исходные таблицы данных, обоснование выбора СУБД, особенности выбранной СУБД, характеристики используемой версии, структуру разработанной БД, чертежи или скриншоты
отчетных печатных форм, выводы по индивидуальному опыту, приобретенному в процессе проектирования.
Вместе с отчетом необходимо представить разработанную БД и продемонстрировать преподавателю возможность работы е ней (заполнение
изменение удаление данных).
Лабораторная работа 2:
«Разработка пользовательского интерфейса АСУ»
Разработка пользовательского интерфейса АСУ осуществляется в
виде последовательности экранных форм с указанием вида, размера и ме-
Глава 5. Выполнение лабораторных работ
97
стоположения элементов предоставления данных и элементов управления. Среда разработки выбирается в соответствии с квалификацией обучаемых.
В отчете по работе предоставляются чертежи экранных форм с обоснованием выбора и расположения элементов. Необходимо предоставить
также граф или схему взаимосвязи экранных форм.
Лабораторная работа 3:
«Разработка генератора данных для тестирования АСУ»
В процессе разработки реальной АСУ уже функционирующего объекта автоматизации для тестирования компонентов необходимо создать
имитационную модель объекта в виде потока входных данных. Если АСУ
разрабатывается параллельно с разработкой самого объекта автоматизации,
то без ИМ также трудно обойтись. Во время приемосдаточных испытаний
заказчик АСУ также вряд ли позволит демонстрировать ее работоспособность на реальном объекте автоматизации. Возможность демонстрации выполнения функций АСУ при помощи ИМ необходимо отразить в «Программе и методике испытаний».
ИМ в нашем случае представляет собой процесс воспроизведения
значений входных сигналов и данных в соответствии с заданными вероятностями или законами распределения, которые предварительно могут быть
получены в процессе статистической обработки данных, получаемых от
объекта автоматизации.
Открытие/закрытие задвижек, срабатывание концевых датчиков или
выключателей и прочие сходные события можно имитировать как события
с двумя исходами. Предположим вероятность одного исхода (задвижка открыта в момент опроса датчика) P(A)=a, тогда вероятность противоположного исхода (задвижка закрыта) P(A)=1−a. Для воспроизведения этой ситуации воспользуемся генератором случайных чисел равномерного закона
распределения с помощью функций, которые есть практически в любом пакете языка программирования. Если мы сгенерируем случайную величину
i на отрезке [0,1], то при i ≤ a передаем сигнал о том, что задвижка открыта, а при i a – задвижка закрыта.
Основы автоматизированных систем управления
98
Полная группа несовместных случайных событий может характеризовать множество состояний некоторой подсистемы. Если у нас есть некоторое замерное устройство, например, групповая замерная установка на кусте нефтедобывающих скважин, то постановка скважин на замер может
производиться по некоторой программе в зависимости от их дебита, температуры нефтесодержащей жидкости и т. д. Тогда состоянием ГЗУ можно
считать номер скважины, стоящей на замере в двоичном счислении. Для
куста из восьми скважин имеем множество событий {a1, a2, a3, a4, a5, a6,
a7, a8}. Поскольку некоторые скважины ставятся на замер чаще других и в
конкретный момент времени одна из скважин должна стоять на замере
(время переключения не учитывается), то ряд распределения в нашем случае может иметь следующий вид.
Состояние ГЗУ
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
a8
Вероятность
P(ai)
0,0625
0,25
0,25
0,0
0,125
0,125
0,125
0,0625
Код для передачи в БД
0001
0010
0011
0100
0,101
0110
0111
1000
Очевидно, что сумма всех вероятностей P(ai) должна быть равна 1,
так как одно и только одно из этих событий обязательно должно произойти. По аналогии с событиями с двумя исходами отрезок [0,1] разбиваем на части равные вероятностям имитируемых событий, с каждым отрезком в алгоритме моделирования связываем соответствующее событие.
После генерации равномерно распределенной случайной величины i на
отрезке [0,1] проверяем в какой из отрезков она «попала» и констатируем,
что конкретное событие произошло посредством передачи соответствующего кода в БД.
Таким же образом моделируется дискретные случайные величины.
В этом случае событием является приобретение некоторой дискретной случайной величины конкретного целочисленного значения. Примером дискретной случайной величины может быть число работоспособных агрегатов на объекте.
Моделирование непрерывной случайной величины, подчиненной
равномерному закону распределения, представляет имитацию поступления
Глава 5. Выполнение лабораторных работ
99
значения с аналогового датчика величины в некотором конкретном диапазоне. Для этого, если в используемом вами пакете языка программирования
нет функции возвращающей значение такой величины в заданном диапазоне и с заданным шагом возможно использовать любой «равномерный»
генератор, но при этом придется сдвигать и масштабировать полученные
случайные величины.
Например, в качестве непрерывной случайной величины может вы-
ступать температура, давление или дебит жидкости.
Если же измеряемое значение должно соответствовать некоторой
постоянной величине с некоторыми отклонениями в большую или меньшую сторону то, как правило, для ее имитации используются случайные
величины, подчиненные нормальному закону распределения с определенным математическим ожиданием и среднеквадратичким отклонением.
В соответствии с таблицей входных сигналов (документ предоставляется) и заданной частотой опроса датчиков или поступления данных в
АСУ разрабатывается имитационная модель потоков данных (генератор
данных). Модель в дальнейшем будет использована для тестирования компонентов АСУ и в лабораторной работе № 4. Генератор должен обеспечивать формирование и передачу в АС данных в соответствии с типом сигналов (логический, цифровой, аналоговый, частотный) и с предоставленными
законами их распределения (равномерным, показательным, нормальным).
Для моделирования используют генераторы случайных величин различных
законов распределения. Необходимо обеспечить запись данных в БД, разработанной в лабораторной работе №1.
Лабораторная работа 4:
«Разработка подсистем контроля уставных значений АСУ»
Предусматривается два варианта выполнения работы. В первом
необходимо отслеживать достижение или превышение данными, поступающими из генератора данных (лабораторная работа № 1), контролируемых значений, во втором анализируются данные из БД (лабораторная
работа № 2). Подсистема контроля должна обеспечивать подачу сигналов
Основы автоматизированных систем управления
100
оператору АС при поступлении в пакетах данных значений, превышающих уставные аварийные и предаварийные значения (таблица значений
предоставляется).
Лабораторная работа 5: «Разработка подсистем построения
и отображения текущих и исторических трендов»
Необходимо разработать подсистему АС для отображения в экранных и печатных формах графиков трендов (изменения значений) выбранных величин с указанием уровня уставных значений (аварийных, предаварийных и выбранных контролируемых). Для текущих трендов выбирается
отображаемая величина из поступающих от генератора данных, а также
контролируемые значения, масштабы отображаемых величин. Для исторических трендов необходимо обеспечить доступ к значениям выбранной величины в заданном временном диапазоне.
Лабораторная работа 6: «Разработка компонентов
подсистемы управления формированием пакетов данных»
Рассмотрим двухуровневую автоматизированную систему управления. В качестве примера объекта автоматизации возьмем технологический
процесс в цехе добычи нефти и газа при кустовой схеме обустройства скважин. Такие технологические процессы используются для нефтедобычи на
месторождениях Западной Сибири. Процесс характеризуется тем, что несколько скважин располагаются на одной кустовой площадке. Рассмотрим
процесс с 10 скважинами на одном кусте и до 20 кустов. Кустовые площадки могут располагаться до 100 километров друг от друга и до 200 километров от цеховой площадки куда должна поступать информация и откуда производится процесс управления. Нижний уровень АСУ – уровень
кустов скважин. Сбор технологических данных (до 100 полей с одного куста) и реализация управления процессом осуществляется технологическим
контроллером (ТК). ТК должен функционировать в сложных метеорологических условиях (температура до 40 зимой и влажность до 100 % летом).
Верхний уровень – уровень цеха добычи нефти и газа (ЦДНГ).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]