Комплекс технических средств автоматизации мелиоративных систем

Разработка автоматизированных в мелиоратив­ных систем ведется на базе микро-ЭВМ "Электро­ника С5-02" и "Электроника С5-12".

Микро-ЭВМ "Электроника С5-02" применяется в составе комплекса средств телеавтоматики СТА-02.01 для трехуровневых систем управления водораспределением в бассейнах рек. Нижний уро­вень управления таких систем (рис. 1) реализован в локальных системах управления гидротехническими сооружениями (ЛСУ ГТС), входящими в состав оросительной сети.

Рис. 1. Структурная схема трехуровневой системы управления водораспределением

Средний уровень уп­равления представлен телеавтоматической систе­мой управления гидротехническим участком, сос­тоящей из группы взаимосвязанных гидротехниче­ских сооружений, а верхний уровень - информаци­онно-вычислительным комплексом (ИВК), постро­енным на основе единой серии малых ЭВМ, работающим в режиме коллективного пользования и телеобработки данных.

Телеавтоматические системы управления состоят из пункта управления (ПУ), расположенного в диспетчерском пункте гидротехнического участка, и контролируемых пунктов (КП), измерительных и релейных датчиков (И и РД) электрических исполнительных устройств (ЭИУ), расположенных вблизи гидротехнических сооружений.

Структура пункта управления изображена на рис. 2.

Рис. 2. Структура пункта управления в комплексе СТА-02.01

Пункт управления предназначен для работы в двух режимах: НА ЛИНИИ С ИВК и в локальном режиме. В режиме НА ЛИНИИ С ИВК обеспечивается взаимодействие в реальном масштабе времени четырех абонентов: информационно-вычислительного комплекса, микро-ЭВМ, оператора-технолога и технологического объекта управления, каждый из которых может быть инициатором включения одной из целевых задач.

Высший приоритет имеет задача АВАРИЙНАЯ СИТУАЦИЯ НА ОБЪЕКТЕ, “которая запускается по инициативе объекта с помощью аппаратуры аварийной телесигнализации или по инициативе микро-ЭВМ после решения фоновой задачи АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ.

Второй по значимости приоритет имеет задача ОБМЕН С ИВК, которая может быть инициирована ИВК или микро-ЭВМ. Третий приоритет присвоен задаче РЕЖИМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПУЛЬТА, которая инициируется оператором-технологом с помощью телетайпа и функциональной клавиатуры и обеспечивает диалоговый режим взаимодействия оператора-технолога данного гидротехнического участка с системой управления. Более низкие приоритеты имеют фоновые задачи, решаемые в микро-ЭВМ: периодическая программная диагностика оборудования и технологического объекта управления, составление отчетных бланков по водоподаче и т. п.

К этому классу можно отнести и задачи многоканального регулирования, если они основаны на программном анализе состояния регулируемых объектов. Этим же задачам при проектировании системы управления может быть присвоен и высший приоритет, если отклонения вводить в систему с помощью аппаратуры аварийной телесигнализации.

Комплекс технических средств и его внутреннее программное обеспечение позволяют реализовать в режиме НА ЛИНИИ С ИВК шесть структурных схем обмена информацией между абонентами (рис. З, а-е):

а - оператор-технолог управляет объектом с помощью дисплея и телетайпа, используя язык высокого уровня, интерпретация которого осуществляется в ИВК; микро-ЭВМ получает команды от ИВК и включает программные модули-операторы;

б - оператор-технолог обменивается с ИВК (центральным диспетчерским пунктом) производственной и служебной информацией;

в - диалог оператора-технолога и объекта осуществляется на упрощенном языке, операторы которого интерпретируются и исполняются непосредственно в микро-ЭВМ;
г - объект управляется от ИВК посредством пересылки и запуска в микро-ЭВМ различных программных модулей;

д - объект управляется от ИВК с подтверждением решений по управлению оператором-технологом ;
е - объект управляется от микро-ЭВМ.

В локальном режиме связь с ИВК отсутствует, поэтому комплекс позволяет реализовать только схемы, изображенные на рис. 3, в и е.

Рис. 3. Структурные схемы обмена информацией между абонентами в режиме НА ЛИНИИ С ИВК

Выбор устройств взаимодействия с оператором обусловлен следующим: телетайп более прост в обслуживании и обладает большей надежностью, к тому же он дешевле, чем электрическая пишущая машинка типа "Консул", ленточный перфоратор и считыватель с перфоленты.

Быстродействие внешних устройств в рассматриваемой трехуровневой системе управления не является критичным параметром, поскольку перфоленточные устройства используются практически только при отладке и профилактических работах.

Необходимость включения в конфигурацию пульта управления буквенно-цифрового дисплея связана с тем, что оператор-технолог обычно может принять решение по управлению гидротехническим сооружением только после анализа всех переменных величин. Аварийные и предаварийные значения параметров при этом отображаются миганием с различной частотой.

Функциональная клавиатура позволяет реализовать упрощенный и ускоренный режим взаимодействия операторa-технолога с системой и особенно эффективна при работе в локальном режиме.

Телетайпная версия диспетчерской системы, обеспечивающая многопрограммный режим работы, для рассматриваемого применения предпочтительнее диспетчерской системы микро-ЭВМ "Электроника С5-01" в конфигурации абонентского пункта.

Рассмотрим особенности реализации телемеханического канала на микро-ЭВМ и аппаратуры передачи телемеханического канала (см.рис.2). В мелиорации и водном хозяйстве широкое применение нашел амплитудно-полярно-комбинационный принцип организации телемеханического канала.

В комплексе СТА-02.01 формирование сигналов в физических линиях реализуется на программном уровне и аппаратура передачи телемеханического канала состоит из специализированного программно-управляемого коммутатора, источников напряжения, коммутируемых в физических линиях и токовых реле.

Такой подход обеспечивает программируемость структуры телемеханических каналов и позволяет на стадии проектирования существенно улучшить технико-экономические показатели системы за счет оптимизации числа физических линий, выбора КП меньшей стоимости, оптимизации длительностей импульсов и т.п. при заданной адресной нагрузке и заданной топографии объекта управления.

Минимальная длительность импульсов напряжения в реальных физических линиях, используемых в мелиорации, 20 мс, что вполне реализуется на программном уровне. Остальные задачи в комплексе менее критичны по времени.

Неудобства, связанные с типами ОЗУ и ПЗУ в микро-ЭВМ семейства "Электроника С5", при данном применении исключены благодаря наличию ИВК, работающего в режиме коллективного пользования. Кроме того, в соответствии с отраслевыми техническими требованиями пункты управления подобного типа должны обеспечиваться резервированным энергопитанием. Сбои в этом случае крайне редки и рассматриваются как аварии, система после них запускается вручную.

В рассмотренном комплексе микро-ЭВМ "Электроника С5-01" (С5-02) выполняет несколько функций. Во-первых, она управляет внешними устройствами — это позволило, в частности, существенно упростить устройства сопряжения с дисплеем и модемом, упростить и унифицировать функциональную клавиатуру ввода и аппаратуру передачи телемеханического канала.

Во-вторых, микро-ЭВМ служит системным коммутатором, который обеспечивает обмен информацией между оператором-технологом, объектом и ИВК. В-третьих, микро-ЭВМ представляет пользователю возможность выполнения целевых алгоритмов управления средней сложности. В последнем случае микро-ЭВМ становится инициативным абонентом.

Эффективно применение микро-ЭВМ в составе комплекса технических средств автоматизированной мелиоративной системы - это центральные блоки функционально открытых агрегатных комплексов приборов и средств автоматизации мелиоративного назначения. Микро-ЭВМ в данном случае реализует управление всеми операциями в интерфейсном канале.

Широкая номенклатура датчиков и исполнительных устройств, изменение их числа при переходе от объекта к объекту в значительных пределах, этапность автоматизации, при которой со временем изменяется функциональная нагрузка конкретной системы управления и происходит ее интегрирование в систему более высокого уровня - все это диктует необходимость строить комплекс технических средств автоматизации мелиоративных систем на базе принципов агрегатирования, модульности, унификации интерфейсного канала.

На рис. 4 приведена структура агрегатного комплекса с использованием функциональных блоков телемеханических систем, объединяемых магистральным интерфейсным каналом (ИК) ЕИ-1, и с микропроцессорной централью ЦМ на основе микро-ЭВМ "Электроника С5-11" (С5-12).

Рис. 4. Структурная схема агрегатного комплекса

В состав комплекса входят следующие функциональные блоки:
- блок управления цифровыми индикаторами (БУНИ);
- блок цифровых и буквенноцифровых индикаторов (БИ);
- блока ввода-вывода с печатью, выводом на перфоленту и вводом с клавиатуры и перфоленты (ВВУ);

- передатчик телесигналов (ПДТС); приемник телеуправления (ПРТУ);
- удлинитель интерфейса (УИ); преобразователь частота-код (ПРЧК);
- приемник интегральных телеизмерений (ПРИТ);

- преобразователь кодов (ПК);
- аппаратура передачи телемеханического канала системы телемеханики ТМ-130 (АПТК ТМ-130); интерфейс к стандартной аппаратуре передачи данных (ИПД);
- разделитель интерфейса (РИ); две интерфейсные карты сопряжения с ЭВМ М-6000;

- многоканальный преобразователь код-ток (МПКТ);
- многоканальный преобразователь напряжение-код (МПНК);
- блок воспроизведения телесигналов (БВТС) (см. рис. 4).

Из блоков комплекса строятся многоканальные цифровые регуляторы (состав: микро-ЭВМ, ОЗУ, ПЗУ, ПРТУ и МПНК. Вместо последнего могут применяться ПРЧК, ПК или ПДТС), которые соединяются с системами верхнего уровня с помощью ИПД или АПТК ТМ-130 и с другими регуляторами при каскадном регулировании с помощью АПТК ТМ-130 или МПКТ, системы дистанционного контроля и регулирования крупными гидротехническими сооружениями и системы управления поливом (состав: микро-ЭВМ, ОЗУ, ПЗУ, БУЦИ, БИ, ПДТС, ПРТУ, ПК, ПРИТ, ПРЧК, МПНК, БВТС), пункты управления телемеханических и телеавтоматических систем (состав: микро-ЭВМ, ОЗУ, ПЗУ, БУЦИ, БИ, ВВУ, АПТК, ТМ-130, РИ, ИК, БВТС, ИПД), входящих в интегрированные АСУТП.

Системы, построенные на основе комплекса, объединяются между собой с помощью удлинителя интерфейса на расстояниях до 150 м, который позволяет также удалять на это расстояние все функциональные блоки комплекса.