Системные проблемы создания распределенных
advertisement
Системные проблемы создания распределенных информационноуправляющих систем приборного учета Анисимов А.Л., к.т.н. Астапкович А.М., Касаткин А.А. (Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения, Санкт-Петербург) Введение Реформа ЖКХ, проводимая в России, делает чрезвычайно актуальной проблематику, связанную с распределенными информационно-управляющими системами (РИУС), предназначенными для управления системами жизнеобеспечения объектов городского хозяйства. В России работы по созданию экспериментальных систем такого рода ведутся с момента принятия в 1996 году закона РФ “Об энергосбережении”. Анализ сложившейся ситуации к началу работ по созданию коммерческих систем учета в России был выполнен в работах [1], [2], в которых рассмотрена специфика и системные аспекты создания чисто информационных систем такого рода. За истекшие 10 лет с момента опубликования этих работ в ряде регионов России было реализовано несколько пилотных РИУС, краткое описание которых представлено в таблице В.1. Как следует из представленных данных, вплоть до настоящего времени ведется выбор каналов связи для сбора информации с объектов и передачи команд управления, архитектурных и аппаратных решений нижнего уровня. Следует также указать на отчетливую тенденцию перехода от чисто информационных систем к информационно-управляющим системам. При этом следует отметить одну важную особенность этого класса систем. В силу значительного масштаба и достаточно большой стоимости, эти системы обладают значительной инерцией в смысле возможности изменения однажды принятых концептуальных решений, относящихся к выбору архитектуры системы, используемого аппаратного и программного обеспечения и т.п. В силу этого, для вновь создаваемых систем особую важность приобретает системный анализ возможных проектных решений. С практической точки зрения представляет интерес описание апробированных на практике концептуально новых решения. Работа посвящена изложению ряда новых результатов, полученных в ходе создания РИУС ПоТок-С [7] – [8], относящейся к классу MAN (Metropolitan Area Network) и реализованной на базе коммутируемых линий общего пользования. 1. Концепция и особенности РИУС ПоТок-С В 2005 г. в OAO ПТС (Санкт-Петербург) запущена в опытно-промышленную эксплуатацию РИУС ПоТок-С, предназначенная для мониторинга режимов теплоснабжения, коммерческого учета потребления и дистанционного управления режимами теплоснабжения зданий телефонных станций. Структура системы РИУС ПоТок-С представлена на рис. 1.1–1.2. Система включает в себя четыре типа АРМов, объединенных локальной сетью и работающих с одной базой данных. Таблица В.1. ПИЛОТНЫЕ ПРОЕКТЫ РИУС ДЛЯ ЖКХ Название и назначение системы Верхний уровень системы Нижний уровень системы Количество узлов, тип сети КРУГ2000 [3] ЛВС (сеть предприятия) с возможностью входа сторонних пользователей посредством браузера Internet Цифровые интеллектуал . датчики и контроллеры с интерфейсам и RS-232, RS485, Ethernet Цифровые регуляторы ЭЦР-ХРОНО подключенн ые к контроллера м ЭЦРТТЕЛЕТЕРМ Проектная спецификация до 30 000 датчиков. Инф. обмен витая пара и локальные проводные соединения ИУС коммерческого учета потребления тепловой энергии и газа, для крупных промышленных предприятий. Более десятка реализаций на предприятиях ТЭК СИНТАЛ ТЕЛЕТЕРМ [4] ИУС автоматического учета электроэнергии, регулирования тепловых режимов крупного сооружения (Дворец спорта в г. Волгограде), отапливаемого электрокотлами КАРАТ [5] ИУС мониторинга и управления тепло- и водоснабжением объектов городской инфраструктуры (г.Калининград) Телескоп+ [6] ИУС коммерческого учета потребляемых энергоресурсов и воды, регулирования тепловых режимов объектов ЖКХ (г.Сургут) ПоТок-С [7],[8] ИУС мониторинга, управления и коммерческого учета теплоснабжения зданий тел. Станций (Санкт-Петербург) ПК c ПО, обеспечивающим мониторинг состояния объектов, задание режимов регулирования, дистантное управление, обработку учетной информации Ведущий и резервный диспетчерский пульты, реализованные на ПК, объединенных в ЛВС АРМы диспетчеров, операторов и пользователей системы, объединенные в ЛВС АРМы диспетчеров, инженеров, администратора, работающие в ЛВС с базой данных ORACLE Шкаф управления на базе ADAM-5510, ADAM501H, ADAM-5050, ADAM-3854 Контроллеры ПИК-УВП, ПИК2 В системе используется 96 датчиков DS18S20 и 17 силовых шкафов управления электрокотлами. Инф. обмен по сети GSM Проектная спецификация до 50 теплопунктов. Инф. обмен по сети GSM на модемах Siemens TC35 Terminal Около 100 узлов. Инф. обмен по радиоканалу (УКВ), комм. тел. линиям, оптоволокну Контроллеры 106 узлов, 6-12 ASK Lab и датчиков в узле. ECL-300 Инф. обмен по COMFORT комм. тел. (Danfoss) линиям LAN Сервер Базы Данных АРМ администратора ПТС-1 Мультиплицированный модемный канал АРМ диспетчера ПТС-1 АРМ ком. учета ПТС-1 Модем Модем Модем Модем Узел учета Узел учета АРМ инженера ПТС-2 Модем Коммутируемые телефонные линии Узел учета Узел учета Узел учета Узел учета Узел учета Узел учета Узлы учета ПТС-2 Узлы учета ПТС-1 Рис. 1.1. Структура РИУС «ПоТок-С» КОНТРОЛЛЕР Модем Модем Теплосчетчик Датчик Исп. Устр. ASK Lab ASK LAB Контроллер ECL COMFORT-300 Теплосчетчик Датчик a) Структура оборудования узла учета ПТС-1 Исп. Устр. Датчики Датчики б) Структура оборудования узла учета ПТС-2 Рис. 1.2. Два типа структуры оборудования теплопунктов Объекты ПТС разделяются на две группы, по признаку наличия автономного контура регулирования. Архитектура верхнего уровня системы в значительной степени определяется экономическими характеристиками и преследует цель сокращения до минимально необходимого уровня обслуживающего персонала системы. За функции мониторинга и действий по устранению нештатных ситуаций отвечает дежурный диспетчер, для которого требуется создать максимально комфортные условия за счет максимальной автоматизации операций контроля параметров и состояния аппаратной составляющей системы. Верхний уровень системы включает в себя две подсистемы: чисто информационную ПТС-1 и информационно-управляющую ПТС-2, обслуживающую станции с контуром автономного регулирования. С учетом опыта эксплуатации чисто информационной системы КЛИВЕР, использование которой для обеспечения функций мониторинга становится проблематичным при числе узлов порядка 100 с одного рабочего места, в концепцию РИУС ПоТок-С заложено требование обеспечения возможности развития системы по числу контролируемых объектов до тысячи. Для реализации этого требования была выбрана база данных ORACLE и мультиплицированный модемный канал. Максимальное количество модемов 8, но в настоящее время используется 4. Подсистема ПТС-2 обеспечивает возможность дистанционного съема показаний датчиков контроллеров нижнего уровня ECL COMFORT-300, дистанционного изменения параметров регулирования тепловых режимов, а также ручного управления исполнительными механизмами узла теплоснабжения с АРМ инженера. В настоящее время в подсистему ПТС-2 входит 10 телефонных станций, каждая из которых оснащена теплосчетчиком СПТ-942, контроллером ECL COMFORT-300 и специализированным контроллером ASK Lab, разработанный в СКБ ГУАП [9]. Информационный обмен с верхним уровнем системы осуществляется по унифицированному протоколу ASK Bus 3.1. 2. Постановка задачи исследования коммуникационной среды Одной из ключевых задач, для решения которых создавалась система ПоТок-С и ее предшественники являлась задача мониторинга режимов теплоснабжения зданий телефонных станций с целью предупреждения выхода из строя телекоммуникационного оборудования, обеспечивающего жизнедеятельность такого крупного мегаполиса, как Санкт-Петербург. В соответствии с принятой в настоящее время технологией обслуживания зданий, в ОАО ПТС требуется обеспечить автоматический съем показаний с датчиков с периодом 1 час при общем количестве контролируемых узлов порядка 100. В каждом узле имеется от 6 до12 датчиков, подключенных к теплосчетчику и/или контроллеру нижнего уровня. Съем данных осуществляется по коммутируемым линиям общего пользования с использованием стандартных модемов для коммутируемых линий. Функции реагирования на возникающие нештатные ситуации возлагаются на оператора системы. Для объектов, подключенных к подсистеме ПТС-2, АРМ инженера обеспечивает возможность реагирования на ряд нештатных и аварийных режимов в режиме ручного дистантного управления. Второй по важности задачей являлось создание эффективной по затратам на ее эксплуатацию системы коммерческого учета. Эффективность системы обеспечивалась возможностью дистанционного съема архивных данных с теплосчетчиков посредством модемной связи. Это обеспечивает оперативность и существенную экономию транспортных затрат, так как радиус системы измеряется несколькими десятками километров. Сбор данных для системы коммерческого учета ведется в соответствии с собственным расписанием. Типовой является задача съема суточных архивов с периодом 24 часа. Описанные выше режимы имеют циклический характер. Вместе с тем, ряд режимов в системе имеют асинхронный характер, так как должна обеспечиваться возможность ручного опроса оборудования конкретной станции по команде с АРМ диспетчера, дистантного задания параметров регулирования теплового режима с АРМ инженера и т.п. Это в свою очередь предполагает наличие в системе запаса по производительности коммуникационной составляющей. При заданной архитектуре верхнего уровня системы для решения описанных выше задач имеется возможность варьировать количество модемов, что подразумевает необходимость разработки специализированных дисциплин диспетчеризации, обеспечивающих возможность реализации многоуровневого расписания в условиях неопределенности поведения канала связи. Эта неопределенность в первую очередь связана с рядом обстоятельств, таких как: многовариантность путей доставки информации от приборов учета на АРМ оператора системы; различия в длительности опроса узлов, оборудованных разными типами учетного оборудования, из-за различий в используемых протоколах обмена данными; зависимость надежности передачи данных от времени суток и погодных условий. Следует также отметить существенную разнородность использованного в системе оборудования, что является характерной чертой крупномасштабных систем, создаваемых поэтапно. Многообразие типов используемого оборудования, сложный характер его поведения в реальных условиях эксплуатации, сложная дисциплина обслуживания не позволяют свести задачу разработки специализированной дисциплины диспетчеризации к решению известных задач теории расписаний. Наиболее общим подходом для решения прикладных задач системного анализа для такого класса задач является применение методов имитационного моделирования [9]. Применение этого класса методов требует наличия моделей поведения компонент системы, что в свою очередь диктует необходимость проведения экспериментального исследования характеристик коммуникационной среды и приборного оборудования. Фактически, это означает, что задача построения моделей поведения канала и аппаратной составляющей компоненты является ключевой с точки зрения возможности проведения системных исследований. 3. Результаты исследования коммуникационной среды Для решения поставленной выше задачи, в рамках первого этапа проекта ПоТок-С, был реализован фрагмент системы, оснащенный подсистемой сбора информации о временных параметрах выполнения заданий опроса узлов учета. Эта информация использовалась при выборе параметров мультиплицированного модемного канала и разработке специализированного алгоритма диспетчеризации. Первоначально, подсистема сбора данных рассматривалась, как чисто вспомогательная. Однако, как показала практика, она оказалась эффективным средством поддержки разработки, и в настоящее время она используется в штатном режиме эксплуатации системы. Фиксация времени выполнения задания по каждому узлу не требует значительных ресурсов, что вкупе с существенно возросшими возможностями современных персональных компьютеров, обеспечивает возможность сбора данных за весь отопительный сезон. В качестве примера можно указать, что архив данных, занимающий 200 Мбайт, обеспечивает хранение 800 000 тысяч записей результатов выполнения опроса объектов. Для системы с 100 узлами и периодом опроса в 1 час, это обеспечивает возможность фиксации характеристик выполнения заданий на протяжении 12 месяцев. В ходе исследования в базе данных фиксировались следующие данные о сеансах сбора информации: узел учета: тип опрашиваемого теплосчетчика, тип телефонной линии, с использованием которой произведена попытка сбора данных, длительность сеанса связи, результат сеанса (получены ли данные). Функции регистрации этой информации были встроены в программное приложение, осуществляющее автоматический опрос контролируемых узлов. При неудаче съема данных с первой попытки производились повторные попытки опроса. Количество повторных попыток и интервалы между ними задавались оператором системы. Фактически, в результате использования данного подхода к построению системы, созданы предпосылки для использования адаптационных дисциплин диспетчеризации, а сама база данных может использоваться для построения моделей, необходимых для проведения имитационного моделирования системы при решении конкретных прикладных задач системного анализа. В качестве содержательного примера, имеющего практическую ценность для решения задач системной интеграции, в этом разделе приведены результаты обработки экспериментальные данных, полученных в период с 27.10.2005 по 16.02.2006. Длительность установления соединения с узлом учета и чтения показаний теплосчетчиков зависит от используемой линии, типа счетчика, и информации, снимаемой со счетчика. Информацию, снимаемую со счетчиков, можно разделить на текущую и архивную. Данные о текущем состоянии параметров системы теплоснабжения используются для отслеживания аварийных ситуаций на узлах учета. Архивные данные используются при составлении отчетной документации о потребленной тепловой энергии. В рассматриваемый период при опросе теплосчетчиков использовались три телефонные линии. Характеристики использованной каналообразующей аппаратуры приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1. Характеристики каналообразующей аппаратуры № линии 1 2 3 Набор номера Модем тональный импульсный импульсный USR Courier 33.6K ext. USR Courier 33.6K ext. GVC 56K ext. Код выхода на линию Нет 9w Нет Далее приведены результаты анализа экспериментальных данных по съему текущей информации о теплопотреблении. Это наиболее часто запрашиваемые параметры (период опроса – 1 час), поэтому размер выборки по ним наибольший. Приводятся интегральные характеристики, а именно общая длительность выполнения заданий на опрос объекта и относительная частота успешного съема данных. Длительность выполнения опроса объекта включает в себя: длительность установления модемного соединения; и длительность чтения всех значений заданных параметров с теплосчетчика, согласно принятому протоколу обмена. Использование этого интегрального показателя позволяет относительно просто задавать параметры моделей контролируемых объектов при проведении имитационного моделирования системы стандартными средствами. Имеющаяся база экспериментальных данных позволяет получить детализированную информацию: длительность установления модемного соединения, длительности выполнения запросов значений параметров теплосчетчиков. В таблице 3.2 представлено укрупненное описание эксперимента, а в таблице 3.3 результаты обработки. Различия размеров выборок связаны с количествами соответствующих теплосчетчиков и расписаниями их опроса. Доля успешных сеансов – это отношение числа успешных сеансов к общему количеству произведенных сеансов, с учетом всех проведенных попыток опроса для каждого задания. Успешным считается сеанс опроса, во время которого были получены все требуемые целевые данные. Математическое ожидание и дисперсия длительности сеанса связи приведены для успешных сеансов. Доля успешных сеансов не равна доле Таблица 3.2. Укрупненное описание эксперимента Тип счетчика Количество узлов 49 5 41 6 2 3 МТ200 СПТ941 СПТ942 СПТ960 СПТ961 ВКТ-2М II Размер выборки* 91477 + 27383 4919 + 4415 89055 + 24452 10492 + 2115 2984 + 290 5574 + 5783 *указаны количества сеансов съема текущей информации со счетчиков (успешные попытки + неудачные попытки). Таблица 3.3. Результаты обработки Тип теплосчетчика МТ СПТ941 СПТ942 СПТ960 СПТ961 ВКТ-2М II № используемо й модемной линии доля успешных сеансов, % Выборочное среднее длительност и сеанса опроса, с Выборочное среднее квадр. отклонение длительности сеанса опроса, с Суммар. 1 2 3 Суммар. 1 2 3 Суммар. 1 2 3 Суммар. 1 2 3 Суммар. 1 2 3 Суммар. 1 2 3 76,9 79,8 77,6 72,2 52,6 32,8 40,6 94 78,4 81,6 77,8 74,1 83,2 90,4 87,2 63,8 91,1 94,3 87,9 92,5 49 39,4 42,9 67,8 60,7 57 65,7 59,9 47,4 38,8 49,4 50,7 51,4 46,8 55,2 54,2 53,8 50,2 58,7 54,9 58,7 53,8 63,3 57,3 60,5 59,9 66,8 56,4 10,1 10,8 8,4 10,9 4 5,2 4,1 3,3 7,7 7,5 6,7 9,1 3,9 4,9 2,8 2,5 5,5 5,6 6,9 2,8 8 9,1 8,8 6,5 Таблица 3.4. Доля выполненных заданий Тип счетчика МТ Доля выполненных заданий, % 95,3 СПТ941 СПТ942 79,2 95,4 Тип счетчика Доля выполненных заданий, % СПТ960 СПТ961 ВКТ-2М II 97,5 98,5 83,7 выполненных заданий. Эти две величины связаны через количество попыток выполнения заданий. Более высокий процент успешных сеансов соответствует выполнению задания за меньшее число попыток. Наиболее существенные изменения длительности опроса узла связаны с типом установленного на нем теплосчетчика и типом опросной телефонной линии. На качество связи (долю успешных сеансов) также существенно влияет тип модемов, между которыми устанавливается соединение. Суммарную информацию о плотности распределения задержки съема данных со счетчиков разных типов, дают гистограммы, приведенные на рис. 3.1 и рис. 3.3. Как известно [10], при проведении имитационного моделирования для получения вероятностной величины с заданной плотностью распределения используется ее функция распределения f ( y < Y ) и генератор случайной величины x, равномерно распределенной в интервале [0-1]. При этом конкретное значение случайной величины получается в результате пересчета конкретной реализации x1 в Y1 с использованием функции эмпирического распределения. На рис. 3.2 приведены функции эмпирического распределения длительности сеансов опроса, построенные по результатам обработки экспериментальных данных. Так как проведение имитационного эксперимента по определению невозможно без использования вычислительных средств целесообразно использования табличного способа описания эмпирических распределений. В этом случае для генерации последовательности случайных величин с заданной плотностью распределения используется тот или иной вид интерполяции, как правило, линейный. База экспериментальных данных обеспечивает возможность построения и более детальных моделей, например, по каждому типу запроса. На рис. 3.3 и таблице 3.5 приводится сравнительная информация об опросе текущих значений и архивных данных, на примере теплосчетчика СПТ 942. Таблица 3.5. Сравнительное описание параметров экспериментов Параметр Период опроса, час Размер выборки Доля успешных сеансов, % Выборочное среднее длительности сеанса опроса, с Выборочное среднее квадратичное отклонение длительности сеанса опроса, с Выборочная квантиль порядка 0,8 длительности сеанса опроса, с Выборочная квантиль порядка 0,95 длительности сеанса опроса, с Текущие значения 1 89055 + 24452 78,4 51,4 7,7 Архивные данные 24 4181 + 1159 78,2 61,2 11,8 56,5 68,8 64,6 83,9 Определение долевых точек распределений длительности опроса дает возможность оценить вероятностные характеристики функционирования системы учета при заданных значениях максимальных длительностей опроса узлов. Оценки квантилей приведены в таблице 3.6. Счетчик MT200116 Счетчик СПТ941 0,05 0,045 0,04 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 0 30 60 90 120 0 Счетчик СПТ942 0,09 0,06 0,08 90 120 90 120 90 120 0,07 0,05 0,06 0,04 0,05 0,03 0,04 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 0 30 60 90 120 0 0 Счетчик СПТ961 30 60 Счетчик ВКТ-2M II 0,16 0,07 0,14 0,06 0,12 0,05 0,1 0,04 0,08 0,03 0,06 0,02 0,04 0,01 0,02 0 60 Счетчик СПТ960 0,07 0 30 0 30 60 90 120 0 0 30 60 Рис. 3.1. Гистограммы длительности сеансов опроса теплосчетчиков (ось абсцисс – длительность сеанса опроса в секундах, ось ординат – относительные частоты). Счетчик MT200116 Счетчик СПТ941 1 0,9 0,8 0,7 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 30 60 90 120 0,2 0,1 0 0 Счетчик СПТ942 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,2 0,1 0 30 60 90 120 0 Счетчик СПТ961 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,2 0,1 0 30 60 90 120 30 60 90 120 Счетчик ВКТ-2M II 1 0,9 0,8 0 60 Счетчик СПТ960 1 0,9 0,8 0 30 90 120 0 30 60 90 120 Рис. 3.2. Эмпирические функции эмпирического распределения длительности сеансов опроса теплосчетчиков (ось абсцисс – длительность сеанса опроса в секундах, ось ординат – накопленные относительные частоты). Текущие Архивы 0,08 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0,06 0,04 0,02 0 0 30 60 90 120 0 30 60 90 120 Рис. 3.3. Гистограммы длительности сеансов опроса теплосчетчика СПТ942 для различных типов информации Таблица 3.6. Долевые точки распределений длительности сеансов опроса узла, с Тип Тип Выборочная квантиль Выборочная квантиль Счетч. 0.80 0.85 0.90 0.95 Счетч. 0.80 0.85 0.90 0.95 МТ200 69,21 71,43 73,82 76,63 СПТ960 58,4 59,28 60,23 61,82 СПТ941 52,84 53,31 54,17 55,87 СПТ961 62,54 64,2 66,62 72,09 СПТ942 56,53 58,04 60,37 64,59 ВКТ-2М II 67,45 69,43 71,64 74,81 4. Пользовательские интерфейсы Телефонные станции относятся к инфраструктурной составляющей города, и одной из главных функций системы является своевременное обнаружение возникающих на объектах нештатных ситуаций (НС). НС делятся на два класса: нарушение договорных условий по параметрам теплоносителя и нештатные ситуации с оборудованием (см. рис. 4.1). Основную проблему представляют нештатные ситуации с нарушениями условий поставки теплоносителя, так как в этом случае возможно нарушение теплового режима объекта. Причиной возникновения нештатных ситуаций этого класса могут быть как аварии на оборудовании теплосетей, так и выход параметров поставляемого теплоносителя за допустимые пределы. Однако, обнаружение этих нештатных ситуаций возможно лишь при отсутствии НС с оборудованием. Сложившаяся к настоящему времени технология обслуживания предполагает круглосуточное дежурство диспетчера, который ответственен за принятие адекватных мер по устранению НС обоих классов. При этом устранение НС, отнесенных ко второму классу, осуществляется персоналом ОАО ПТС. В соответствии с принятой концепцией развитие системы ПоТок-С направлено в сторону использования автоматического анализа ситуации в системе с целью уменьшения влияния человеческого фактора на вероятность пропуска НС. Вместе с тем, особенности систем описанного выше класса таковы, что диспетчер остается неотъемлимой частью контура управления. В силу этого для такого класса систем первостепенную роль играют удобные пользовательские интерфейсы. Ниже приводятся примеры концептуально новых подходов, апробированных в проекте ПоТокС. Нештатные ситуации НС по параметрам теплоносителя (расход, температура) НС по работе оборудования НС АРМов и сервера базы данных отказы модемов мультиплицированного канала отказы модемов объекта НС теплосчетчиков и сенсоров Рис. 4.1. Укрупненная классификация нештатных ситуаций 4.1. Интерфейс АРМ диспетчера системы В состав РИУС ПоТок-С входит АРМ автоматического опроса, обеспечивающее сбор показаний в циклическом режиме. Фактически, этот интерфейс является наиболее употребимым, и от его качества зависит удобство эксплуатации комплекса. На АРМ автоматического опроса, для отображения текущей ситуации в системе, были использованы байтовые адресно-временные карты (АТ-карты) [11], [12]. Для отображения состояния системы используется байтовая АТ-карта с системой координат: номера телефонной станции – квантованное время, за период, определяемый оператором АРМ. Оператор системы имеет возможность визуального контроля ситуации в системе по крупномасштабной АТ-карте, мелкомасштабной АТ-карте, а также по одномерной шкале наличия нештатных ситуаций. Представление об этом способе отображения дает рис. 4.2, на котором представлен вид экрана АРМ диспетчера системы РИУС ПоТок-С в режиме автоматического опроса. Для отображения текущего состояния используется цвет, что позволяет оператору без лишнего напряжения контролировать ситуацию на объектах. Левое окно отображает все контролируемые объекты на заданном временном интервале. Правое окно позволяет получить детальную информацию о характере возникшей НС. Например, зеленый цвет прямоугольника означает, что опрос произведен по расписанию и нет НС, красный, что сеанс связи оказался неудачным, синий, что имеются нештатные ситуации на объекте и т.п. Кроме этого, при подведении курсора на соответствующий прямоугольник, оператору выводится текстовая информация о типе НС на объекте. Интегральную ситуацию в системе без привязки ко времени отображает правый столбец в каждом из окон. В терминах АТ-формализма - это результат операции проецирования АТ-карты на ось адресов. Как показала практика, AT-формализм представляет собой удобный аппарат описания пользовательских интерфейсов в многоканальных системах управления. Кроме этого, он обеспечивает возможность компактного описания алгоритма обработки АТ-карты текущей ситуации в системы с целью обнаружения НС, что иллюстрируется таблицей, представленной на рис. 4.2. Соответственно, открывается возможность развития системы по пути настраиваемого (открытого) пользовательского интерфейса как с точки зрения отображения динамической ситуации в системе, так и с точки зрения алгоритмов обнаружения НС. Операция усечения d3 [ d1 d2 ] AT = AT1 d4 Операция проецирования [ A] AT = AT2 max [ A]AT a a HC min наличие НС хотя бы на одном объекте; a2 max [ A ][ t1t 2]AT a a HC min i a1 наличие НС хотя бы на одном объекте из [a1; a2] за интервал времени [t1; t2]; max [ A][ t1t 2]AT a a HCcrit наличие критической НС хотя бы на одном объекте за интервал времени [t1; t2]; i i где aGOOD < aHCmin < aHCcrit Рис. 4.2. Пример пользовательского интерфейса АРМ оператора с использованием байтовых АТ-карт 4.2. Интерфейс АРМ инженера АРМ инженера обеспечивает возможность реализации ряда функций, которые переводят систему из класса чисто информационных в класс информационноуправляющих систем. Одной из функций системы является обеспечение возможности принятия экстренных мер в случае возникновения аварийных ситуаций. Например, при возникновении угрозы замораживания станции из-за разрыва питающего трубопровода. В этом случае осуществляется удаленное ручное управление работой теплосистемы с АРМ инженера подсистемы ПТС-2. Ошибка оператора может привести к серьезным материальным потерям, так как такие действия по определению выполняются в экстремальной ситуации. Соответственно, возникает ряд проблем системного характера, связанных с необходимостью обеспечения контроля выполнения команд, а также авторизованного доступа к командам управления оборудованием. На рис. 4.3 представлена структура экспериментального фрагмента управляющей подсистемы, в котором используется видеоинформация для контроля результатов выполнения команд оператора по управлению задвижками и клапаном слива. В исследованном варианте был использован четырехканальный IP-видеоконтроллер, обеспечивающий оцифровку, сжатие видеопотока , и его передачу по локальной сети на АРМ инженера [13],[14]. Для отработки вопросов системной интеграции при передаче изображений использовалась локальная сеть, в качестве источников сигнала – три малогабаритные черно-белые камеры. Принимаемая с видеокамер информация отображалась на виртуальной панели АРМ инженера. Вид виртуальной панели управления АРМ инженера приведена на рис. 4.4. Программное обеспечение АРМ инженера обеспечивает широкий спектр возможностей для оператора по управлению, как дистантного управления режимами работы камер, так и режимами отображения видеоинформации на виртуальной панели. Контроллер ASK Lab обеспечивает возможность дистантного управления 8 каналами, для чего используется 8 виртуальных кнопок, отображаемых в правом нижнем углу рисунка. Для визуализации используется как мнемосхема объекта с отображением значений параметров, получаемых с датчиков, так и видеоизображение текущего состояния исполнительных механизмов. При проведении экспериментов выявилась необходимость обеспечить должный уровень освещенности контролируемых зон. Для этого был использован один из каналов управления контроллера ASK Lab, что обеспечило возможность оператору дистанционно управлять освещением. К настоящему времени проведен ряд экспериментов как по визуальному контролю за текущими положением задвижек, так и по визуальному способу съема показаний с манометров. При этом сжатый видеопоток передавался по 100 Мбитной локальной сети на АРМ инженера, так как эксперимент проводился в теплопункте здания, в котором размещается диспетчерский пункт ОАО ПТС. При отображении информации с одной контрольной точки оператору представлялась возможность отслеживать ситуацию на объекте в телевизионном режиме, т.е. 25 кадров в секунду. Следует отметить, что применяемый видеоконтроллер использует мультиплицированный видеовход, и при необходимости отображения двух и более точек, возникают задержки, обусловленные тем, что минимальное время переключения между каналами составляет 250-300 мсек, что соответствующим образом ограничивает качество видео. Таким образом, при передаче команд управления по одному из каналов оказалось целесообразным отслеживать их выполнение с помощью закрепленной за этим каналом камеры. Следует отметить, что расжатие видеоинформации в реальном времени требует больших вычислительных затрат. В многоканальных систем с визуальным контролем, требуется обеспечить ресурсоемкую обработку информации в реальном времени. При проектировании пультов управления для подобного рода систем необходимо наличие методов оценки параметров системы на ранних этапах разработки. В работе [15] предложен метод АТ-моделирования, позволяющий оценивать влияние используемых программно-аппаратных средств на такие характеристики системы, как количество и параметры информационных каналов и каналов управления, обслуживаемых системой, реализуемость заданных параметров на определенном программно-аппаратном обеспечении и т.п. АРМ инженера модем Локальная сеть Контроллер ASK Lab модем камера камера IP-видеоконтроллер камера Автоматизированные задвижки (входная и выходная) Клапан слива Освещение камера Канал видеоконтроля Объект управления Рис. 4.3. Структура экспериментального фрагмента подсистемы ПТС-2 Рис. 4.4. Виртуальная панель управления АРМ инженера Был также выполнен ряд поддерживающих экспериментов по использованию модемов для передачи сжатых видеоизображений по коммутируемым сетям общего пользования. Как показали проведенные эксперименты, в этом случае в условиях г. СанктПетербурга имеется возможность передавать видеоизображение со скоростью 0.5-1 кадр/сек. Это позволяет осуществлять мониторинг состояния объекта управления и результатов действий оператора с использованием видеоканала в реальном времени. Проведенные эксперименты продемонстрировали состоятельность подобного подхода, и открывают дорогу к широкому использованию визуального наблюдения состояния объектов управления в РИУС, реализованных на базе коммутируемых линий общего пользования. Одним из дополнительных аргументов в пользу предлагаемого решения является тот факт, что в связи с бурным развитием цифровых технологий в настоящее время, аппаратная составляющая такого рода систем стремительно дешевеет. Заключение В процессе работы над проектом был проведен ряд исследований и демонстрационных экспериментов, результаты которых представляют интерес для системных интеграторов подобного рода проектов, а также для целого ряда смежных областей, использующих коммутируемые каналы общего пользования в качестве физического канала передачи данных. Список литературы 1. Анисимов А.Л., Астапкович А.М., Дмитриев С.В. и др. Проблемы и перспективы создания интегрированных коммунальных систем учета потребления энергоресурсов..// В сб. Информационно-управляющие системы и сети. Структуры. Моделирование. Алгоритмы. Политехника, СПб.,1999 ,с. 165-185. 2. Шумилов И.А., Анисимов А.Л., Астапкович А.М. и др. Перспективы создания интегрированных коммунальных систем учета потребления энергоресурсов.// В тр. конференции. Коммерческий учет энергоносителей 10-я конференция. Совершенствование измерений расхода жидкости газа и пара, Политехника, СПб.,1999 , с. 340-360. 3. Ладугин Д.В. Интегрированная система коммерческого учета тепловой энергии и природного газа на базе программно-технических комплексов серии “КРУГ-2000” Датчики и системы N 5, 2005, c.2-5 4. Бартенев В.Г., Бартенев М.В Энергосберегающая модульная АСУТП для распределенных объектов “СИНТАЛ ТЕЛЕТЕРМ” Датчики и системы N 2, 2005, c.32-35 5. Плющаев В., Грошева Л., Мерзляков В.,Перевезенцев С.,Зуев А., Пахомов А. Система дистанционного мониторинга и управления объектами. Системы Технологической Автоматизации N 2, 2003, стр. 6-15. 6. Карташев А.А., Мартынов В.И. Организация учета энергоносителей на источниках теплоты в бюджетной и жилищно-коммунальной сфере г.Сургута. В тр. конференции “Коммерческий учет энергоносителей” XX1-я международная научно-практическая конференция Санкт-Петербург, май, 2005, с.321-324. 7. Титович Ю.В., Барашков В.М. Астапкович А.М., Касаткин А.А. Обслуживание индивидуальных тепловых пунктов в филиале “Петербургская Телефонная Сеть” ОАО “Северо-Западный Телеком”, “Энергосбережение”, N4, 2005, с. 2- 6 . 8. Титович Ю.В.,Барашков В.М.,Эйбер И.М., Петрушенко С.Ю.Анисимов А.Л.,Астапкович А.М.,Касаткин А.А.,Рочев М.А. Опыт внедрения дистанционного управления режимами работы индивидуальных тепловых пунктов филиала “Петербургская телефонная сеть ” “Северо-Западный телеком” В трудах конференции “Коммерческий учет энергоносителей” XX1-я международная научно-практическая конференция Санкт-Петербург, май, 2005, с.285-288. 9. Rochev M.S. Heat consumption distributed information-control system “Proceedings of the International Seminar “Education for All”, June 25 – June 29, 2005, pages 65-69 10. Харин Ю.С.,Малюгин В.И., Кирилица В.П. и др. Основы имитационного и статистического моделирования , Учебное пособие –МН.:Дизайн ПРО”, 1997, 288 с. 11. Астапкович А.М. (2003) Формализм адресно-временных карт для описания алгоритмов функционирования многоканальных систем управления. Введение в формализм адресновременных карт. Информационно-управляющие системы, 2003, №4, c. 12. Астапкович А.М. (2004) Формализм адресно-временных карт для описания алгоритмов функционирования многоканальных систем управления. Базовые объекты и операции с АТкартами. Информационно-управляющие системы, 2004, №2, c. 37 . 13. Астапкович А.М., Востриков А.А., Касаткин А.А., Чудиновский Ю.Г., Bishop R. Опыт использования информационно-управляющих сетевых систем для передачи видеоизображений// Информационно-управляющие системы для подвижных объектов. Семинары ASK Lab 2001 / Под общ. ред. М.Б. Сергеева. – СПб: Политехника, 2002. – 180-197 c. , ISBN 5-7325-0570-9. 14. Анисимов А.Л., Астапкович А.М. Касаткин А.А., Чудиновский Ю.Г. Опыт использования IP-платформы в стендах для научных исследований. В трудах четвертой международной школысеминара БИКАМП 03, 23-27 июня 2003 г, Санкт-Петербург, c. 85-89. 15. Астапкович А.М. Касаткин А.А. Исследование возможностей ОС Linux для приложений реального времени с обработкой разнородной информации. В трудах четвертой международной школы-семинара БИКАМП 03, 23-27 июня 2003 г, Санкт-Петербург.
