Построение сети связи управляющей вычислительной машины с технологическим объектом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Построение сети связи управляющей вычислительной машины с технологическим объектом

А.А.Артамонов

А.К.Горбунов

КФ.МГТУ. им Н. Э. Баумана, Россия

Рассматриваются особенности проектирования сетей связи источников и приемников информации с центральным управляющим вычислительным комплексом в локально-распределенных автоматизированных системах управления технологическими процессами. Приводятся формальные зависимости для расчета протяжности линий связи. Предлагается два подхода к построению сети каналов связи между центральной ЭВМ и отдельными локальными подсистемами.

При проектировании автоматизированных систем управления технологическими процессами территориальное удаление датчиков и исполнительных механизмов от цифровой вычислительной машины выдвигает ряд задач теоретического и инженерного характера, одной из которых является оптимизация сетей связи, объединяющих ЦВМ, средства сбора и первичной обработки информации, передача управляющих воздействий, а так же источники исходных и потребители командных сигналов. сеть связь приемник

Если объект управления расположен на обширной производственной площади, а количество датчиков и приемников информации (исполнительные органы, устройства индикации и сигнализации) значительно, то при централизованной построении АСУ ТП стоимость кабельных соединений может быть соизмеримой со стоимостью основного оборудования системы или даже превысить ее. Кроме того, нужно учитывать трудности прокладки большого числа кабелей по производственной территории. В связи с этим в настоящее время переходят к децентрализованному локально-распределенному управлению технологическими процессами и возникает необходимость разработки структуры АСУ ТП с учетом топологии размещения ее отдельных звеньев по территории цеха с целью совершенствования процесса сбора и первичной обработки измерительной информации, минимизации линий связи технологического оборудования с управляющей цифровой вычислительной машиной.

В данном докладе рассматриваются вопросы построения сетей связи ЦВМ с источниками ( ИИ) и потребителями информации(ПИ) в АСУ ТП, оптимизация этих сетей по критерию минимума кабельных соединений системы, предлагается разработанная на этой основе инженерная методика расчета вариантов структуры АСУ ТП.

Обобщенную информационную структуру локально-распределительной АСУ ТП можно представить в виде совокупности двух типов линий связи: неуплотненных, соединяющих источники и приемники информации c отдельными локальными подсистемами (ЛПС), и уплотненных, которые в дальнейшем будем называть каналами связи, объединяющие отдельные ЛСП с центральным управляющим вычислительным комплексом (УВК).

Общая протяжность линий связи системы может быть найдена из выражения:

L=?_(j=1)^k-?qjl_?-j^i ?+L_min щ (1)

Где q_j-количество ЛСП на j-ом участке произведенной территории;

l_?-j^i - общая длина -ых линий связи ИИ и ПИ, обслуживаемых отдельной j-ой ЛСП.

L_min -длина магистрали, соединяющей все ЛСП с центральным УВК.

Целесообразно рассматривать процедуры оценки длинны линий и каналов связи, определяемые первым и вторым членами формулы (1), отдельно.

Оптимизация размещения локальных подсистем на территории цеха основана на анализе суммарной длины линий связи, относящихся к отдельным локальным подсистемам, и минимизации ее в зависимости от ряда факторов:

- плотности распределения ИИ и ПИ по производственной территории;

- общего количества участков в цехе, обслуживаемых определенными локальными системами;

- места расположения ЛСП в пределах обслуживаемой производственной площади;

- геометрической формы участка цеха;

- способа трассировки линии связи по территории цеха.

Для построения оптимальной сети связи, соединяющей общим каналом центральный УВК и ряд удаленных ЛПС, предлагается два подхода. Первый основан на том, что исходная модель информационной структуры АСУ ТП представляется в виде полносвязного неориентированного графа G. Тогда синтез информационной структуры с минимальными линейными размерами сети связи сводится к определению на исходной модели частичного графа с минимальным числом ребер, равным m=q-1, где q -общее число ЛПС рассматриваемой сети. Этому графу может быть представлен в соответствии путь мk,представляющей собой сумму длин участвующих в образовании пути ребер

L_мk=?_y^m-l_ij,

где l_ij-расстояние междуi и j ЛПС, и характеризуемый свойствами, вытекающими из особенностей АСУ ТП: однократным вхождением в граф вершин и ребер(т.е. отсутствием на искомом графе циклов и петель), последовательным перебором вершин в той или иной последовательности, и обладающий наименьшей длинной L_мk=L_min.

Пошаговая реализация постановленной задачи основана на переборе маршрутов и отыскание одного из них, матрица смежности которого на основании информации, содержащейся в матрице длин, укажет наикратчайшую связывающую сеть.

Рассмотренный подход к определению наикратчайшего пути дает возможность рассчитать все возможные варианты построения конфигурации сети каналов связи. Это особенно важно на практике в условиях, когда на исходной модели имеют место «запрещенные» участки на произведенной территории между отдельными подсистемами. Кроме того, алгоритм легко поддается программированию на универсальных ЦВМ и, наконец, метод достаточно общий, так как не является принадлежностью какой-либо конкретной АСУ ТП. Однако, этот метод содержит заведомо избыточный перебор всех возможный вариантов структуры.

С целью ограничения перебора предложен второй подход, основанный на предпосылке, что общая протяженность каналов связи будет минимальной, когда в состав магистралей сети будут входить самые короткие расстояния между отдельными ЛПС. Исходными данными, как и ранее, являются полносвязный граф G и матрица длин L=||l_ij || . При этом производится анализ только q частичных графов, образованных на основании исходного. В качестве первой вершины графа последовательно выбирается каждая из ЛПС, а номера следующих вершин при обходе его устанавливаются путем анализа матрицы длин на минимум. Этот способ удобен для расчета информационной структуры на ранних этапах проектирования, а так же для расчета структуры АСУ ТП с большим качеством подсистем.

На основании указанных подходов могут быть получены так же рекомендации относительно выбора места расположения центрального УВК на производственной территории.

Совмещение процедур определения длин линий, подходящих к отдельным ЛПС, и линейных размеров каналов связи, соединяющих их с центральным УВК, позволяет рассчитать общий расход кабеля в сети связи передачи информации проектируемой АСУ ТП.

Вышеуказанный подход к построению сети связи АСУ ТП был использован для разработки инженерной методики технико-экономического расчета структуры децентрализованной АСУ ТП, которая позволит выбрать вариант структуры системы близкий к оптимальному, по следующим трем, наиболее характерным при оценке системы, параметрам:

-Надежности (вероятности правильной передачи и преобразования информации);

- Быстродействию ( в частности, полному циклу опроса всех источников (приемников) информации);

- стоимости (капитальным затратам на кабельные коммуникации и аппаратуру, включая центральный УВК и ряд локальных подсистем).

Методика расчета структуры децентрализованной АСУ ТП нашла практическое применения при проектировании систем автоматизированного управления технологическими процессами производства оксидно-полупроводниковых конденсаторов ,АСУ ТП изготовления исходного сырья при производстве керамических конденсаторов, системы управления автоматизированным контролем МДП-БИС и АСУ ТП термической обработки заготовок.

Литература

[1]H.S.Witsenhausen ,A.D.Wyner.A conditional Entropu Bound for a pair of discrete Random. Variatlas. IEEE Inform.Theory, vol. IT-21, Septemder, N 5, 2004

Размещено на Allbest.ru