12.4. Международные стандарты на устройства и системы телемеханики

Современные принципы проектирования устройств и систем телеме-ханики определяются серией международных стандартов ГОСТ Р МЭК 870 [ 22 ]. Цели внедрения этой серии стандартов состоят в том, чтобы поднять телемеханику на такой уровень проектирования, на котором будет обеспечена возможность совместимого использования оборудования УПУ и УКП различных производителей, исходя из оптимальной реализации требований технического задания на создание АСУТП. Уровни открытого описания телемеханических систем представлены в табл. 12.1.

Т а б л и ц а 12.1.

Уровни		Наименования уровней	Определяющие стандарты	Предмет стандартизации
7		Пользовательский: уровень SCADA уровень драйвера или OPC-сервера ТМ	ГОСТ Р МЭК 870-5-5	Протоколы передачи Основные прикладные функции
			ГОСТ Р МЭК 870-5-4	Протоколы передачи Определение и кодирование элементов пользовательской информации
			ГОСТ Р МЭК 870-5-3	Протоколы передачи Общая структура данных пользователя
2		Канальный	ГОСТ Р МЭК 870-5-2	Протоколы передачи Процедуры в каналах передачи
			ГОСТ Р МЭК 870-5-1	Протоколы передачи Форматы кадров передачи
1	Физический		ГОСТ Р МЭК 870-4-1. Интерфейсы: ISA, RS-232, RS 485, “токовая петля»	Сопряжение с устройствами телемеханики

1) Физический уровень сопряжения УПУ и УКП определяется стан-дартными интерфейсами сопряжения с линейными терминалами.

2) На канальном уровне в ГОСТ Р МЭК 870-5-1 «Устройства и системы телемеханики. Часть 5. Протоколы передачи. Раздел 1. Форматы передаваемых кадров», сформулированы требования к форматам кадров телемеханических сообщений. Определены три класса форматов кадра те-лемеханического сообщения: FT1.2, FT2, FT3. В них установлены требо-вания по кодированию, синхронизации кадров, форматам с данными переменной или фиксированной длины. Для форматов FT1.2, FT2, FT3 с фиксированным объемом данных сравнительные характеристики пред-ставлены в табл.12.2 [27].

Формат FT1.2 содержит стартовый байт (00001000), блок пользо-вательских данных фиксированного объема (до 255), контрольную сумму и байт конца сообщения (0110 1000). Каждый байт передается: старт-битом, 8 битами данных, битом четности, стоп-битом. Контрольная сумма – это арифметическая сумма, пренебрегающая переполнением (сумма по моду-лю 256) у всех байтов пользовательских данных.

Т а б л и ц а 12.2

Форматы cфиксированным объемом данных
FT1.2	FT2	FT3
Стартовое слово	Стартовое слово	Стартовое слово 1
Байты пользовательских данных (L– до 255)	Байты пользовательских данных (L- от 8 до 15)	Стартовое слово 2
		Байты пользовательских данных (L– от 8 до 16)
CS1	CS2	CS3-1
Слово окончания		CS3-2

Формат FT.2 содержит стартовый байт (00100111 или 00010100), блок пользовательских данных в объеме от 8 до 15 байт, контрольную последовательность CS2, образуемую полиномом Х⁷+Х⁶+Х⁵+Х²+1 с битом четности и общей инверсией. Каждый байт передается 8 битами.

Формат FT3 содержит два стартовых байта (00000101,01100100 или 00010010, 00111101), блок пользовательских данных в объеме от 8 до 16 байт, контрольную последовательность из двух байт CS3-1 и CS3-2, обра-зуемую полиномом Х¹⁶+Х¹³+Х¹²+Х¹¹ +Х¹⁰ +Х⁸+Х⁵+Х²+1 с инверсией. Каждый байт передается 8 битами.

3) Достоверность передачи данных в соответствии с ГОСТ Р МЭК 870-5-1 определяется тремя классами: 1₁, I₂ и I₃ ( рис. 12.4).

Рис. 12.4 Классы достоверности передачи данных

На рис. 12.4 приведено графическое представление верхних преде-лов частоты появления необнаруженных ошибок R в зависимости от веро-ятностной частоты искажений бита для трех указанных классов достовер-ности данных. Конец графика при частоте искажений бита Р = 0,5 соответ-ствует случаю произвольного приема бита, т. е. сигнал отсутствует, а при-нимаются только помехи. Наклон кривых для р < 10^-4 соответствует кодо-вому расстоянию для применяемого метода кодирования.

Пример. Пусть линия связи характеризуется помехой типа «белый» шум с вероятностью искажения бита сигнала р = 10^-4 . В этой линии связи системой телемеханики непрерывно передаются блоки сообщений по 100 бит со скоростью 1200 бит/с. Вероятность появления необнаруженных ошибок (R) в сообщении и среднее время Т между необнаруженными ошибками отражено в табл. 12.3.:

Т а б л и ц а 12.3

Класс достоверности	Вероятность R появления необ-наруженных ошибок	Среднее время Т между необнару-женными ошибками	Типовое применение
11	10-6	1 день	Циклические опросы
I2	10-10	26 лет	События: сигнализации, счет импульсов, контроль
I3	10-14	260 000 лет	Аварии, телеуправление.

4) Диалоговые процедуры передачи телемеханических сообщений определяют порядок обмена (диалога) служебной информацией, кото-рый имеет место между устройством телемеханики передающем и устрой-ствами телемеханики принимающими телемеханическое сообщение.

В ГОСТ Р МЭК 870-5-1 предусматриваются три класса диалоговых процедур, организующих взаимодействие источника и приемника телеме-ханических сообщений в соответствии с табл. 12.4:

Т а б л и ц а 12.4

Класс	Назначение
S1	посылка без ответа: передача информации от передающего устройства телемеханики, не требующая ответа (подтверж-дения, квитанции) от принимающего устройства телемеханики
S2	посылка с подтверждением: передача информации, требу-ющая подтверждения (квитанции)
S3	запрос—ответ: передача информации по запросу (в ответ на запрос)

Процедура класса S1 (посылка без ответа) не требует ни подтвер-ждения, ни ответа. Класс S1 применим только в тех системах телемеха-ники, в которых более высокий уровень протокола передачи ответственен за защиту от потерь сообщений, либо в циклических системах с медлен-но меняющейся информацией, в которых случайные потери информации допустимы. Процедура S1 предусматривает использование однонаправ-ленного (симплексного) канала связи.

Процедура класса S2 предусматривает подтверждение (квитирова-ние) приемником предназначенной ему передачи. Применяется при спора-дических передачах сообщений, а также при выполнении команд телеуп-равления. Квитирование может быть двух видов: положительное (КВП) и отрицательное (КВО).

При КВП квитирующий сигнал посылается приемником в ответ на правильно принятое сообщение. При обнаружении ошибки квитанция не посылается и передатчик должен повторить сообщение. При многократ-ном отсутствии квитирования на уровне передатчика фиксируется неис-правность канала связи с приемником и в этом случае передатчик должен либо сохранить не переданное сообщение в архивной памяти, либо анну-лировать его.

При КВО приемник посылает сигнал только в случае обнаружения ошибки. Если в течение контрольного времени в приемник не поступил сигнал КВО, то принимается решение о том, что передача выполнена достоверно. Если же сигнал КВО поступит, то передатчик должен по-вторить передачу сообщения. При многократном повторении отри-цательной квитанции фиксируется неисправность канала телемеханики.

Процедура «посылка – подтверждение» применяется для передачи высоко приоритетных сообщений: активной сигнализации аварийных событий и команд управления: включения/отключения исполнитель-ных устройств, передачи уставок для контроля допустимых диапазо-нов изменения измеряемых величин, а также уставок регуляторам тех-нологических величин.

Процедура класса S3 предусматривает получение информации от УКП по запросу УПУ. При невозможности (по той или иной причине) передачи сообщений УКП должно ответить отрицательной квитанцией (КВО). При обнаружении ошибки при приеме ответа или при получении КВО запрос из УПУ повторяется оговоренное число раз, после чего на выше-стоящий уровень протокола передачи передаемся сигнал "неисправность системы".

.