Оптимізація інформаційних потоків системи керування електроенергетикою сухогрузу з потужністю електростанції до 2000 кВт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Оптимізація інформаційних потоків системи керування електроенергетикою сухогрузу з потужністю електростанції до 2000 кВт

Херсон - 2007

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Ефективність сучасних суднових технічних засобів в значній мірі залежить від якості систем контролю і керування, збору і обробки інформації, систем прийняття рішень, основою яких є мікропроцесорні керуючі системи. Суднова електроенергетична система (СЕЕС) може розглядатися як система, яка складається з двох підсистем - енергетичної та інформаційної. Функціонування сучасних засобів автоматизації пов'язане з введенням, обробкою, зберіганням, видачею великої кількості інформації. Вони характеризуються паралельною і розподіленою обробкою інформації, роботою в реальному часі. Розвиток мікропроцесорних мереж змушує використовувати складніші способи керування інформаційними потоками. Необхідно контролювати такі параметри, як затримка передачі пакетів, коливання затримки, втрати пакетів в мережі. Основна тенденція в розвитку систем керування судновими електроенергетичними системами полягає в переході від централізованих систем до розподілених інтелектуальних систем, заснованих на мережевих технологіях.

Оскільки в процесі керування відбувається обмін інформацією між окремими блоками і агрегатами, то актуальними є питання розв'язання задачі маршрутизації інформаційних пакетів, упорядковування зв'язків по рівнях завантаженості каналів, компресії даних. Потоки інформації в сучасній системі керування можуть мати різні вимоги до затримки, швидкості, надійності передачі. Якщо вимоги одних підсистем можуть бути невисокими, вимоги інших, що працюють в режимі реального часу, можуть бути критичними до швидкості передачі і затримок. У зв'язку з цим актуальним є завдання розділення потоків на різні класи обслуговування, і рішення задачі маршрутизації для кожного з класу потоків з метою зменшення затримок при передачі пакетів і зменшення навантаження на мережу. Розв'язання цієї задачі вимагає залучення апарату нечіткої логіки.

На даний момент актуальні питання розробки ефективних засобів для сумісного проектування програмного і апаратного забезпечення. Перспективним напрямом в розробці систем автоматики є використання сучасних технологій інженерії програмних систем, до яких відноситься об'єктно-орієнтований аналіз і проектування на основі уніфікованої мови моделювання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана в Національному університеті кораблебудування ім. адм. Макарова у межах державної бюджетної теми «Підвищення якості систем керування і автоматизації промислових і суднових об'єктів електроенергетики» (№1637), договорами з підприємством «Дельмор», (договір №1641) та інженерним центром «KLG-ENGENEERING» (договір №1812).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є подальший розвиток методів формалізації, алгоритмізації, оптимізації і застосування цих методів при побудові систем керування СЕЕС.

Поставлена мета вимагає рішення таких наукових задач:

- визначення структури системи керування СЕЕС і склад вирішуваних нею завдань залежно від умов функціонування (режимів роботи);

- формулювання і теоретичне обґрунтування нових науково-технічних положень організації процесу керування інформаційними потоками при проектуванні розподіленої системи керування електроенергетичної системи судна;

– формалізація завдання експертних оцінок елементів мережі при нечіткій вихідній інформації;

- розробка методики оцінки обробки інформаційних потоків з різними вимогами до якості обслуговування;

- розробка способів маршрутизації інформаційних потоків у вузлах мікропроцесорної мережі розподіленої системи керування;

- моделювання суднової електроенергетичної системи з використанням уніфікованої мови моделювання (UML).

- дослідження поведінкових властивостей з метою оцінки якості роботи системи керування.

Об'єктом дослідження є суднова електроенергетична установка та її система керування.

Предметом дослідження є мікропроцесорна мережа системи керування електроенергетикою судна як складна взаємозв'язана система автоматизованого керування технологічним процесом і методи проектування системи керування судновою електроенергетикою.

Методи дослідження. При виконанні поставлених в дисертації завдань були використані методи системного аналізу і методи декомпозиції, методи теорії скінченних автоматів, теорії графів, апарату нечіткої логіки, вейвлет аналіз. Основними інструментами дослідження були: програмні пакети Rational Rose, MatLab.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- отримала подальший розвиток методи проектування систем керування судновою електроенергетикою шляхом використання сучасних технологій інженерії програмних систем;

- запропоновано використання автоматного підходу для реалізації системи керування електроенергетикою судна, на основі якого розроблені алгоритми керування засобами автоматизації;

- розроблена методика мінімізації кількості станів автоматів з метою усунення функціональної надмірності засобів автоматизації;

- вирішена задача формалізації розподілу функцій між локальними пристроями автоматизації, що дозволило вибрати оптимальну топологію зв'язків між ними;

- розроблена методика рішення оптимізаційних задач з використанням теорії масового обслуговування і апарату нечіткої логіки при керуванні інформаційними потоками в системі керування;

- вдосконалена методика розрахунку потоків в мережі обробки інформації автоматизованої системи керування. Новизна полягає в розрахунку потоків для кожного класу обслуговування окремо, з накладенням обмежень на пропускну спроможність;

- вперше розроблені UML - моделі системи керування СЕЕС, моделі інформаційних потоків і діаграми станів СЕЕС, які дозволяють виконати синтез програмного коду мікроконтролерів системи керування;

- вперше запропоновано використовувати вейвлети для стиснення даних вібродіагностики дизеля.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що наукові положення доведені до ступеня, придатного для практичного використання при аналізі і проектуванні системи керування судновою електростанцією. Теоретичні і практичні результати роботи, а саме: особливості використання UML для аналізу і моделювання систем керування, алгоритми керування інформаційними потоками, в системі керування СЕЕС включені в учбовий процес Національного університету кораблебудування. Принципи автоматного підходу використані при побудові систем пуску суднових аварійних дизель-генераторів, пристроїв автоматичної точної синхронізації, а також керування електроприводами на ВАТ «ЕРА» ДП «Дельмор», м. Миколаїв.

Особистий внесок здобувача. Усі положення, що виносяться на захист, виконані самостійно. У роботі [1] здобувачем запропоновано структуру системи керування електроенергетичною системою; у роботах [2,3] здобувачем розроблені алгоритми керування автоматизованими засобами синхронізації генераторів; у роботах [4,5,8] проведений аналіз структури системи керування, визначені принципи проектування та моделі системи керування з використанням уніфікованої мови моделювання; у роботі [7] здобувачем визначені параметри, що використовуються для оцінки якості обслуговування потоків; робота [6] написана особисто; у роботі [9] здобувачем реалізовані цифрові пристрої, що використовуються при побудові систем керування на базі програмованих логічних матриць; у роботі [10] здобувачем реалізовані модулі, що використовуються при побудові систем обробки даних, спеціалізованих мікропроцесорів з використанням автоматного підходу на базі програмованих логічних матриць.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи були представлені і обговорені на науково-технічних конференціях Національного університету інформаційно-комунікаційних технологій «COMINFO'2006» (Київ, 2006), науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу кафедри Теоретичної електротехніки і електронних систем НУК ім. адм. Макарова (Миколаїв, 2007); міжнародній науково-технічній конференції «Силова електроніка і енергоефективність» в 2006 р., 8-ій науково-практичній конференції «Інформаційні технології в освіті і управлінні».

Публікація результатів наукових досліджень. По темі дисертації опубліковано 10 друкованих праць, з них 8 статей у наукових спеціальних журналах, які входять у перелік ВАК України, та 2 навчальних посібника.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Зміст дисертаційної роботи викладено на 182 сторінках машинописного тексту, що складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. У роботі представлено 5 таблиць, 48 рисунків, список використаних джерел з 114 найменувань, 3 додатки.

інформаційний маршрутизація мікропроцесорний керування

Основній зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі наукового дослідження, наведені дані про зв'язок роботи з науковими програмами, зазначений особистий внесок здобувача в друкованих працях зі співавторами, наведено перелік отриманих результатів, викладена наукова новизна, практичне значення і реалізація результатів дисертаційних досліджень.

У першому розділі розглядаються теоретичні аспекти розробки методики та алгоритмів керування інформаційними потоками в мережах. Розглянуто принципи побудови розподілених систем керування електроенергетичними системами; визначені рівні ієрархії системи керування; сформульовані вимоги щодо вибору математичного апарату. Судова електроенергетична система (СЕЕС) містить в собі агрегати генерування електроенергії, вузли її розподілення, елементи контролю показників якості, забезпечення надійності, захисту, живучості у важких умовах експлуатації суден. СЕЕС може розглядатися як система, що складається з двох підсистем - енергетичної та інформаційної. Елементами енергетичної підсистеми є генеруючі агрегати, комутаційна апаратура, захисні пристрої, кабельні траси. Основна властивість енергетичної підсистеми - забезпечувати споживачів електроенергією із заданою якістю. На сухогрузах, у яких потужність електростанції складає до 2000 кВт, зазвичай встановлюються три основних та один аварійний генератори. Це визначає склад засобів автоматизації енергетичної установки. Водозаміщення таких суден складає 40ч60 тис. тон.

Система керування електроенергетикою сухогрузу розглядається як сукупність мікропроцесорних систем, які розташовані по виробничих приміщеннях судна і об'єднані по магістральній, кільцевій або іншій ознаці, забезпечуючи централізацію контролю (збір, обробку, представлення інформації персоналу на постах керування) про технічний стан устаткування і якість протікання технологічних процесів, керування якими повинне забезпечуватися автоматично і дистанційно.

У другому розділі розглянуті алгоритми керування засобами автоматизації енергетичної системи, які представлені в класі скінченних автоматів; розробляється методика мінімізації кількості станів автомата з метою зменшення об'єму даних, що передаються по мікропроцесорній мережі, а також усунення функціональної надмірності керуючих пристроїв.

Мікропроцесор представляє собою складний автомат, зміна станів якого визначається програмою, що виконується Реалізація систем керування у вигляді набору автоматів дозволяє організувати обробку паралельних потоків інформації в режимі реального часу і забезпечити строго детерміновану затримку при доставці інформації до пунктів призначення. Такий підхід може ефективно застосовуватися при розробці програмного забезпечення для контролерів, призначених для керування технологічними процесами. В основу проектування програми закладається алгоритм - скінченний автомат у вигляді діаграми станів, або таблиці послідовних переходів, призначений для формального опису логіки програм. На базі таблиці станів виконується мінімізація кількості станів.

Початковим станом автомата вважається стан `А'. По фронту імпульсу, який формується при перетинанні значення напруги нуля, виникає зовнішнє переривання з номером 0 (Int0), по якому відбувається перехід автомата в стан `B'. Якщо в стані `В' автомата виникло переривання 1 (Int1), автомат переходить в стан `C'. В стані `D' виконується обчислення різниці частот напруги працюючих генераторів, що підключаються. Якщо різниця частот мала, то автомат переходить в стан `E', в якому виконується розрахунок різниці фаз і різниці напруги. При виконанні умов синхронізації, автомат переходить в стан `S'. Разом з цим видається сигнал на замикання контактів автоматичного вимикача і виконується синхронізація генераторів.

У третьому розділі розглядаються питання класифікації інформаційних потоків в мережі розподіленої системи керування з використанням нечіткої логіки; запропоновано топологію мікропроцесорної мережі; розроблено алгоритми маршрутизації інформаційних потоків; запропоновано використання вейвлетів для компресії даних, що передаються по мережі.

Ключове завдання керування потоками включає: мінімізацію втрат пакетів і затримок, оптимізацію пропускної спроможності. Як основні вимоги до якості обслуговування найчастіше вибирають такі характеристики:

1. відносна передбачуваність швидкості передачі даних;

2. чутливість до затримок пакетів;

3. чутливість до втрат і спотворень пакетів.

По критерію передбачуваності швидкості потоки можна розділити на два великі класи:

Потоки з рівномірним трафіком - навантаження поступає в мережу з більш менш постійною бітовою швидкістю.

Потоки з пульсуючим трафіком - інтенсивність навантаження відрізняється високим ступенем непередбачуваності, коли періоди затишшя змінюються передачею великих блоків даних. Для потоку характерна бітова швидкість, що змінюється. Так, у разі запиту даних (наприклад, діагностична інформація), інтенсивність потоку може збільшуватися від нуля, коли дані не передаються, до повного насичення смуги пропускання каналу.

Трьом критеріям класифікації (передбачуваність швидкості, чутливість до втрат і затримок) відповідає три групи параметрів:

- параметри пропускної спроможності, включають середню, максимальну (пікову) і мінімальну швидкості передачі даних;

- параметри затримок - середня і максимальна величина затримок, а також середнє і максимальне значення варіацій затримок, тобто відхилень міжпакетних інтервалів в трафіку, що прибуває, в порівнянні з відправленим;

- параметри надійності передачі - відсоток втрачених пакетів, а також відсоток спотворених пакетів.

Розподіл на класи проводиться виходячи з очікуваної інтенсивності потоків, вимог до якості обслуговування потоків. Ухвалення рішення про переміщення простого потоку в конкретний клас обслуговування проводиться на підставі близькості нечітких оцінок їх об'ємів, фізичного розташування приймачів і генераторів пакетів.

Суть методики полягає в наступному:

1. Фазифікация - внесення нечіткості.

- виділяються лінгвістичні змінні, необхідні для оцінки якості обслуговування потоку;

- для кожної лінгвістичної змінної вибирається кількість термів, і визначаються фізичні значення граничних для них умов.

2. Ухвалюється рішення про кількість класів обслуговування.

3. Розробляються нечіткі правила обробки нечітких оцінок потоків.

4. Розробляються правила дефазифікації - для усунення нечіткості результату при декількох результуючих термах.

Для оцінки якості обслуговування потоку по методах нечіткої логіки виділені лінгвістичні змінні:

– чутливість потоку до затримок;

- передбачуваність швидкості;

- чутливість до втрат пакетів.

Окрім цього для оцінки потрібно визначити такі лінгвістичні змінні:

- швидкість передачі;

- розподіл інтенсивності потоку в часі.

1. Чутливість потоку до затримок Fz виражається через час. Змінна прийматиме значення . Функції приналежності лінгвістична змінна «чутливість трафіку» представлені на рис. 2, а.

2. Передбачуваність швидкості W можна виразити через відношення максимальної швидкості до мінімальної. Змінна прийматиме значення . За допомогою лінгвістичної змінної «передбачуваність швидкості» можна вивести максимальну (пікову) і мінімальну швидкості передачі при заданій середній.

3. Оцінка чутливості до втрат пакетів Y виражається через відсоток пакетів, що допустимо втрачаються. Змінна прийматиме значення . Її використання дозволяє вивести допустимий відсоток втрачених пакетів, а також відсоток спотворених пакетів.

4. Швидкість передачі V виражена через Біт/с. Змінна прийматиме значення:

В якості нечітких функцій розподілу пропонується використовувати трапецієвидні нечіткі інтервали. Кількість пакетів, що генеруються, в рамках обмеженого часового відрізка обчислюється на підставі виразу:

,

де r - розмір пакету, V - швидкість передачі потоку, TN - довжина часового відрізка, Q - відсоток часу від всього даного відрізка, коли потік генерується.

Результатом нечіткої продукції правил стає віднесення даного потоку до конкретного класу або класів обслуговування з нечітким значенням приналежності до класів. Використано три класи з пріоритетами 1, 2 і 3.

Після розбиття потоків на класи і визначення очікуваних їх оцінок можна приступити до отримання загальної картини потоків в мережі. Тут проводиться об'єднання потоків що належать одному класу обслуговування, спрощення структури мережі шляхом виключення незначущих для розрахунку елементів методами структурної композиції.

Матриця вимог до передачі інформації для конкретного процесу в конкретний інтервал TN - Hk приводиться нижче.

Матриця вимог в передачі інформації для всіх процесів в конкретний інтервал TN - Н знаходиться як сумарна матриця всіх матриць вимог потоків, що генеруються в мережі:

,

де n - кількість генеруючих вузлів в мережі, які генерують потоки.

Використані наступні позначення: СКД - система контролю параметрів дизельного агрегату; СУД - система керування дизельним агрегатом; СВ - система збудження синхронного генератора; РЗТ - реле захисту по струму; РОМ - реле зворотної потужності; ККЗ - захист від короткого замикання; ЛСА - маршрутизатор потоку від локальних засобів автоматизації; РРМ, РАМ - пристрої розподілу реактивної і активної потужностей; БС - блок синхронізації генераторів; УФК - маршрутизатор потоків від пристроїв керування функціональними комплексами; СІ - засоби аварійної сигналізації; КН - пристрій контролю напруги; КРМ - пристрій контролю резерву потужності; КСУ - комплексна система керування; КИ - блок контролю ізоляції; КМ. - блок контролю потужності; КН - блок контролю напруги; КЧ - блок контролю частоти.

Пропускна спроможність зовнішніх пакетів в черзі і відповідає коефіцієнту ni - інтенсивності надходження зовнішніх пакетів. Пропускна спроможність внутрішніх пакетів в кожній черзі виходить з:

Повна затримка D складається з чотирьох компонент Du, D1, Dg та D2, які показують затримки в призначеному для користувача буфері введення, першій мережі, маршрутизаторі і другій мережі. Значення D1 і D2 визначають затримки проходження першої і другої мережі. Затримка проходження з'єднання є сумою D1 Dg і D2.

Приведені залежності дозволяють визначити часові затримки в основних комутаційних пристроях, а також на вході в мережу з боку вузлів AN - IN (N=1,2,3). Ці значення використовуються для керування навантаженням в мережі.

При побудові мереж велике практичне значення має рішення задачі оптимізації функціонування мереж з погляду найбільш економічного розподілу потоку даних по каналах зв'язку. Є можливість знайти оптимальні шляхи проходження потоку інформації по різних критеріях - мінімізація часу доставки пакетів, вартості проходження пакету, середньої затримки, або мінімізація пропускної спроможності.

У багатьох практичних контекстах, сумарний потік між вузлами може бути таким, що жоден канал окремо (отже, і жоден маршрут) не зможе його пропустити. Проте сумарний потік може бути менше, ніж максимально допустимий потік через поперечний перетин, що розділяє два вузли. В цьому випадку, єдино можливим рішенням може бути ділення основного потоку на декілька потоків.

Можна представити складний потік як суму простих потоків. Така декомпозиція є зручним засобом для потокових алгоритмів. Позначимо через h(S) такий потік в графові G, в якому покладене о_ij=h для дуг (xi, xj)S і о_ij=0 для дуг (xi, xj) S. Якщо безліч дуг S довільно, то h(S) не завжди буде потоком, оскільки потік повинен задовольняти рівнянню безперервності при деякому значенні v:

Для того, щоб h(S) представляло потік, безліч дуг S повинна бути або ланцюгом від s до t в G, або циклом в G. Для двох заданих потоків о та ш через о + ш позначимо поток, значення якого на дузі (x_i, x_j) дорівнює о_ij+ш_ij. якщо о - довільний потік від s к t в графі G, то о можна представити у вигляді:

,

де Р₁,…, Р_v - прості ланцюги від s до t в графі G, а Ф1,…, Фk - прості цикли в G.

Для роботи алгоритму маршрутизації використовується метрична інформація, яка є набором чисел, що характеризують якість шляху. Це дозволяє маршрутизатору порівнювати шляхи, дані про яких він отримує від інших маршрутизаторів, і вирішувати, який з них використовувати. Метрична інформація включає такі параметри:

- час затримки, що є інтервалом часу, який потрібний для досягнення пакетом місця призначення при русі по ненавантаженому шляху;

– пропускну спроможність самого вузькогополосного каналу;

- завантаження каналу, що є частиною пропускної спроможності, яка використовується у поточний момент;

- надійність, що є часткою пакетів, які досягають місця призначення непошкодженими.

На підставі метричної інформації для шляху повинна розраховуватися одна складна метрика, що об'єднує різні компоненти в одне число, яке представляє характеристику якості шляху.

Як критерій оптимізації вибраний мінімальний час і вартість проходження інформаційних потоків по каналах зв'язку. Позначимо через пропускну спроможність каналу зв'язку мережі, - час проходження одиниці по каналу зв'язку .

Проблема оптимізації маршрутів потоків даних є знаходженням рішення системи лінійних рівнянь, які мінімізують лінійну форму. Систему лінійних рівнянь можна записати таким чином:

У матричній формі система рівнянь має вигляд:

При пуасоновських вхідних потоках завдання знаходження оптимального шляху (з мінімальним часом доставки) статичної процедури маршрутизації зводиться до завдання мінімізації функції Т:

е x_ij - інтенсивність потоку, що протікає по каналу (ij); n - сумарний вхідний потік; c_ij - пропускна спроможність каналу.

Однією з функцій системи керування є діагностика устаткування, зокрема вібродіагностика дизель-генераторних агрегатів. На рис. 9 представлений сигнал вібродіагностики, що містить 512 відліків.

Будь-який сигнал може бути представлений у вигляді зваженої суми простих складових - базисних функцій ш_k(t), помножених на коефіцієнти C_k:

Оскільки базисні функції ш_k(t) передбачаються заданими як функції цілком певного вигляду, то тільки коефіцієнти C_k містять інформацію про конкретний сигнал. Вейвлет-коефіцієнти можуть бути обчислені за формулою:

де параметр а задає ширину базисної функції (пакету), а параметр b - його положення. Основою вейвлет-наближення одновимірного сигналу s(t) є отримуваний в ході прямого вейвлет-перетворення набір коефіцієнтів - апроксимуючих ai і деталізуючих di.

В результаті компресії кількість нульових коефіцієнтів дорінвює 80,15%. При цьому збережене 99,7% енергії сигналу. Стиснення даних досягається шляхом обмеження рівня коефіцієнтів деталізації.

У четвертому розділі виконується розробка моделі системи керування з використанням уніфікованої мови моделювання UML та UML-FB, з метою синтезу програмного коду для керуючих мікроконтролерів; виконано аналіз інформаційних потоків в системі керування; побудовані статична та динамічна модель СЕЕС.

При розробці розподілених систем керування повинні прийматися до уваги такі положення як створення програмного коду, розбиття на функціональні модулі з подальшим розташуванням в керуючих пристроях, вибір топології системи керування та реалізація зв'язків між керуючими блоками.

Кожен з пристроїв представлений у вигляді класу, який має набір функцій, за допомогою яких описуються алгоритми роботи засобів автоматизації і набір атрибутів, що визначають поточний стан кожної системи.

Після того, як розроблена статична модель системи керування, виконується опис алгоритмів роботи системи керування СЕЕС і окремих пристроїв автоматизації при різних режимах роботи. На етапі динамічного моделювання розглядаються динамічні, або поведінкові аспекти системи. Динамічна модель є одночасно міжоб'єктною (що описує взаємодію об'єктів) і внутрішньооб'єктною (що характеризує, як залежний від стану об'єкт визначається скінченним автоматом і зображається на діаграмі станів). Взаємодія між об'єктами описується за допомогою UML-діаграм кооперацій.

Для моделювання динаміки функціонування систем керування технічними засобами використовується UML-FB.

Використання UML дозволяє генерувати програмний код складних систем з урахуванням всіх зв'язків в системі і закладених у функціональні блоки особливості функціонування.

У п'ятому розділі приводиться опис структури розробленої мікропроцесорної мережі учбової лабораторії, оснащеної автоматизованими стендами по вивченню процесів збору і обробки інформації електричних блоків, вузлів і агрегатів (вібродіагностика, частотне керування асинхронним двигуном, тиристорний випрямляч, система синхронізації, система збудження генератора); розроблені алгоритми і програмні засоби мережевого керування устаткуванням.

У лабораторії є стенди, кожен з яких є автоматизованою системою, що виконує функції збору, обробки інформації, а також контролю вимірюваних параметрів, з можливістю підключення до комп'ютера і мікропроцесорної мережі. Всі функції, пов'язані з контролем, обробкою і відображенням інформації, а також керуванням вимірюваними величинами реалізовані на мікроконтролерах, об'єднаних в мережу, що має вихід на сервер локальної мережі.

Об'єктами керування є:

· система плавного пуску асинхронного двигуна (СПД);

· трифазний тиристорний перетворювач (ТТП);

· електропривод змінного струму (приводний двигун синхронного генератора) (ЕЗС);

· система синхронізації генератора з мережею (ССГ);

· система збудження синхронного генератора (СЗГ);

· система вібродіагностики двигуна змінного струму (СВД).

Кожний з перерахованих модулів реалізований на базі мікроконтролера з можливістю підключення до мережі по інтерфейсу I2C. Для керування мікропроцесорною мережею розроблений спеціальний модуль.

Для реалізації моделі клієнт-сервер використаний мережевий інтерфейс Windows Sockets (TCP). Для реалізації протоколу Modbus після послідовного порту (СОМ) були розроблені класи v_Modbus і v_Serial. Клас v_Modbus відповідає за формування, обробку і контроль парності пакетів у форматі Modbus RTU, а клас v_Serial - за безпосередню пересилку і прийом пакетів через COM-порт.

Для побудови систем керування технологічними об'єктами був використаний автоматний підхід.

У додатках наведені: тексти програм для керуючих мікроконтролерів системи синхронізації, системи збудження, акти впровадження результатів дисертаційної роботи на підприємствах і організаціях.

Висновки

В ході виконання роботи була розроблена методика аналізу і оптимізації інформаційних потоків в розподіленій системі керування судновою електроенергетичною системою.

Отримані наступні результати:

1. Показано переваги використання автоматного підходу при проектуванні системи керування СЕЕС. Розроблені методика та програмні засоби мінімізації кількості станів автомата, що дозволило усунути надмірність апаратних засобів при реалізації розподіленої системи керування. Автоматний підхід використаний при програмуванні керуючих мікроконтролерів засобів автоматизації.

2. Запропонована методика оцінки параметрів потоків мережі обробки інформації, з різними вимогами до якості обслуговування, ґрунтуючись на нечіткій, лінгвістично заданій його оцінці. Приведені описи використовуваних лінгвістичних змінних, нечітких функцій оцінки.

3. Запропонована чотирьохрівнева структура системи керування електроенергетичною системою. Визначені склад технічних засобів автоматизації і функції, що виконуються системою керування. Обґрунтовано вибір топології мережі.

4. Розроблені алгоритми обробки потоків у вузлах мережі з використанням теорії масового обслуговування, алгоритми розподілу потоків по декількох каналах зв'язку, засоби оцінки часу затримки пакетів даних при передачі їх через міжмережеві з'єднання.

5. Запропоновано використання вейвлет-перетворення для стиснення діагностичних даних, що передаються по мережі розподіленої системи керування. Проведений аналіз залежності ступеня стиснення даних для різних типів вейвлетів.

6. Створена UML-модель розподіленої системи керування, використання якої дозволяє виконати синтез програмного коду для мікроконтролерів системи керування. З використанням UML-FB виконано динамічне моделювання роботи системи керування.

7. Розроблені алгоритми і програмні засоби для дистанційного керування технологічним устаткуванням (електропривод змінного струму, система синхронізації), побудованих на базі мікроконтролерів.

Обґрунтування висновків і рекомендацій, наведених у роботі, підтверджується практичним використанням результатів дисертаційних досліджень. Результати дисертаційної роботи використовуються при виробництві загальнопромислових та судових засобів автоматизації на підприємстві ВАТ НП «ЕРА» ДЕП «Дельмор».

Размещено на Allbest.ru

...