Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время достижения в области микроэлектроники и снижение стоимости вычислительных средств сделали возможной выработку новой концепции оргаїшзации САУ, в основу которой легла модульно-распределенная архитектура в виде функциональных узлов, связанных в локальную сеть. Такая организация управления системой позволяет обеспечить высокую надежность путем уменьшения количества проводов и применения гальванической развязки, сократить аппаратуру посредством использования малогабаритных компьютеров и контроллеров, достичь малых сроков разработки новых систем, снизить стоимость их проектирования и внедрения, существенно облегчить их модернизацию. Указанные преимущества распределенных САУ объясняют факт их активного использования в промышленности и в других отраслях жизненного обеспечения (таких как котлы ТЭЦ, электрические машины ГЭС и АЭС).
Особенности задач, решаемых современной промышленностью, требуют унифицированного подхода к разработке аппаратно-программных систем, динамично учитывающего свойства реализуемого алгоритма, возможности и ограничения аппаратных средств. Отмеченные факторы определяют необходимость проведения исследований направленных на проектирование САУ реального масштаба времени (РВ) повышенной надежности. В этом направление ряд зарубежных и российских предприятий ведут исследовательские работы по разработке и внедрения компонентов и средства агрегирования САУ РВ. При этом определенные ограничения на пути широкого применения архитектуры САУ РВ на основе локальных вычислительных сетей (ЛВС) связаны с обеспечением гарантированной, доставкой информации межмодульного обмена и достижение высокой надежности и живучести системы.
Настоящую работу следует рассматривать как исследование, направленное на разработку компонентов архитектуры САУ РВ повышенной надежности.
Целью работы является исследование вопросов разработки компонентов архитектуры промышленных САУ РВ повышенной надежности. Предметом исследования являются интерфейсы межмодульного обмена информацией и структурное резервирование промышленных САУ РВ. Метод исследований основан на комплексном
"I
анализе вопросов организации межмодульного обмена информацией САУ РВ при асинхронном режиме управления. В работе использовались: математический аппарат теории надежности, методы статистической обработки результатов экспериментов, логическое моделирование программируемых СБИС на персональном компьютере, а также некоторые методы, опирающиеся на формальные подходы синтеза сложных систем. В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
-
Определение направлений эволюции архитектуры САУ РВ и способы измерений информационных потоков межмодульного обмена.
-
Разработка методики обеспечения гарантированной доставки информации межмодульного обмена.
-
Исследование влияния различных воздействующих факторов на надежность САУ РВ.
-
Исследования способов повышения надежности и подходов к проектированию компонентов архитектуры САУ РВ повышенной надежности.
В работе получены следующие научные результаты: 1. Определены количественные соотношения для оценки допустимой
плотности трафика в различных конфигурациях интерфейсов. 2. Предложена методика обеспечения гарантированной доставки
информации, которая позволяет существенно сократить сроки разработки
промышленной САУ РВ.
-
Предложена формула для определения коэффициента поглощения пропускной способности системы исходя из типовой циклограммы работы мажоритарных САУ РВ, в основе которой лежит подход к распределению функции механизма голосования между аппаратурой и программным обеспечением.
-
Предложена методика синтеза мажоритарного блока САУ РВ повышенной надежности. На его основе разработан механизм голосования троированных систем, для которого функции мажорирования реализованы аппаратно-программно.
Научная новизна: Суть работы заключается в разработке методик, обеспечивающих гарантированную доставку информацию межмодульного обмена и определяющих подходы к синтезу мажоритарного блока САУ РВ повышенной надежности.
Практическая значимость: Разработано устройство синхронизации процессов и межмодульного обмена информацией (формата MICRO-PC)
мажоритарных троированных САУ РВ, в основе которого лежит механизм голосования, реализованный аппаратно-программно. Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработка инженерной методики обеспечения гарантированной доставки информации межмодульного обмена, позволившая сократить сроки разработки САУ РВ.
-
Исследование факторов влияющих на надежность САУ РВ, позволившее оценить значения основных параметров и определить хмеры их улучшения.
-
Разработка инженерной методики синтеза архитектуры мажоритарных блоков САУ РВ повышенной надежности, на основе которой разработана и внедрена структура троированной САУ РВ.
Работа основана на результатах исследований, полученных автором в ходе работ по разработке компонентов и средств агрегирования САУ РВ проводимых российским предприятием ЗАО "ЭЛКУС".
Апробация работы. По результатам исследований были сделаны доклады на VI Международной научно-технической конференции "Проблемы повышения технического уровня электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и транспортных средств" Санкт-Петербург 12-15 мая 1998 г. Опубликованы три научных статьи. На предложенные оригинальные решения для проектирования высоконадежных САУ получен грант на конкурсе научных проектов студентов и аспирантов фирмы MOTOROLA (СПбГЭТУ-ЛЭТИ 1997/1998 г.).
Публикации: По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы, в том числе 1 работа опубликована в журнале "Современные технологии автоматизации и 2 тезиса докладов на конференциях.
Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из