22 февраля 2016г.
Аннотация
Дается определение распределенных систем управления, определяются основные их достоинства. Представляются общие проблемы проектирования таких систем, связанные с выбором вычислительных узлов и способов организации их сетевого взаимодействия.
Ключевые слова
Распределенные системы управления, контроллер, сетевой обмен.
Долгое время доминирующим структурным подходом к построению систем управления технологическими процессами на базе вычислительных средств было использование принципа централизации средств, когда все функции системы управления выполнялись одной микро-ЭВМ или одним контроллером. Развитие вычислительных средств – увеличение их производительности, уменьшение габаритов – и систем информационного обмена привело к возможности уйти от этого подхода и реализовывать системы управления как децентрализованные (распределенные). При этом функции управления делятся между несколькими вычислительными узлами, между которыми в общем случае нельзя выделить уровни иерархии по важности выполняемых задач.
Деление общего потока задач системы управления между ее интеллектуальными узлами на подпроцессы ведется так, чтобы связи между этими подпроцессами были сведены по возможности к минимуму. При этом интеллектуальные узлы работают относительно самостоятельно. Именно это определяет основные достоинства распределенных систем.
Прежде всего они могут строиться с использованием более простых, менее производительных, а следовательно более надежных и дешевых вычислительных средств. Программное обеспечение каждого узла также будет более простым и надежным из-за меньшего перечня выполняемых каждым из них задач и менее сложной организации реализации многозадачного режима. Такие системы более просты при вводе и эксплуатации. Появление задач информационного обмена, не свойственных централизованным и обязательных в распределенных системах, не будет являться определяющим минусом по сравнению с другими получаемыми положительными качествами.
Важнейшей проблемой проектирования любой системы является формирование и рассмотрение возможных вариантов ее реализации и выбора из них лучшего. При проектировании распределенных систем это сводится к проведению оптимального выделения подпроцессов, определения их числа, а в дальнейшем выбора контроллеров, топологии их включения в сеть, используемых при этом интерфейсов и параметров сетевого обмена.
С одной стороны это напоминает решение одной из типовых задач теории вычислительных систем при реализации многомашинных систем. Однако ряд специфичных ограничений, накладываемых на распределенную систему управления требованиями к обслуживанию технологических процессов, делает представленную задачу достаточно нетривиальной. Главным требованием, предъявляемым к системам управления технологическими процессами, является ее работа в реальном масштабе времени. К вычислительным же системам это требование не предъявляется. Обеспечение требования работы в реальном масштабе времени заставляет совершенно по другому подходить к выбору производительности вычислительных узлов – контроллеров. Наилучшим вариантом их выбора будет тот, который обеспечит не наивысшую производительность, а выполнение поставленных ограничений с наименьшими затратами, что в свою очередь, хоть и опосредованно, скажется и на обеспечении повышенной надежности системы управления. Исходя из этого же должна выбираться вместе с выбором контроллеров и топология, а также пропускная способность, объединяющей их сети.
Проблемами решения этих вопросов является разработка подхода к формализованному описанию общего перечня задач, решаемых системой, ее параметров и ограничений, на основе которого в свою очередь можно провести формирование обобщенной модели системы управления и выделить из нее все возможные варианты построения системы управления с выделением наилучших. Кроме теоретических проблем, решение этой задачи включает в себя и создание большой базы данных по контроллерам, сетевым решениям, которая должна использоваться при этом.
Безусловно, развитие вычислительных средств и сетевых решений, применяемых при построении современных систем управления, все в большей степени снимают возможные ограничения на построение распределенных систем управления и предоставляют проектировщику все большую свободу в выборе возможных вариантов ее построения. Однако, осуществление механизма проверки принятого решения или предоставления вариантов возможных реализаций, исходящих из известных ограничений, будет являться задачей постоянно актуальной.
Рассмотрение проблем распределенных систем управления находит свое отражение не только в научной значимости, но и в содержании учебных процессов в высших учебных заведениях на направлениях посвященных автоматизации технологических процессов. Связано это с тем, что обозначенный подход к созданию систем управления технологическими процессами, безусловно, является одним из наиболее перспективных и широко внедряемых в последние годы на практике.
В настоящее время на кафедре электроники и наноэлектроники Мордовского госуниверситета разработан комплекс лабораторных стендов, включающих в себя различные контроллеры, операторные панели и иные интеллектуальные узлы промышленной автоматизации. Как любой комплекс, созданный для лабораторий университета, он используется в организации занятий по соответствующим дисциплинам. Вместе с тем он создавался с учетом возможностей его использования для проверки результатов научных и практических изысканий в области проектирования распределенных систем управления.
Список литературы
1. Шишов О.В. Современные технологии промышленной автоматизации: учеб. пособие / О. В. Шишов: Издательство Мордовского университета, 2009. – 276 с.
2. Шишов О.В. Технические средства автоматизации и управления: учеб. пособие. – М.: ИНФРА-М, 2011. – 397 с.
3. Шишов О.В. Современные технологии и технические средства информатизации: учебник. – М.: ИНФРА- М, 2011. – 462 с.
4. Шишов О.В., Бобров М. А., Гераськин Е.В., Вильдеманов А.В.: Комплексное оснащение учебной лаборатории по изучению элементов систем промышленной автоматизации. Огарѐв-online. – 2014. Вып. 22 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/
5. Шишов О.В., Бобров М. А. Специализированные интерфейсы в системах «умного дома». Огарѐв-online. – 2014. Вып. 3 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/
