Введение

Проблема, вынесенная в название учебного пособия «Сетевые технологии в процессах управления», порождена складывающимися в последние годы тенденциями к конвергенции канальных сред и проблем дистанционного управления техническими объектами и технологическими ресурсами. Проблема к тому же в своем решении не может игнорировать того факта, что территории России и зарубежных стран уже к концу прошлого столетия оказались покрытыми телемеханическими средствами (телемеханическими протоколами) дистанционного управления техническими объектами, максимальная пропусная способность которых не превышает 1200­–1920 бит в секунду. Таким образом, перед инженерной мыслью встала задача совместить возможности современных высокоскоростных сетевых технологий с низкоскоростными телемеханическими протоколами как средами передачи сигналов управления и измерения состояния на большие расстояния при управлении дистанционно разнесенными техническими объектами.

Телемеханические протоколы обладают рядом свойств, которые не позволяют увязывать их напрямую с такими сетевыми протоколами как Ethernet как наиболее распространенного в современной применительной практике. Таким образом необходимо проанализировать существующие решения для интеграции систем, а также рассмотреть их достоинства и недостатки.

Погружение в проблематику пособия начнем с рассмотрения общих дистрибутивных проблем, с которыми современное человечество столкнулось, и сетевых методов их решения, которые оно сумело на настоящий момент предложить.

Начнем с того, что все многообразие человеческой деятельности достаточно плотно «покрывается» возможностями следующих технологических процессов (ТП):

– ТП по организации и обслуживанию материальных потоков (ТПООМП);

– ТП по организации и обслуживанию энергетических потоков (ТПООЭП);

– ТП по организации и обслуживанию информационных потоков потоков (ТПООИП);

–ТП по организации и обслуживанию финансовых потоков (ТПООФП);

– ТП по организации и обслуживанию гуманитарных потоков (ТПООГП).

Определим место систем управления (СУ) в структуре перечисленных выше технологических процессов. Очевидно, становится справедливым следующее определение.

Определение В1. Под системами управления будем понимать объединение функциональных компонентов, структурно встраиваемое в техническую среду технологических процессов с целью обеспечения нормального протекания ТП, характеризующегося требуемым качеством потребительских свойств выходной продукции процесса, его производительности, малой энергоемкостью и высокой экологичностью.

Технологический процесс организуется в пространстве и во времени. ТП как функции их локализации в пространстве разделяются на:

– компактные (сосредоточенные) ТП,

– распределенные (рассредоточенные) ТП.

Встраиваемые в техническую среду обслуживаемого ТП системы управления в соответствии с его пространственной локализацией разделяются на:

– системы компактного управления ТП (или просто системой управления ТП, объектом управления (ОУ), техническим объектом (ТО));

– системы дистанционного управления ТП (ОУ, ТО).

Типовая структурная схема системы компактного управления приведена на рисунке В1.

Рисунок В1

На рисунке В1:

g(t) – входная переменная (задающее воздействие);

y(t) – выходная переменная (продукция ТП);

e(t) – ошибка воспроизведения задающего воздействия;

u(t) – управляющее воздействие, поступающее на регулирующие органы ОУ;

x(t) – доступная непосредственному измерению составляющая вектора состояния ОУ;

ОУ – объект управления (ТП);

УУ – устройство управления.

Система дистанционного управления ТП является рассредоточенной и декомпозированной на устройство управления (УУ), размещенное на пункте управления (ПУ), и объект управление, размещенной на контролируемом пункте (КП). Если устройство управления дополнено лицом, принимающим решение (ЛПР), именуемом также оператором – диспетчером, то такая система дистанционного управления становится системой автоматизированного дистанционного управления или иначе системой диспетчерского управления. Средой связи автоматизированного управляющего комплекса (АУК=УУ+ЛПР) является канальная среда, реализованная в виде:

• прямого (командного, управляющего) канала связи (КС1);

• обратного (информационного, известительного) канала связи (КС2).

Типовая структурная схема системы автоматизированного дистанционного управления приведена на рисунке В2.

Рисунок В2

На структурной схеме рисунок В2 z(t) – сигнал измерения выхода y(t) ТП и доступной составляющей вектора состояния x(t), согласованный с предоставленным каналом связи.

В процессе развития человечества четко наметилась тенденция в рассредоточении компактных локализаций в его проживании, деятельности и организации компонентов перечисленных выше ТП. Дискретная природа пространственных локализаций мест:

–компактного проживания людей;

– компактного размещения перерабатывающих предприятий;

– компактного размещения источников энергии;

– компактного размещения зон отдыха и т.д.

породили дистрибутивные проблемы и сетевые методы их решения. В результате человечество для своего нормального функционирования и протекания перечисленных выше технологических процессов создало следующие сети:

– сеть наземного транспорта;

– сеть железнодорожного транспорта;

– сеть воздушного транспорта;

– сеть электроснабжения;

– сеть водоснабжения;

– газопроводную сеть;

– нефтепроводную сеть;

– сеть почтовой связи;

– сеть электросвязи (телефон, телеграф)4

– сеть радиосвязи и радиовещания;

– телевизионная сеть;

– сеть мобильной связи;

– торговая сеть;

– сеть организаций здравоохранения;

– сеть образовательных учреждений;

– банковская сеть;

– компьютерные сети;

– информационные сети;

– глобальная информационная и управляющая сеть Интернет.

В обстановке доминирования сетевых тенденций как системного метода решения дистрибутивных проблем (проблем логистики) в организации и обслуживании перечисленных ранее технологических процессов системы дистанционного управления техническими объектами и технологическими ресурсами принимает вид, приведенный на рисунке В.3.

Рисунок В3

Следует заметить, что система дистанционного управления вида рисунок В.3 в зависимости от интенсивности заявок на обслуживания функционирует в двух режимах:

– в режиме диспетчерского дистанционного телемеханического обслуживания технических объектов и технологических ресурсов;

– в режиме цифрового автоматического дистанционного управления в реальном времени («online» управление).

Анализ статистики заявок на телемеханическое обслуживание, формируемых технологическими ресурсами в электроэнергетике, показывает, что интенсивность этих заявок принадлежит диапазону (300 – 5000) заявок в год. При такой интенсивности заявок дистанционное управление электроэнергетическим оборудованием может осуществляться средствами телемеханических протоколов практически любых поколений и с использованием коммутируемого доступа к канальной среде. Этой ситуации соответствует режим диспетчерского дистанционного телемеханического обслуживания технических объектов и технологических ресурсов.

Режим цифрового автоматического дистанционного управления в реальном времени («online» управление) возникает при управлении быстродействующим технологическим оборудованием, например в задаче поддержания скорости вращения турбины, которая обеспечивает высокостабильное поддержания в энергосети частоты при набросе и сбросе нагрузки в сети или уменьшении уровня воды в верхнем бъефе гидроэлектростанции. Этот режим обеспечивается возможностями PPP – протокола, который характеризуется некоммутируемостью доступа к канальной среде, проще говоря канальная среда монополизируется на весь цикл «технической жизни» обслуживаемого технического объекта. Такие системы синтезируются с помощью алгоритмов синтеза цифровых регуляторов непрерывными техническими объектами с учетом всех факторов канальной среды, которая структурно входит в состав управляемого технического объекта. В этом режиме управление осуществляется автоматически без непосредственного участия ЛПР типа оператор или диспетчер. Функции ЛПР сводятся исключительно к наблюдению за ходом управляемого процесса.

Завершая введение следует сказать, что все множество проблем, объединенных названием учебного пособия «Сетевые технологии в процессах управления» хорошо иллюстрируются функциональной схемой, представленной на рисунке В4.

Рисунок В.4

На рисунке В4 использованы обозначения и сокращения : АРМ – автоматизированное рабочее место, оборудованное персональным компъютером (ПК) и аппаратурой оргтехники; ТМ – специалист по телемеханической аппаратуре («телемеханик»); СА – системный администратор; мнемонический щит (МЩ); ЦППС – центральная приемо – передающая станция; ЛВС (LAN) – локальная вычислительная сеть; ТМП – телемеханический протокол, основой которого является система телемеханики (СТМ) какого – либо поколения ее создания; ТМПД – передатчик телемеханической информации; ТМПР – приемник телемеханической информации; ЛУ – линейное устройство ТМП, осуществляющее электрическую связь приемо–передающей и каналообразующей аппаратуры; КП, КП2…КПN – контролируемые пункты, содержащие объекты телемеханического (дистанционного) управления.

Таким образом встает задача научить и научиться связывать высокоскоростную аппаратуру современных сетевых технологий высшего уровня дистанционного управления с низкоскоростной аппаратурой телемеханического протокола, осуществляющего терминальный уровень этого управления.

26