книги / Передача информации в распределенных информационно-управляющих системах

WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, охваты-

вающая несколько городов или континентов. Обычно для этого используют интернет-технологию.

5.1.1. Основные требования к промышленным РИУС. ГОСТы

Наряду с общими требованиями, предъявляемыми к общедоступным, в том числе офисным, сетям, к МСТМ или промышленным сетям предъявляются специфические требования:

специальное конструктивное исполнение, обеспечивающее защиту от пыли, влаги, вибрации, ударов;

широкий температурный диапазон (обычно от –40

до +70 °С);

повышенная прочность кабеля, изоляции, разъемов, элементов крепления;

повышенная устойчивость к воздействию электромагнитных помех;

повышенная устойчивость к воздействию электромагнитных помех;

возможность резервирования для повышения надежности;

повышенная надежность передачи данных;

возможность самовосстановления после сбоя;

детерминированность (определенность) времени доставки сообщений;

возможностью работы в жестком реальном времени (с малой, постоянной и известной величиной задержки);

работа с длинными линиями связи (от сотен метров до нескольких километров).

Эти требования зафиксированы в следующих ГОСТах:

– ГОСТ P МЭК 870-5-1–95. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 1. Форматы передаваемых кадров.

– ГОСТ Р МЭК 870-5-2–95. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 2. Процедуры в каналах передачи.

141

–ГОСТ Р МЭК 870-5-3–95. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 3. Общая структура данных пользователя.

–ГОСТ Р МЭК 870-5-4–96. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 4. Определение и кодирование элементов пользовательской информации.

–ГОСТ Р МЭК 870-5-5–96. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 5. Основные прикладные функции.

–ГОСТ Р МЭК 870-5-101–2001. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 101. Обобщающий стандарт по основным функциям телемеханики.

–ГОСТ Р МЭК 870-5-102–2001. Устройства и системы телемеханики. Ч. 5. Протоколы передачи. Разд. 102. Обобщающий стандарт по передаче интегральных параметров в энергосистемах.

Критерии классификации: 1) по виду трафика;

2) по степени интеграции трафика;

3) по пространственному расположению структурных единиц МСТМ;

4) по структуре (топологии) линий связи, определяющей структуру МСТМ;

5) по способу управления обменом информацией между структурными единицами МСТМ;

6) по способу доступа к общей среде взаимодействия в МСТМ.

Отметим, что в настоящее время основным инструментом построения современных МСТМ, реализующих все многообразие приведенной классификации и приложений, являются SCADAпакеты (Trace Mode, Citect и др.) в сочетании с фирменными инструментальными средствами, учитывающие специфику различных технологий Fieldbus.

Дадим развернутую характеристику МСТМ по предложенным критериям.

142

1–2. По виду трафика (трактов) МСТМ и по степени интеграции различных видов трафика.

Тракт телеуправления (ТУ), тракт телесигнализации (ТС), тракт телеизмерения (ТИ), тракт телерегулирования (ТР), тракт передачи данных (ПД) и разные варианты комплексирования (интеграции) разных видов трафика (трактов).

На рис. 5.1. представлена обобщенная структура тракта МСТМ. В качестве источника информации могут выступать датчики, ключи управления и т.д. Подсистема сбора информации (ПСИ) собирает эту информацию и преобразует ее в определенный формат, который передается с помощью подсистемы передачи информации (ППИ) по линии связи, в которой действует помеха ξ. Подсистема распределения информации (ПРИ) выделяет соответствующий фрагмент сообщения и передает его получателю информации. Весь процесс происходит под управлением подсистемы синхронизации (ПСх).

Рис. 5.1. Обобщенная структура тракта МСТМ

Основные информационные процессы и функции, реализуемые в ПСИ и ПРИ.

ПСИ:

–сбор информации (цифровой, аналоговой с учетом специфики тракта) с учетом ДО источников, ДО сообщений;

–первичное кодирование (одноступенное, многоступенное);

–хранение (буферирование);

143

–доступ к ресурсам КСП или ППИ (канальный: МАСуровень и физический уровни).

ПРИ:

–сопряжение (доступ) с ресурсами ППИ;

–хранение (буферирование) данных;

–декодирование первичного кода;

–реализация ДО канального уровня;

–распределение информации по получателям (демультиплексирование входных PDU по приложениям) с учетом системы адресации, ДО получатель, ДО сообщений;

–регистрация, архивирование, хранение и отображение информации (визуальное, графическое, текстовое);

–другие функции (приложения).

3.По пространственному расположению структурных единиц МСТМ.

Внесем следующие определения. Пункт управления (ПУ) (он же диспетчерский пункт – ДП) содержит устройство управления. Контролируемый пункт (КП) (он же исполнительный пункт – ИП) содержит объект, датчики, исполнительные механизмы и прочие узлы. КП является аналогом «группы», «подсети» в терминологии сетей передачи данных.

3.1.СТМ для сосредоточенных объектов (DCS – Distributed Control System) – распределено-управляющие системы.

3.2.СТМ для рассредоточенных объектов (SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition – истема диспетчерского управ-

ления, сбора и накопления данных).

4.По структуре (топологии) линий связи, определяющих структуру МСТМ.

Структура (топология) линий связи МСТМ во многом определяется объектом автоматизации (телемеханизации). Рассмотрим некоторые наиболее распространенные структуры (топологии) линий связи, используемые в МСТМ для рассредоточенных и сосредоточенных объектов.

144

4.1. Моноканал типа «шина», «логическое кольцо» (рис. 5.2).

ПУ

Рис. 5.2. Моноканал типа «шина», «логическое кольцо»

4.2. Цепочечная структура (рис. 5.3)

КП КП

Рис. 5.3. Цепочечная структура

4.3. Кольцо (физическое) (рис. 5.4)

ПУ/КП

Рис. 5.4. Кольцо (физическое)

145

На рис. 5.5 приведен пример системы с топологией типа «кольцо».

Рис. 5.5. Системы с топологией типа «кольцо»

4.4. «Звезда» (рис. 5.6).

КП

.

ПУ « К» .

.

КП

Рис. 5.6. «Звезда»: К – концентратор в составе ПУ

146

4.5. Смешанные (комбинированные) структуры 4.5.1. «Звезда– цепочечная» (радиально-цепочечная) (рис. 5.8)

Рис. 5.8. «Звезда – цепочечная»

4.5.2. «Звезда – шина» (рис. 5.9)

….

….

….

Рис. 5.9. «Звезда – шина»

147

На рис. 5.10 представлен пример системы с топологией типа «звезда – цепочечная».

Рис. 5.10. Пример системы с топологией типа «звезда – цепочечная»

На рис. 5.11 приведен пример системы с топологией типа «звезда – шина».

Рис. 5.11. Пример системы с топологией типа «звезда – шина»

148

4.7. Полно (неполно) связный граф (рис. 5.12) (эти физические сетевые структуры можно рассматривать как модель «логической» структуры любой сети)

Узлы сети

Рис. 5.12. Топология типа полно (неполно) связный граф

Топологии типа 4.1, 4.3, 4.4 характерны для LAN- и LONсетей и применяются как в структурных компонентах ПУ, КП (ИП), «полевой шине», так и в структуре МСТМ для сосредоточенных объектов (DCS ) в целом. В то же время при построении МСТМ для территориально распределенных объектов и подсистем в их составе применяются все разновидности рассмотренных топологий, для структурных компонентов МСТМ (ПУ, КП, узлы) применяется в основном шинная конфигурация.

5. По способу управления обменом информацией между структурными единицами МСТМ.

Выделим: 5.1. Централизованный обмен (ЦО);

5.2.Децентрализованный (сетевой) обмен (ДЦО);

5.3.Смешанный обмен (СмО);

5.1. ЦО информацией (данными).

При ЦО допустим обмен только между КП (узлами) и ПУ. Непосредственный обмен между КП не допускается. Предпочтительный режим обмена и дисциплины обслуживания – режим подчинения (ПУ – это «master» или «manager», а КП – это «slave» (подчиненный, пассивный узел), или «агент».

5.2. ДЦО или сетевой обмен При ДЦО допустим (допускается) обмен между любыми уз-

лами системы, как по инициативе ПУ, так и по инициативе КП.

149

При ДЦО могут быть использованы как режим соперничества, так и некоторые разновидности режима подчинения (например, распределенное по сети подчинение, «передача эстафеты»

(token)).

5.3. Смешанный обмен (СмО)

При СмО возможно сочетание равнорангового (сетевого) обмена и обмена в режиме подчинения. Например, в телемеханической сети контролер КП обменивается со своими узлами (Д, ИМ, Регулятор) в режиме подчинения, а КП и ПУ общаются в сетевом обмене (или наоборот) или в иерархической системе {ПУ}---{КП} – режим подчинения (сетевой обмен), а на уровне {ПУ}---{ПУ} или {КП}---{узлы} – сетевой обмен (или ЦО).

Все указанные варианты обмена реализуются в МСТМ (промышленных информационных сетях), построенных на основе различных протоколов «полевой шины» (field bus).

Рассмотренные выше способы обмена и их комбинации реализуются с использованием всех топологий (структур) из п.4.

6. По способу доступа к общей среде взаимодействия в МСТМ.

Управление доступом к общей среде взаимодействия определяется реализованной дисциплиной обслуживания (ДО).

Общей (коллективной, разделяемой) средой взаимодействия может быть любой ресурс общего пользования: канал связи, память, процессор, служба прикладного уровня, КСП и пр.

Так образом, в пределах коммуникационного стека протоколов (КСП), одновременно при обращении к разным видам ресурсов разного уровня (например, в рамках 7-уровневой модели) могут быть реализованы разные ДО В данном пункте в качестве разделяемого ресурса рассматривается канал связи (канальный уровень) или в целом коммуникационный стек протоколов, доступа к которому добиваются различные источники (приложения прикладного уровня).

Выделим простые и сложные виды источников информации.

150