• Главная
  • Статьи
  • Особенности построения интегрированного информационно-управляющего комплекса «Гранит-микро»

Перспективы и риски при создании современных информационно-измерительных и управляющих телемеханических комплексов

Основой создания перспективных информационно-измерительных и управляющих телемеханических комплексов (ИУТК) является:
    - доступность современной микропроцессорной элементной базы,
    - использование высокоскоростных цифровых каналов связи для информационного обмена между пунктом управления - центральной приемо-передающей станцией (ПУ-ЦППС) и контролируемыми пунктами (КП),
    - применение общепринятых международных протоколов по стандарту МЭК 870-5-104 (101).


Отмеченные факторы, способствующие созданию перспективных ИУТК, сочетаются с требованиями, которые усложняют решение задачи:
    - увеличение не менее чем второе числа измеряемых параметров,
    - замена традиционных датчиков аналоговых сигналов – нормирующих преобразователей, многофункциональными цифровыми преобразователями (ЦП),
    - использование информационных, управляющих и измерительных узлов устройств защиты и автоматики (УЗА),
    - использование счетчиков электрической энергии (Сч) не только в качестве источников интегральных телеизмерений (ТИИ) – энергии, мощности, но и для телеизмерения текущих параметров (ТИТ) – тока, напряжения,
    - регистрация ИУТК в реестре средств измерительной техники.
Рассмотрим влияние указанных  факторов на структуру и программное обеспечение ИУТК.
Микропроцессорная элементная база позволяет перенести «интеллект» ИУТК не только с уровня пункта управления (ПУ) на контролируемые пункты (КП), но и с уровня КП на функциональные модули ввода – вывода – передачи - преобразования информации. Принцип «рассредоточения интеллекта» выгодно отличает ИУТК от суррогатных систем телемеханики, построенных на программно-логических контроллерах (ПЛК), в которых универсальные модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов являются простыми ретрансляторами данных циклического действия, а аппаратура и программы обработки, проверки достоверности, привязки информации к меткам времени сконцентрированы в «центре». Явно уступая ИУТК в достоверности информации и других важнейших параметрах, системы телемеханики на ПЛК «от ведущих мировых производителей» все чаще оказываются победителями тендеров по системам телемеханики. Почему? Достаточно вчитаться в «современные» технические требования к системам телемеханики, чтобы убедиться в том, что в них практически исчезли цифровые показатели реального быстродействия, надежности, помехоустойчивости, достоверности. Указание на необходимость сопровождения данных астрономическим временем не дополняется требованием к точности привязки «событий» к этому времени. Очевидно, что привязка «событий» к меткам времени целесообразна только тогда, когда по ним можно однозначно установить последовательность любых «событий». Поэтому подмена точности метки времени ее дискретностью не только неэффективна, но и опасна из-за возможного некорректного определения причины и следствия анализируемой нештатной ситуации.
Следует подчеркнуть, что некорректность и неполнота технических требований к системам телемеханики в немалой степени объясняется тем, что профильные стандарты, в том числе базовый ГОСТ 26.205, устарели и не являются стимулами для совершенствования изделий и барьером на пути применения некачественного продукта. В стандартах не отражены новые реалии – цифровые каналы связи, новые виды источников информации.
Переход к использованию цифровых каналов связи создает иллюзию возможности обеспечения требуемой оперативности - времени сбора и доставки всей измерительной, контрольной и управляющей информации, без применения традиционных для телемеханики методов сжатия информации. Анализ временных параметров ИУТК показывает, что резкое увеличение числа и видов телеизмерений привело к переносу «узкого места» системы телемеханики с канала связи КП-ПУ в устройство КП.
Само по себе увеличение объема измерительной информации достаточно просто решается интеллектуальными модулями со встроенными микро ЭВМ. Более того, возможность резкого увеличения объема информации принципиально позволяет реализовать на безе устройства КП АСУ ТП энергообъекта. Такой подход к КП даже необходим для того, чтобы стандартные АСУ ТП, оснащенные средствами передачи информации по каналам связи, не вытеснили ИУТК из рынка информационных систем, несмотря на то, что системы телемеханики обеспечивают выполнение более жестких требований по обеспечению помехоустойчивости и достоверности информации. Поэтому увеличение объема информации в ИУТК должно сочетаться с дополнительным повышением оперативности, надежности и целостности (точности) информации не только измерительных каналов, но и  традиционных для автоматизированных систем диспетчерского управления  подсистем телесигнализации (ТС) и телеуправления (ТУ). Причем при расчете требуемых параметров ИУТК необходимо учесть резервирование не только канала связи с ПУ-ЦППС, но и цепей ввода и вывода информации, а также создание АРМ «нижнего уровня» - дежурного, оператора, диспетчера.
На увеличение интенсивности потока информации, в первую очередь, влияет переход от группового параллельного сканирования датчиков ТС, ТИТ, ТИИ к последовательному опросу приборов - ЦП, УЗА, СЧ, что приводит к многократному увеличению объема информации, получаемой от одного прибора, по сравнению с данными, считываемыми от отдельных «традиционных» датчиков.
Увеличение объема данных при ограничении времени опроса всех источников информации и вывода данных приемникам требует повышения оперативности сбора информации, что приводит к необходимости уменьшения цикла опроса приборов и существенному увеличению нагрузки на контроллеры ввода и обработки информации.
Решающую роль для повышения пропускной способности КП играет реализация предварительной обработки информации непосредственно в модулях ввода данных. Одним из важных элементов предварительной обработки данных является фиксация модулями «событий для передачи» - изменений дискретных сигналов и выбега измеряемых параметров за установленную зону нечувствительности. Такая структура ИУТК позволяет сочетать циклический ввод данных в отдельные модули со спорадическим выводом информации в центральный контроллер и обеспечить резкое уменьшение потока данных по общей для всех модулей внутренней магистрали связи с центральным контроллером.
Важным конкурентным свойством ИУТК является формирование меток времени непосредственно в модулях ввода информации, а не в центральном контроллере. Для примера можно привести метод формирования системы относительных меток времени, примененный в ИИ-УТК «Гранит-микро». Относительная метка времени соответствует задержке между моментами фиксации «события» и вывода информации из модуля-источника. При вводе информации от модуля-источника в приемник, например в АРМ диспетчера, относительная метка времени вычитается из зафиксированного в данный момент системного (астрономического) времени. Очевидно, что  при этом точность привязки «событий» к системному времени не зависит от числа модулей и порядка их опроса центральным контроллером. Система относительных меток времени интегрирует отдельные метки времени, которые формируются не только модулем-источником первичной информации, но и всеми другими модулями, образующими трассу доставки информации приемнику, включающему источник системного (астрономического) времени. Поэтому высокая точность привязки «событий» к системному времени обеспечивается для данных разных КП и не зависит от скорости передачи информации по каналам связи КП-ПУ.
Использование для информационных обменов КП-ПУ унифицированных международных протоколов должно обеспечить независимость Заказчика от производителя компонентов системы телемеханики. Сейчас в качестве базовых приняты протоколы по стандартам МЭК 870-5-101 и МЭК 870-5-104. К сожалению, переход к базовым протоколам не сопровождается выработкой требований к аппаратным и программным решениям систем телемеханики. В результате большинство систем телемеханики не работает в указанных протоколах, а «поддерживает» их. «Поддержка» протоколов приводит к появлению большого числа вариантов реализации информационных обменов. В результате зависимость Заказчика от поставщика компонентов системы телемеханики не уменьшается. Более того, отсутствие жесткой корреляции между схемными и системными решениями ИУТК и идеологией используемых протоколов приводит к снижению основных параметров системы телемеханики – достоверности, оперативности, надежности.
Приведем примеры. Кодовое расстояние блока данных прикладного уровня, используемого для передачи команды ТУ, равно четырем. Если «бороться» только с искажениями сообщений в канале связи, такой уровень защиты достаточен для обеспечения требования ГОСТ 26.205 к вероятности не обнаруживаемой трансформации команды. Однако расчет интегральной достоверности команды ТУ для ИУТК в целом показал, что применение рекомендованного блока данных как для передачи команды ТУ, так и обратного контрольного сообщения не позволяет зафиксировать любую однократную ошибку в тракте - от формирователя до вывода ТУ.
Несмотря на большое число возможных форматов данных базовых протоколов, они, с одной стороны, избыточны (т.е. снижают реальную оперативность ИУТК), а с другой стороны – не отражают особенности передачи данных от ЦП, УЗА, СЧ, что приводит к появлению дополнительных вариантов реализации протоколов.
Актуальна реализация резервирования цепей ввода ТС, ТИТ, ТИИ от указанных устройств, а также каналов вывода команд ТУ. Естественно, что резервирование должно затрагивать не только структуру модулей и устройств, но и реализацию базового протокола.
Стандарт МЭК 870-5-101 декларирует наличие канального и прикладного уровней, но фактически функции канального уровня низводятся до простой ретрансляции данных с физического на прикладной уровень, хотя аппаратно в линейные адаптеры канального уровня включаются микро ЭВМ, способные самостоятельно анализировать корректность принятых сообщений. Однако из-за отсутствия нумерации блоков данных все функции протокола для двух уровней, включая и подтверждающие квитанции, перенесены с линейного адаптера в центральный контроллер, в результате чего обмен информацией ПУ-КП фактически проводится не в режиме «точка-точка», а в режиме «магистраль», т.е. дополнительно снижается оперативность работы системы телемеханики. В то же время стандарт МЭК 870-5-104 в сочетании с дополнительным протоколом TCP/IP позволяют вводить нумерацию передаваемых блоков данных и формировать циклические стеки информационных буферов. Этим увеличивается эффективность использования пропускной способности каналов связи, а также реализуется несинхронная передача данных нескольким независимым получателям при существенно различающихся пропускных способностях каналов связи с разными получателями.
Следует отметить, что имеющиеся потенциальные возможности принятых базовых протоколов часто не используются в ИУТК. Математически доказано, что разделение всех видов информации на оперативную и неоперативную составляющие позволяют не менее чем вдвое увеличить оперативность системы, используя комбинацию блоков данных без меток времени для оперативной передачи «событий» и с метками времени, которыми фиксируется последовательность «событий». Наличие блока данных с биимпульсным представлением дискретного сигнала дает возможность совместить операции ввода и кодирования ТС и реализовать динамическую диагностику работоспособности не только аппаратуры модуля, но и цепей связи с датчиками.
Важным критерием эффективности ИУТК является его сертификация как средства измерительной техники с аттестацией оперативности и достоверности электрических трактов преобразования и отображения всех видов информации. Процедуры сертификации требуют углубления интеграции системных решений ИУТК и используемых протоколов информационного обмена.
Приведенные аспекты создания ИУТК показывают целесообразность проведения работ по гармонизации  базовых протоколов и структуры системы телемеханики.