книги / Справочник по техническим средствам сбора и передачи информации
..pdfC n p a * по техническим средствам
в о ч * сбора и передачи н и к информации
▲
ИЗДАТЕЛЬСТВО |
КИЕВ |
«ТЕХНИКА» |
1973 |
6Ф6.5(083)
С74
УДК 681.327*8
Справочник по техническим средствам сбора и пере
дачи информации. М я с к о в с к и й |
Г.М ., |
К р и |
||
в о н о г о е |
Ю. А., |
К о л е с н и ч е н к о |
П. А., |
|
К о н р а д |
Г. А., |
П р о к о ш и н |
Г. А. «Тех- |
|
шка», 1973, |
288 с.тр. |
|
|
|
Описано применение |
технических |
средств |
сбора |
и передачи информации в системах управления про изводством. Рассмотрены классификация техни ческих средств, рекомендации по выбору и приме нению оборудования, расчет качественных показа телен систем сбора и передачи информации. Изло жены вопросы надежности и технической эксплуа тации. Дана оценка экономической эффективности капитальных вложений. Приведены описание и тех нические характеристики аппаратуры, "выпускае мой отечественной и зарубежной промышлен ностью. Рассчитана на инженерно-технических работников предприятий и научно-исследователь ских и проектно-конструкторских учреждений, занимающихся исследованием, разработкой, внед рением и эксплуатацией технических средств систем управления, а также может быть полезна студен там соответствующих специальностей.
Табл. 72, плл. 84, бнбл. 130.
Рецензент Л. Д. Кравченко, канд. техн. наук
Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи Заведующий редакцией ииж. 3 . В . Божко
3314—182 249-73 L М202(04)-73
{g) Издательство «Технжа», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В связи с широким развитием в нашей стране работ по пере стройке и совершенствованию систем управления на базе исполь зования экономико-математических методов и средств вычисли тельной техники* предусмотренных директивами XXIV съезда КПСС, значительно повысились требования к техническим средствам сбора и передачи информации.
Комплекс технических средств систем управления складыва ется, как правило, из различного рода взаимодействующих между собой устройств автоматики, ,*елемеханики, связи и вычис лительной техники, функционирование которых подчинено еди ной цели управления.
Структурный анализ комплексов технических средств си стем управления показал, что 50—80% капитальных затрат приходится на средства сбора, передачи и первичной переработки информации, куда входят не только периферийные устройства ЭВМ, но и средства оперативного управления производством. Исследования показали также, что большая часть традиционных средств связи (междугородние телефонные и телеграфные сети, городские автоматические телефонные сети, районные и внутри
производственные телефонные |
и радиосети) не удовлетворяют |
в полной мере требованиям |
автоматизации систем управления |
итребуют существенной доработки.
Вусловиях нынешней научно-технической революции наблю даются тенденции к расширению контуров управления и вклю чения в них широкого диапазона функций от управления отдель ными машинами, процессами, производством до управления отраслью; имеются тенденции к усложнению самих объектов управления. Все это в конечном итоге приводит к усложнению систем управления (структуры, технического н математического обеспечения и др.), наряду с этим повышаются требования к ка чественным характеристикам систем (особенно информационного обеспечения). С другой стороны, чем сложнее система, тем она более чувствительна к воздействиям внешней среды.
Впоследние годы получила дальнейшее развитие и теорети ческая база систем управления — методология системного ана лиза. Благодаря этому появилась практическая возможность более полно учесть факторы, существенно влияющие на работу технических средств, найти не только их качественные, но и коли чественные характеристики, используя при этом вероятностные критерии. Все это и обусловило необходимость систематичес кого изложения вопросов разработки, расчета и целенаправлен ного выбора технических средств сбора и передачи информации, их внедрения и эксплуатации.
4 Предисловие
Ограниченный объем книги вынуждает авторов исключить из обширного круга вопросов, так или иначе связанных с рас сматриваемой проблемой, те из них, которые получили удовле творительное отражение в других изданиях. Это обстоятельство затруднило комплектование материала и привело к необходи мости сделать каждую главу независимой.
Книга |
написана |
группой авторов в составе: Мясков |
|
ский Г. М.— главы |
I—III, VIII; |
Кривоногое Ю. А.— главы |
|
II—VI, приложения; |
Колесниченко |
П. А. и Прокошнн Г. А.— |
|
глава VI; |
Конрад Г. А.— главы VII—VIII. |
Авторы пользуются случаем, чтобы выразить свою глубокую благодарность докт. физ.-мат. наук В. В. Шкурбе, кандидатам техн. наук Л. Д. Кравченко и В. Г. Бондаренко за их замечания и советы, которые способствовали улучшению книги.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу: 252601,
Киев, У, ГСП, Пушкинская, 281 издательство «ТехHina».
Глава I. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
Система управления — это взаимоувязанный комплекс взаимодействующих объектов, состоящий из органа управления, объекта управления, методов управ ления и средств реализации методов управления (средств управления), деятель ность которых направлена на достижение заданной цели управления. Наиболее общая структурная схема системы управления приведена на рис. 1.
Процесс управления складывается из последовательности операций по ана лизу информации, отображающей ситуацию, в которой находится система управ ления, принятию решения, реализации решения, восприятию отображения ново го состояния объекта управления. Процесс управления иллюстрирует рис. 2. Как видно, процесс управления — это информационный процесс, который заклю чается в сборе информации о ходе производства, передаче ее в пункты накопления и переработки, анализе поступающей, накопленной и нормативно-справочной информации, принятии решения на основе, выполненного анализа, выработке соответствующего воздействия и доведении его до объекта управления. Каждая операция такого процесса протекает во взаимодействии с окружающей средой, при воздействии различного рода помех.
Для осуществления процесса управления система должна состоять из сле дующих составных частей:
алгоритмического и математического обеспечения; информационных массивов;
технической базы, содержащей ЭВМ и средства сбора и передачи инфор мации;
совокупности организационно-технических мероприятий.
Части системы должны удовлетворять ряду требований, определяющнх~нх качественные и количественные характеристики.
В настоящее время и в обозримом будущем роль средств управления будет принадлежать человеку, психофизические особенности которого еще долго будут определять возможности систем управления.
Наиболее существенные ограничения, накладываемые на систему челове ком как средством управления, сводятся к следующему. Человек не способен в ограниченное время в условиях производства принимать оптимальные решения по регулированию хода производства. Это объясняется невозможностью не только своевременного получения полной информации о ходе производства, но и учета всей этой информации. На точность решений, принимаемых человеком в данных условиях, оказывает значительное влияние и сравнительно высокая вероятность искажения информации при ее регистрации и прохождении через несколько звень ев цепи управления. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев решения, принимаемые человеком на основе какого-либо возмущающего воздействия или группы их, доводятся до исполнителей со значительным запаздыванием. Это за паздывание происходит вследствие несвоевременного получения информации, причем время запаздывания зависит от скорости сбора и подготовки первичной информации к обработке, скорости анализа информации и принятия на его основе решения, ранга иерархии и времени доведения до исполнителей выработанного решения.
Процесс совершенствования систем управления может развиваться двумя путями. Первый из них — организационно-экономический, заключающийся, в основном, в обеспечении четкого разграничения функций и ответственности работников системы управления и создания всех условий для ‘максимального обеспечения материальной заинтересованности каждого работника в устойчивом функционировании объекта.
Второй путь, неразрывно связанный с первым и являющийся его логическим продолжением; заключается в применении в управляющей системе автоматичес ких устройств, позволяющих разгрузить человека от монотонного умственного труда, а также уменьшить, а иногда и устранить отдельные недостатки человека как средства управления. Этот путь предполагает широкое использование раз личных устройств вычислительной техники и оргтехники для сбора, передачи,
|
|
|
накопления, обработки и пред- |
||||||
Ишрормационная связь |
с |
ставления человеку |
экономиче |
||||||
системой управления более |
ской информации в процессе уп |
||||||||
|
Высокого уровня |
|
равления предприятием. |
|
|||||
|
|
|
Необходимо |
отметить |
еще |
||||
|
Орган |
|
раз, что по |
второму пути совер |
|||||
|
управления |
|
шенствования управления необ |
||||||
|
|
|
ходимо идти только |
в |
том слу |
||||
Управляющие |
Информация |
чае, когда изысканы |
и введены |
||||||
в действие все организационно |
|||||||||
воздействия |
об объекте |
экономические |
возможности |
||||||
|
Объект |
|
улучшения |
качества |
управле |
||||
|
Выходной |
ния. В связи с тем, |
что внедре |
||||||
Входной |
управления |
ние технических средств в уп |
|||||||
» материальный |
|||||||||
материаль- |_ |
|
поток |
равляющую |
систему |
открывает |
||||
ный поток |
|
{потребители) |
дополнительные |
возможности |
|||||
{поставщики) |
|
||||||||
|
|
|
применения |
организационно- |
|||||
Рис. 1. Общая |
структурная |
схема системы |
экономических методов, возмож |
||||||
управления. |
|
|
но параллельное |
движение |
по |
||||
|
|
|
двум путям. Но никогда второй |
путь не должен предшествовать первому, так как это может привести в конечном итоге к дискредитации самого принципа автоматизации управления.
Анализ исторических аспектов развития систем управления, оснащенных вычислительной техникой, свидетельствует о том, что оннв прошли три этапа и взддят в четвертый. Первый этап характеризовался тем, что отдельные задачи планирования и управления программировались и решались с помощью ЭВМ,
органически не связанных ни с управляющей системой ни с |
объектом управ |
||
ления. Обращение к ЭВМ носило эпизодический характер и |
ставило |
цель — |
|
получение оптимального варианта технических |
решений, оптимального |
плана |
|
и т. д. На этом этапе применялись, как правило, |
ЭВМ первого поколения, почти |
не содержащие внешних устройств и устройств сопряжения с каналами связи.
Информация доставлялась к ЭВМ в виде печатных документов, |
и весь процесс |
ее подготовки и ввода в машину осуществлялся непосредственно |
на вычислитель |
ном центре. |
|
Второй этап ознаменозался включением ЭВМ в состав системы управления в качестве основного средства комплексной механизации управленческого труда. ЭВМ на этом этапе работает в режиме советчика, обрабатывая систематически поступающую производственную и планово-экономическую информацию и вы давая результаты в удобном для восприятия человеком виде. Вычислительный центр укомплектовывается аппаратурой согласования с каналами связи, дополни тельными запоминающими устройствами. Информация доставляется на вычисли тельный центр как по каналам связи малой протяженности, так и в виде печат ных документов. На этом этапе использовались ЭВМ первого и второго поколе нии, преимущественно в локальных системах управления.
Третий этап характеризуется выходом ЭВМ из локальных систем управления и реализацией ими наряду с функциями советчика функций управления. Это потребовало значительного умощнейия вычислителей, расширения емкостей запо минающих устройств, значительного развития периферийного оборудования и аппаратуры сопряжения с каналами связи не только местными, но и междуго родними. На третьем этапе используются, в основном, ЭВМ третьего поколения, работающие в территориальных отраслевых и межотраслевых системах управ ления.
Общим свойством трех этапов является использование ЭВМ одновременно, как правило, для решения одной задачи. В таком режиме неэффективно исполь зуется мощность вычислителя, быстродействие которого во много раз превышает скорости ввода — вывода информации.
Рис. 2. Структурная схема процесса управления.
Четвертый этап связан с резким повышением эффективности АСУ путем применения так называемого режима разделения времени. Такой режим достига ется дальнейшим развитием периферийной техники и состоит в том, чтоЭВМ боль шой мощности снабжается выносными пультами управления, сопряженными
ссоответствующими каналами связи и размещаемыми на расстояниях десятков, сотен и даже тысяч километров от вычислительного центра. Таких дистанционных пультов управления может быть десятки и сотни на один вычислительный центр. При помощи выносного пульта можно, связавшись с вычислительным центром, осуществить те же основные операции, что и на главном пульте управления: ввести информацию, задать программу, вывести результаты расчетов. Выносными пультами могут пользоваться периферийные диспетчерские пункты, центры управ ления производством. В них могут быть непосредственно включены автомати ческие датчики систем централизованного сбора информации.
Обращение к ЭВМ может быть одновременным. При этом специальная про грамма-диспетчер коммутирует входную и выходную информации в соответствии
сочередностью или приоритетом абонентов, рационально используя при этом блоки ЭВМ, что создает видимость одновременного удовлетворения большого числа заявок. ЭВМ, работающие с разделением времени, составляют четвертое поколение.
Нетрудно проследить, как от поколения к поколению ЭВМ, от этапа к этапу
развития систем управления повышается роль периферийных устройств и кана лов связи.
Технические средства сбора!
По назначению
Предназначенные для передачи информации
Речевой |
Алфавитно- |
(акустичес |
цифровой |
кой) |
(знаковой) |
s |
|
X |
|
со |
Использующие каналы |
S |
|
Си |
|
х |
|
X |
|
СО |
|
3 |
|
си |
|
(V |
|
сПо количеству используемых каналов связи
S
Одноканальные |
Многоканальные |
По способу |
соединения |
~ |
1 |
|
|
С прямыми соединениями |
С коммутируемыми соединениями |
С обменом информацией
Использующие способ вызова и передачи
Рис. 3. Классификация технических средств сбора и передачи информации.
Имеющиеся в литературе прогнозы предсказывают дальнейшее повыше ние роли и значения технических средств сбора и передачи информации, средств связи между ЭВМ,ча также средств доставки переработанной информации по требителям. Одновременно с этим неизмеримо возрастают требования к их ка чественным показателям.
Технические средства сбора и передачи информации (ТССПИ), составляющие предмет данного рассмотрения, являются наиболее емкой составной частью си стемы управления как по капитальным вложениям (50—80%, а иногда и более), так и по трудозатратам на выполнение операций по сбору и первичной перера ботке производственной информации (не менее 60%). Примерная классификация ТССПИ приведена на рис. 3 и охватывает наряду с устройствами, непосредственно сопрягаемыми с ЭВМ, традиционные средства передачи различного рода инфор мации. При этом имеется в виду, что комплекс связи систем управления должен обеспечить возможность получения информации любого вида со всех производ ственных звеньев, включая подвижные объекты, передачу во все производствен ные звенья управляющей информации в таком виде, который удобен для ее вос приятия или отображения. Для этого могут понадобиться различного рода техни ческие средства.
В общем случае каналы связи должны обеспечить: сбор и передачу в пункты первичной обработки и подготовки исходной информации произвольного вида (акустической, алфавитно-цифровой, геометрической, шкальной или визуаль ной); передачу преобразованной к виду, удобному для ввода в ЭВМ, информации от пунктов сбора и первичной обработки в ИВЦ; передачу систематизированной промежуточной оперативной информации с пунктов сбора и первичной обработки в местные пункты управления для предварительного анализа и использования; передачу переработанной в ЭВМ информации в пункты управления для отображе ния и использования в процессе управления; передачу командно-распорядитель ной информации произвольного видас пунктов управления к объектам управления; передачу регламентируемой информации на более высокий уровень системы управления; обмен информацией между ИВЦ; обмен информацией со справочно информационными фондами и т. д.
Наиболее общими требованиями к принимаемой информации являются ее своевременность, полнота и верность Своевременность информации, или ее опера тивность, достигается наряду с рационализацией информационных потоков путем научно обоснованного выбора наиболее совершенной каналообразующей аппара туры и наиболее рациональных схем организации сети. Полнота информации определяется степенью охвата сетью сбора и передачи информации объектов управления. Верность информации характеризуется мерой отклонения принятой информации от переданной и достигается совокупностью ряда организационных и технических мероприятий (метод контрольных сумм, дублирование докумен* тов, многократная передача, помехоустойчивое кодирование, повышение ка чества используемых каналов связи, применение специальной аппаратуры с обна ружением и исправлением ошибок и т. д.).
Следует иметь в виду, что перечисленные факторы взаимосвязаны, и абсо лютного выигрыша по их совокупности получить нельзя.
На рис. 4 представлена примерная обобщенная схема вариантов организации каналов связи информационно-вычислительного центра некоторой системы управ ления. Основным средством передачи данных по междугородным каналам связи общего пользования является абонентский телеграф. Скорость передачи в сети абонентского телеграфа в этой пятилетке будет доведена до 200 бод. По некоммутнруемым каналам связи (в основном, между вычислительными центрами) исполь зуются высокоскоростные системы передачи данных. Не исключено использо вание скоростной аппаратуры передачи данных и по коммутируемым телефонным каналам связи (городским и междугородным), однако имеющие в них место кратко временные прерывания и импульсные помехи требуют использования специаль ных методов и устройств повышения достоверности информации. Обеспечивая вероятность ошибки не более 10“ в— 10~7, такие мероприятия и устройства не
обеспечивают эффективного использования пропускной способности каналов связи.
В ряде случаев необходимо использование различных каналов на соответ ствующих участках тракта передачи данных, в который включаются наряду с проводными радиорелейные и радиолинии. В этом случае требуется согласование характеристик соответствующих каналов.
Большая группа источников |
информации является подвижными объектами, |
|
рассредоточенными на значительной территории. Задача |
сбора информации |
|
в этом случае решается путем |
использования радиосетей, |
замыкающихся на |
Рис. 4. Примерная структурная схема взаимодействия различных видов
связи в системе управления:
АТ — абонентский телеграф; АЛ — абонентская линия; НС — непосредственное соединение.
пунктысбора и первичной обработки информации, где ее приводят к виду, удоб ному для ввода в ЭВМ. Естественно, что чем протяженнее тракт передачи и чем большее количество разнородных каналов в него входит, тем труднее обеспечить требуемую надежность его работы и достоверность передаваемой информации.
Перечислим наиболее общие требования, предъявляемые к техническим сред ствам сбора и передачи информации:
обработка всех или отдельных (в зависимости от потребности) видов сообще ний, предусмотренных в обслуживаемой системе управления;
коммутация сообщений в требуемые пункты в определенные моменты вре мени, согласование коммутируемого оборудования по входу и выходу;
обеспечение такой емкости сети, которая позволила бы одновременную пере дачу требуемого объема нагрузки;
обеспечение требуемой достоверности (минимума потерь)-информации, цирку лирующей в системе управления;
обеспечение требуемых характеристик надежности; обеспечение высоких эксплуатационных качеств, удобства управления и об
служивания, доступности; обеспечение заданной эффективности при условии выполнения всех других
требований.