книги / Диагностические модели и методы повышения контролепригодности элементов и устройств распределенных информационно-управляющих систем на основе комбинирования логик

низационно-технических компонентов и используются сложные алгоритмы взаимодействия. Обобщенно можно выделить нижний и верхний уровни взаимодействия. На нижнем уровне осуществляются сбор, обработка и распределение технологической информации (т.е. необходимой для организации процессов), а на верхнем уровне – администрирование и контроль их работы. Приведем следующие примеры функциональных компонентов технологических подсистем:

–добывающая и перерабатывающая отрасли промышленности: измерительные преобразователи (датчики), исполнительные механизмы, запорное оборудование, аппаратура систем безопасности и контроля доступа, технологическая связь и т.п.;

–промышленное производство: оборудование автоматизации технологических процессов; управления предприятием; технологические сети связи, системы безопасности и т.п.;

–транспортная отрасль (железная дорога): оборудование управления, контроля и безопасности движения (сигнализация, централизация, блокировка), организация работы служб и подразделений; оперативно-технологическая и общетехнологическая связь и т.п.;

–отрасль связи: терминальное (пользовательское) оборудование, коммутационная аппаратура, структурированные кабельные системы, оборудование транспортных сетей и т.п.

Любой технологический процесс требует организации и сопровождения информационного взаимодействия между его участниками. Поэтому показатели эффективности (быстродействия, надежности, достоверности и т.д.) информационного обмена напрямую определяют количественные и качественные характеристики профильной деятельности современных предприятий и организация. Для этого нужна эффективная и надежная аппаратно-программная платформа, обеспечивающая информационное взаимодействие между участниками процессов.

Всоответствии с требованиями Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) в составе РИУС основными элементами являются преобразователи информации – ПИ (получение; передача, ввод или вывод; обработка или хранение; использование). Их функции выполняют соответствующие устройства (измерительные преобразователи (датчики) – ИП; исполнительные механизмы ИМ; устройства сбора, передачи и распределения информации (цифровой коммутации – ЦК и передачи данных – ПД); локального управления (УЛУ) и централизованного управления (УЦУ); удаленного администрирования (УУА) и т.д.). На рис. 1.1 представлены элементная структура (на уровне функций преобразования информации) и соответствующая ей компонентная структура (на уровне устройств) РИУС.В составе РИУС выделяют подсистему автоматизации и управления (АиУ), решающую задачи обеспечения поддержи-

ваемых технологических процессов, и подсистему сбора, передачи и распределе-

ния информации (СПРИ), которая, как правило, имеет фиксированную архитекту-

14

ру и строится на современном инфокоммуникационном оборудовании (аппаратура сетей передачи данных и телекоммуникаций).

{Объекты А и У}

Рис. 1.1. Структура РИУС

При информационном взаимодействии между участниками конкретного процесса выделим следующие основные процедуры:

–управление: настройка параметров объектов;

–мониторинг (контроль): активное или пассивное получение информации

отехническом состоянии объектов;

–диагностирование (проверка): активный поиск неисправных объектов;

–измерение: получение информации о параметрах объекта.

Эффективность указанных процедур информационного взаимодействия обеспечивается:

–возможностью передачи больших объемов данных;

–передачей информации различного типа (данные, голос, видео, мульти-

медиа);

–высокой надежностью и достоверностью;

–адекватностью и наглядностью представления информации на разных уровнях и т.п.

Для организации информационного взаимодействия должна быть реализова-

на информационно-техническая платформа. В зависимости от решаемых задач можно указать следующие основные виды ее реализации:

–системы автоматизации и управления (САУ) [41, 43];

15

– инфокоммуникационные системы (ИКС) [10, 15].

Управляющей надстройкой (УН) для САУ являются разновидности систем управления: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), многофункциональные системы телемеханики (МСТМ), автоматизированные системы диспетчерского управления (SCADA), распределенные управляющие системы (Distributed Control Systems) и т.д. (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Пример системы автоматизации [41]

Системы указанного класса решают задачи управления процессами в промышленности, а также в других областях, которые объединяются термином «объекты критической инфраструктуры народного хозяйства» (энергетика, транспорт, системы жизнеобеспечения и т.п.). Важность управляемых процессов, многие из которых относятся к задачам реального времени, обусловливает повышенные требования к надежности, быстродействию, отказоустойчивости, ремонтопригодности и другим показателям качества и эффективности технических систем [63].

Инфокоммуникационные системы получили свое название путем интеграции и конвергенции ИНФОрмационных и телеКОММУНИКАЦИОННЫХ технологий. В состав указанного класса систем входят мультисервисные телекоммуникационные сети (телефония, телевидение, радиовещание) и сети передачи данных (локальные вычислительные сети (Ethernet), глобальные вычислительные сети (Интернет) и т.п.) [10] (рис. 1.3). Для управления ИКС применяются системы управления и мониторинга (СУМ). Требования, предъявляемые к эксплуатацион-

16

Для построения и реализации общих подходов к описанию систем управления (СУ) покажем, что УН п/с АиУ и СУМ п/с СПРИ предлагается описать их 4-

уровневой компонентной моделью (табл. 1.1):

1-й уровень – первичные преобразователи информации (управление, контроль, измерения, мониторинг);

2-й уровень – вторичные преобразователи информации (устройства локального управления, коммуникационные элементы);

3-й уровень – узлы сетевого управления; 4-й уровень – узлы межсетевого (системного) управления.

В табл. 1.2 приведены результаты сравнительного анализа коммуникационных протоколов и интерфейсов между соответствующими уровнями модели. Из нее следует, что существенное отличие имеет место лишь на нижнем уровне взаимодействия между первичными и вторичными информационными преобразователями. Это объясняется тем, что именно на этом уровне сказывается специфика решаемых задач и используемых для этого технологий. Протоколы вышележащих уровней ориентируются на технологии передачи и распределенной обработки данных, поэтому в разных типах систем управления схожи.

Адекватность моделей СУ позволяет выделить общие признаки, ввести для дальнейшего использования единый термин – распределенная информационноуправляющая система (РИУС) и построить общую модель РИУС (рис. 1.4) со следующим свойствами [110]:

–диагностические модели элементов (для контроля технического состояния

иконтроля функционирования);

–коммуникационные протоколы и интерфейсы (ЛВС, ИКС);

–способы и интерфейсы взаимодействия элементов (агент-менеджер);

–топологии и структуры.

В системе управления информация об объектах автоматизации передается от первичных информационных преобразователей (ПИПр) через программируемые локальные контроллеры (ПЛК) и аппаратуру передачи данных (АПД) в программное обеспечение верхнего уровня (SCADA). Информация от объектов связи и передачи данных передается через устройства контроля и сигнализации (КС) по

18

локальной сети управления и мониторинга (ЛСУиМ), затем через служебный сервисный канал (ССК) транспортной сети управления и мониторинга (ТСУиМ), формируемый модулем внешних стыков (ВС) цифрового потока, в программное обеспечение менеджера системы управления и мониторинга (ПО СУМ). Инфор-

мация может быть передана через базу данных (БД) и глобальную (Интернет) или локальную (Интранет) сеть удаленным администраторам или операторам. Система диагностирования может быть реализована в виде отдельной подсистемы или интегрирована с ПО СУМ.

Рис. 1.1. Общая модель РИУС

Укажем преимущества распределенной структуры:

–снижение стоимости за счет унификации компонентов СУ;

–увеличение надежности при использовании избыточных связей, отказоустойчивых топологий и эффективных методов диагностирования;

–улучшение расширяемости и масштабируемости из-за регулярности иерархической структуры и стандартизированных коммуникационных протоколов;

–снижение сложности установки, конфигурирования и сопровождения, основанное на активном использовании специализированного программного обеспечения;

–увеличение быстродействия, снижение задержки благодаря применению современных высокоскоростных технологий передачи и обработки данных.

Объектом исследования являются элементы и устройства распределенных информационно-управляющих систем, которые представляют собой совокупность

19

первичных и вторичных преобразователей высокой сложности и широкой функциональности. Их распространенность во всех сферах жизнедеятельности общества, науки и производства привела к расширению масштабов территориального охвата (распределенность), использованию оборудования разных технологий (гетерогенность) и появлению на рынке большого количества производителей (мультивендорность). Для обеспечения высокого качества и надежности функционирования подобного рода сложных информационных систем на первый план выходят задачи эффективного управления, мониторинга и диагностирования как отдельных элементов, так и всей системы. Поэтому показатели эффективности СУ существенно влияют на показатели качества информационного взаимодействия обслуживаемой технологической системы.

Современные системы управления представляют собой информационновычислительные сети с широким спектром архитектур и топологий каналов передачи информации. СУ используют передовые информационные и коммуникационные технологии для сбора, обработки и передачи диагностической и управляющей информации. Поэтому предметом исследования являются модели, мето-

ды и процедуры диагностики, контроля и количественной оценки эксплуатацион- но-технических показателей элементов и устройств РИУС. Их применение в информационном и аппаратурно-программном обеспечении элементов и устройств РИУС позволит достигнуть заданных высоких количественных и качественных характеристик технологических процессов и объектов.

1.1.2. Классификация распределенных информационно-управляющих систем и их компонентов

Распределенная система требует постоянного контроля и управления. Для этого в структуре выделяется отдельная функциональная система – система управления. Для решения задач управления гетерогенной информационной систе-

мой можно выделить три основных группы систем управления [20]:

1.Системы элементарного управления, реализующие полнофункциональное управление оборудованием одного производителя или одного типа.

2.Платформы управления, обеспечивающие базовую функциональность управления – мониторинг, обработку ошибок (без функций корреляции и поиска первопричины аварии), базовый анализ производительности и формирование отчетов. Как правило, такие системы в базовом варианте не способны выполнять функции конфигурирования оборудования, детально анализировать загрузку узлов сети, выполнять еще ряд важных функций. Примерами таких систем являются

LANDesk, IBM Tivoli NetView, HP OpenView NNM, SMARTS, Microsoft Systems Management Server и др.

3.Системы Enterprise-класса, обеспечивающие полную управляющую функциональность для оборудования различных производителей. Примером сис-

20