• Главная
  • Статьи
  • Методы эффективного использования в системах телемеханики протоколов информационного обмена IEC 60870-5-101(104)

Системотехника интегрированных информационно – управляющих комплексов «Гранит-микро»

Традиционно информационно – управляющие комплексы для энергетики решали задачи автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ), а пакет программ выполнял функции SCADA ОИК – супервизорного контроля, обработки и отображения оперативной информации – команд телеуправления исполнительными механизмами, сигнализации состояния (положения) контролируемых исполнительных механизмов и измерений текущих значений параметров электрической сети.
Современный этап создания информационно-управляющих комплексов характерен  переходом от микросхем малой и средней степени интеграции к микро ЭВМ, доступностью элементной базы ведущих мировых производителей, тенденцией проведения информационных обменов по высокоскоростным (цифровым) каналам связи.  Большая часть изготовителей информационно-управляющих комплексов использует «готовые» компоненты – программируемые контроллеры, изначально адаптированные для работы в локальных системах. Ощущается попытка декретирования проведения информационных обменов по международным стандартам без критического анализа их применимости к реальным условиям применения.

Комплекс указанных особенностей создает иллюзию возможности синтеза высококачественного конечного продукта простым набором компонентов известных производителей. Зачастую исключается важнейший этап системного анализа интегральных параметров создаваемого изделия. Все реже в профессиональных изданиях публикуются теоретические разработки новых методов передачи информации, повышения достоверности, помехозащищенности, надежности. Интегральные вероятностные показатели в рекламных и информационных материалах подменяются их более простыми аналогами. Быстродействие, помехоустойчивость и достоверность предлагается определять, соответственно, временем передачи по каналу связи одного информационного сообщения, степенью  защищенности и вероятностью пропуска искажений информации только помехами в канале связи. Упрощенные методы определения важнейших интегральных показателей информационно-управляющих комплексов приводят к резкому расхождению рекламных и реальных показателей, особенно в нештатных ситуациях. Проиллюстрируем сказанное примерами.
Решение насущных задач энергосбережения невозможно без перехода от относительно простых АСДУ к интегрированным системам, включающим подсистемы технического или коммерческого учета потребления энергоресурсов (АСКУЭ) и регистрации аварийной информации (РАИ). Увы, многие производители систем решают сложнейшую задачу механическим введением дополнительных модулей сбора и обработки новых видов информации.
Невозможность «механического» создания современных многофункциональных комплексов была доказана комплексными теоретическими исследованиями, проведенными с привлечением аппарата теории массового обслуживания, вероятности, надежности, при обосновании системотехники нового поколения известной марки «Гранит» (разработчик НПП «Промэкс» при участии научных работников Московского института (технического университета) электронной техники). Теоретически проанализированы условия достижения высоких интегральных показателей при работе комплексов в нормальных и аварийных (нештатных) условиях.
Рассмотрим методику построения «традиционных» подсистем телесигнализации и телеуправления в интегрированном комплексе.
В традиционно используемых программируемых контроллерах - «модулях ввода дискретных сигналов», информация от датчиков (источников сигналов) заносится в промежуточный регистр, данные которого используются для обработки и формирования информационного сообщения. В результате часть трассы доставки данных от источника до приемника – датчики, цепи их связи с модулем, регистр памяти, источники помех, действующие в «пространстве» от датчиков до модуля, остаются вне контроля и не могут быть обнаружены. В таких условиях реальная достоверность подсистемы, определяемая по вероятности не обнаруживаемого искажения, не лучше 10-7.
На рис. 1 приведена  трасса сигналов состояния оборудования от датчиков до приемника – элемента или прибора отображения принятого сигнала.

Вероятность не обнаруживаемого искажения дискретных сигналов (Риск дс) с учетом параметров всей приведенной на рисунке трассы ввода – вывода, считая независимыми событиями каждую из составляющих суммарной вероятности, равна

Риск дс = Рввод + Ркс + Ркодер + Рдекодер ,                                               (1)

где Рввод – вероятность не обнаруживаемого искажения дискретных сигналов при вводе информации от датчиков, Ркс – вероятность не обнаруживаемого искажения кода из-за помех в канале связи, Ркодердекодер) – вероятность не обнаруживаемого искажения кода в кодере (декодере).
Суммируя все составляющие вероятности не обнаруживаемого искажения дискретных сигналов, получим (вывод конечной формулы опущен):

Расчеты показывают, что при числе сигналов в одном модуле n=32  Рдс  ∼10-13 , т.е. параметры канала удовлетворяют самым жестким требованиям стандартов.
Требуемый уровень интегральной достоверности канала дискретных сигналов в рамках интегрированного комплекса достигается использованием специального варианта кода “повторение с условной инверсией” с его наложением на циклический код (запатентованный условно корреляционный биимпульсный код). Защитить информацию от искажений помехами в канале связи и повысить интегральную достоверность можно, включив в цепь динамического контроля практически все узлы, начиная от цепи связи модуля с датчиком и заканчивая узлами приемника (декодера).
Однако использование нового подхода к построению системы одновременно приводит к увеличению вдвое времени съема информации от датчиков и длины информационного сообщения.
Поэтому методология достижения высокой достоверности должна сочетаться с методами сокращения времени на подготовку и передачу информационных сообщений.
В ИУТК «Гранит-микро» все информационные сообщения разделяются на оперативную и неоперативную составляющие. Оперативная информация - срез текущего состояния объектов контроля, а неоперативная – временная последовательность изменений состояния объектов за время контроля нештатной ситуации. Оперативная информация доставляется в приемник с минимальной задержкой и поступает на приборы отображения состояния объектов, а по неоперативной информации с точностью не хуже ±5 мсек восстанавливается системное (астрономическое) время «событий», которые зафиксированы на разных контролируемых пунктах независимо от типа и производительности каналов связи.
Для достижения высокой интегральной достоверности подсистемы телеуправления в ИУТК «Гранит-микро» используется разделение информационного сообщения на составляющие, которые формируются в виде биимпульсного условно корреляционного кода, стандартный циклический код, обрамляющий информационное сообщение. Кроме того, процедуры управления разделяются на подготовительный и исполнительный этапы при использовании паузы между этапами для контроля методом информационной обратной связи практически всей аппаратуры, включая выходные реле.
В результате теоретического анализа, аналогичного приведенному выше для подсистемы телесигнализации, получено значение вероятности не обнаруживаемого искажения  команды телеуправления  Рнеоб КУ ∼ 10-16.
Информационные потоки подсистемы учета электроэнергии (и других энергоресурсов) в ИУТК «Гранит-микро» разделены на оперативную и неоперативную составляющие. Для передачи оперативной информации используются данные от числоимпульсных выходов счетчиков. Информационное сообщение, включающее коды числа импульсов от 8-16 счетчиков, по методу нарастающего итога (без обнуления накопителей импульсов) передается с циклом в одну - три минуты. Оперативная информация отображается плотноупакованным сообщением и позволяет контролировать мгновенную и усредненную мощность. Неоперативная информация считывается с кодовых выходов счетчиков. Выделение оперативной информации позволяет резко снизить суммарную нагрузку на канал связи и практически исключить влияние подсистемы АСКУЭ на динамические параметры АСДУ.
Аналогично в ИУТК «Гранит-микро» построена подсистема РАИ. Введенные в состав устройств контролируемых пунктов многоканальные модули сопряжения с устройствами, поддерживающими магистральный интерфейс RS-485 и протокол Modbus, позволяют получать оперативную информацию – данные о месте короткого замыкания, пиковые значения тока и напряжения. Оперативная информация дополняется неоперативной, в которую вводятся массивы данных для анализа нештатной ситуации.
В результате разделения информационных потоков удается сохранить высокую оперативность АСДУ  в рамках  интегрированного комплекса.
Наиболее важный динамический параметр комплекса - вероятный временной сдвиг между моментами возникновения «события» и его регистрации приемником, в значительной мере определяется адекватностью используемого протокола передачи данных реальным условиям – виду канала связи, числу пунктов переприема (ретрансляции) информации. Перенос протоколов, оптимальных при проведении межсистемных информационных обменов, например, по стандарту МЭК-870-5-101 (105), на внутрисистемные обмены увеличивает указанный временной сдвиг. Анализ показывает, что для информации, несущей аварийный характер, временной сдвиг уменьшается в 3-5 раз при переходе от «межсистемного протокола» к использованию «плотноупакованных информационных сообщений», сформированных, например, по рекомендациям Х.25 (протоколу HDLC). Еще большие потери в оперативности доставки аварийной информации следует ожидать при переходе на работу по резервному каналу связи, если нештатная ситуация распространится на работу основного, как правило, более производительного канала связи.
Очевидно, что методика формирования информационных сообщений в интегрированных комплексах усложняется, поэтому актуальной является задача информационного обмена между программным продуктом производителя телемеханического комплекса с «верхним уровнем». При создании ИУТК «Гранит-микро» учитывалась необходимость проведения информационных обменов между изделиями разных производителей. Для достижения совместимости программ разных производителей, т.е. для упрощения экспорта данных из SCADA ОИК «Гранит-микро», в программный пакет НПП «Промэкс» вводится фирменный ОРС – сервер.
Приведенными примерами иллюстрируется лишь часть системных проблем, решение которых определяет реальные параметры  интегрированных многофункциональных телемеханических комплексов, ориентированных на работу в нормальных и аварийных режимах. Становится очевидным, что для перехода к интегрированным информационно - управляющим комплексам недостаточно простого расширения номенклатуры вводимых в него модулей, необходим всесторонний системный анализ достоверности, производительности, оперативности при работе в наиболее жестких - нештатных (аварийных) условиях.