Устройство управления системой объектов по силовому проводу и адаптер этого устройства

Изобретение относится к электросвязи, радиотехнике и вычислительной технике. Техническим результатом изобретения является повышение качества управления. Предложено устройство управления системой объектов, содержащее соединенный с автономным источником электропитания силовой провод, адаптеры, подключенные между силовым проводом и объектами, образующие с объектами контуры управления и выполненные программируемыми с возможностью синхронизации приема информации, в котором силовой провод одновременно служит для передачи информации, а адаптеры выполнены с возможностью учета помех. Адаптер, подключенный между силовым проводом и автономным источником электропитания, выполнен, кроме того, с возможностью синхронизации передачи информации между остальными адаптерами с учетом моментов возникновения помех и регулирования напряжения электропитания. Предложен, кроме того, адаптер этого устройства. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к электросвязи, радиотехнике и вычислительной технике. Оно применимо для управления системой объектов с автономным электропитанием, например, автотранспортным средством.

В известных устройствах управления системой с большим количеством объектов (SU 460530, 20.06.1975; SU 652527, 15.03.1979; SU 1295369, 07.03.1987; WO 97/19393, 29.05.1997) возникает необходимость реализации большого количества контуров управления, связывающих эти объекты через регуляторы, В результате возникает сложная, разветвленная, меняющаяся во времени система связи объектов с регуляторами и регуляторов между собой. Большое количество физических связей (например, проводов или частотных диапазонов передач) приводит к значительному уровню помех и резкому усложнению физической реализации системы управления, а это, в свою очередь, снижает качество управления. Кроме того, резко понижается надежность систем управления, их адаптируемость к конкретному объекту, к изменению функций как объекта, так и системы в целом.

Известны также устройства (RU 2138120, 20.09.1999; DE 19621384, 28.11.1996; DE 19838469, 02.03.2000; RU 2178952, 27.01.2002; ЕР 0754990, 22.01.1997), использующие для реализации управления большим количеством объектов другой принцип связи - так называемый канальный. Вместо разветвленной сети в них используется ограниченное число каналов связи с последовательной передачей информации. Реализация канального способа связи регуляторов, датчиков и исполнительных механизмов объекта при сохранении принципа независимого управления объектами заставляет использовать большие скорости передачи управляющей информации по каналу связи. Этот обусловлено требованием обеспечить малый шаг временного квантования информации с целью сохранения качества регулирования. Увеличение числа объектов и контуров регулирования увеличивают загрузку канала синхронизирующей и служебной информацией, максимальный объем которой достигается при минимальной зависимости процессов, выполняемых подключенными к каналу устройствами. При этом эффективная скорость передачи управляющей информации при фиксированной скорости передачи падает. Обеспечение помехоустойчивости канала связи также требует увеличения скоростей передачи.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого устройства является система управления распределенными процессами (WO 03/019303, 06.03.2003). Система содержит управляемые объекты, являющиеся элементами некоторой системы («распределенного объекта»); адаптеры (контроллеры) - устройства, каждый из которых программно управляет процессами в одном из объектов системы; «мастер» - устройство, обеспечивающее управление процессом обмена информации между адаптерами. Объекты соединены между собой каналом связи через адаптеры.

Каждый адаптер содержит интерфейс связи (сочетающий функции приемника и передатчика) и шаговый контроллер. Последний выполняет функции: развертки принятой информации в соответствии с номером процесса в объекте, обработки информации с объекта, передачи ее по завершении обработки, регулирования объекта в соответствии с информацией, полученной по каналу связи в соответствии с шагом процесса регулирования.

Мастер осуществляет синхронизацию работы адаптеров, накапливая информацию о состоянии процессов по объектам и распределяя ее по процессам, что приводит к одновременному существованию в системе двух несинхронных потоков информации (поток информации, передаваемой объектами, и поток информации, группируемой по процессам).

Невозможность полной синхронизации потоков информации в прототипе приводит к невозможности создания устойчивых контуров управления процессами, включающими в себя более одного узла, если полный цикл обмена сравним по времени с циклом регулирования, что порождает «шум управления». В прототипе не предусмотрено никаких средств защиты от внешних помех. Указанные особенности существенно снижают качество регулирования, что ограничивает область применения системы только средами с большими постоянными времени («медленные» объекты - музеи, кинотеатры, луна-парки, химические процессы и т.д.).

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества управления.

Предлагается устройство управления системой объектов, содержащее соединенный с автономным источником электропитания силовой провод, адаптеры, подключенные между силовым проводом и объектами, образующие с объектами контуры управления и выполненные программируемыми с возможностью синхронизации приема информации, в котором силовой провод одновременно служит для передачи информации, а адаптеры выполнены с возможностью учета помех. Адаптер, подключенный между силовым проводом и автономным источником электропитания, выполнен, кроме того, с возможностью синхронизации передачи информации между остальными адаптерами с учетом моментов возникновения помех и регулирования напряжения электропитания.

Предлагается также адаптер указанного устройства, содержащий приемник, передатчик, блок развертки, оперативно-запоминающее устройство (далее - ОЗУ), блок управления объектом, синхронизатор, блок ввода-вывода, блок преобразователей. Блок управления объектом, блок ввода-вывода и блок преобразователей выполнены программируемыми. Первый вход приемника предназначен для подключения к силовому проводу, первый выход подключен к первому входу блока развертки, второй выход - к первому входу синхронизатора, а третий выход - к первому входу передатчика. Второй вход передатчика подключен к первому выходу блока развертки, третий вход - к первому выходу синхронизатора, а выход предназначен для подключения к силовому проводу. Второй вход блока развертки подключен к первому выходу ОЗУ, а третий вход - ко второму выходу синхронизатора. Первый вход блока управления объектом подключен к четвертому выходу ОЗУ, а первый выход - к четвертому входу ОЗУ. Первый вход ОЗУ подключен к первому выходу блока ввода-вывода, второй вход - к третьему выходу синхронизатора, третий вход - ко второму выходу блока развертки, а третий выход - к первому входу блока ввода-вывода. Второй вход блока ввода-вывода подключен к первому выходу блока преобразователей, а второй выход - к первому входу блока преобразователей. Блок преобразователей имеет, кроме того, входы и выходы для подключения к объекту. В заявляемом адаптере первый выход блока развертки подключен ко второму входу приемника, второй вход синхронизатора подключен к пятому выходу ОЗУ, третий вход - ко второму выходу блока управления объектом, четвертый вход - к третьему выходу блока ввода-вывода, а четвертый выход - ко второму входу блока управления объектом.

Технический результат достигается в изобретении за счет реализации нескольких факторов. Это, во-первых, организация непрерывного произвольного доступа к системной информации для всех блоков управления объектами при минимальном количестве физических каналов связи. Во-вторых, это уменьшение собственного шума канала связи, вызываемого случайным разбросом времени чистого запаздывания по каждой из компонент управляющей информации. При этом скорость передачи по физическому каналу связи существенно не повышается, что достигается посредством адаптивной централизованной синхронизации обмена. В-третьих, это сокращение в каждой посылке доли служебной информации (то есть адресации, сведений о длине и приоритете посылки и т.п.), за счет чего увеличивается доля непосредственно управляющей информации. И наконец, в-четвертых, - обеспечение высокой помехоустойчивости за счет исключения большей части помех из процесса передачи информации при одновременной минимизации затрат времени на реализацию данного процесса.

Устройство и функционирование заявляемого изобретения проиллюстрированы графическими материалами, где на фиг.1 представлена схема устройства управления системой объектов, на фиг.2 - схема подключения адаптеров к объектам, на фиг.3 - схема адаптера устройства управления системой объектов, на фиг.4 - принципиальная схема работы устройства, на фиг.5 - блок-схема процедуры формирования момента передачи маркера пропуска тактов, содержащих помехи, на фиг.6 - временная диаграмма обмена, на фиг.7 - временная диаграмма видов маркеров.

Устройство управления системой объектов (схема на фиг.1) содержит соединенный с автономным источником электропитания 1 силовой провод 2, адаптеры 3, подключенные между силовым проводом и объектами 4 и образующие с объектами контуры управления. Силовой провод одновременно служит для передачи информации. Адаптеры выполнены программируемыми с возможностью синхронизации приема информации и учета помех. Адаптер 3', подключенный между силовым проводом и автономным источником электропитания, выполнен, кроме того, с возможностью синхронизации передачи информации между остальными адаптерами с учетом моментов возникновения помех и регулирования напряжения электропитания.

Обеспечивается два варианта подключения адаптеров к объекту (фиг.2). В случае подключения к встроенной системе управления объектом адаптер 3' на стыке с системой управления объектом выполняет функции имитатора сигналов управления контура регулирования i и частичные функции регуляторов контуров регулирования i, l. В случае подключения адаптера непосредственно к датчикам и исполнительным механизмам объекта адаптеры i и k выполняют функцию регулятора объекта k на этом стыке и частичные функции регуляторов контуров регулирования i, l...i, k.

Адаптер устройства управления системой объектов (схема на фиг.3) содержит: приемник 5, передатчик 6, блок развертки 7, ОЗУ 8, блок управления объектом 9, синхронизатор 10, блок ввода-вывода 11 и блок преобразователей 12. Блок управления объектом, блок ввода-вывода и блок преобразователей выполнены программируемыми.

Первый вход приемника 5 предназначен для подключения к силовому проводу, первый выход подключен к первому входу блока развертки, второй выход - к первому входу синхронизатора, а третий выход - к первому входу передатчика. Второй вход передатчика 6 подключен к первому выходу блока развертки, третий вход - к первому выходу синхронизатора, а выход предназначен для подключения к силовому проводу. Второй вход блока развертки 7 подключен к первому выходу ОЗУ, третий вход - ко второму выходу синхронизатора, а первый выход - ко второму входу приемника. Первый вход блока управления объектом 9 подключен к четвертому выходу ОЗУ, а первый выход - к четвертому входу ОЗУ. Первый вход ОЗУ 8 подключен к первому выходу блока ввода-вывода, второй вход - к третьему выходу синхронизатора, третий вход - ко второму выходу блока развертки, а третий выход - к первому входу блока ввода-вывода. Второй вход синхронизатора 10 подключен к пятому выходу ОЗУ, третий вход - ко второму выходу блока управления объектом, четвертый вход - к третьему выходу блока ввода-вывода, а четвертый выход - ко второму входу блока управления объектом. Второй вход блока ввода-вывода 11 подключен к первому выходу блока преобразователей, а второй выход - к первому входу блока преобразователей. Блок преобразователей 12 имеет, кроме того, входы и выходы для подключения к объекту: входы связаны с датчиками, а выходы - с исполнительными механизмами объекта.

Каждый из адаптеров в течение кванта времени τn цикла n выполняет следующие действия:

- обрабатывает данные объекта Xin;

- формирует вектор команд Мin исполнительным механизмам объекта i;

- формирует на базе Min данные частичных регуляторов для других объектов (k);

- формирует указатель помехи исполнительного механизма j-Njn;

- передает величину изменения данных, если она отлична от нуля, и указатель помехи, сформированные в предшествующем цикле (n-1).

Для выполнения этих действий в адаптер входят приемник 5 и передатчик 6, охваченные цепью обратной связи (далее - ОС), которая обеспечивает согласование передатчика и канала связи, как это делается, например, в US 4745391, 17.05.1988.

Приемник, кроме последовательности данных, поступающих на блок развертки 7, выделяет из поступающего сигнала маркеры синхронизации процесса обмена М и передает их на вход синхронизатора 10, который в свою очередь выдает команды управления на блок развертки. Блок развертки, принимая последовательность данных от приемника и команды от синхронизатора:

- формирует входную зону интерфейсного окна ОЗУ, сортируя данные в соответствии с входными векторами частичных регуляторов X(n-1)ij;

- формирует зону маски исполнения интерфейсного окна ОЗУ;

- выводит на передатчик последовательность данных, соответствующую выходному вектору частичных регуляторов Y(n-1)0ij и вектору помех Ni(n-1) из зоны вывода интерфейсного окна ОЗУ.

Синхронизатор считывает из зоны синхронизации интерфейсного окна ОЗУ номер адаптера, индикатор наличия информации, метки помех, подтвержденные сигналом с выхода блока ввода-вывода, синхронизируется маркерами, поступающими с приемника, и выдает команды бланкирования передачи на передатчик.

Параллельно с этим процессом синхронизатор выполняет процедуру формирования текущего указателя помех, получая сигнал от блока управления объектом о месте их появления.

Блок управления объектом выполняет процедуры как регулятора своего объекта, так и частичных регуляторов других объектов, как это указано в зоне маски исполнения рабочего окна, и формирует выходную зону рабочего окна ОЗУ.

Блок ввода-вывода выполняет процедуры (драйверы):

- вывода вектора команд Min на исполнительные механизмы объекта через блок преобразователей из зоны буфера ввода-вывода рабочего окна ОЗУ;

- ввода и предварительной подготовки данных с датчиков объекта, управляя блоком преобразователей и формируя при этом данные объекта Xin в зоне буфера ввода рабочего окна ОЗУ.

По окончанию цикла обмена синхронизатор выдает ОЗУ команду, меняющую местами интерфейсное и рабочие окна ОЗУ.

Блок-схема процедуры формирования команд и данных приведена на фиг.4.

В начале цикла адаптер обрабатывает данные DIjn, (где j - номер объекта; n - номер цикла обработки), поступающие с датчиков подключенного к адаптеру объекта.

По данным, полученным в предшествующем цикле X0in, адаптер формирует данные контуров регулирования

Y0(n+1)=Pij*X0in(DIjn),

где Y0(n+1) - вектор управления;

i - номер контура управления;

Pij - матрица передаточных функций j-го звена i-го контура управления.

Pij=Wij(Z)*TSij(Tc),

где TSij(Tc) - диагональная матрица вида (1-е-ki*S*Tc)*е-ki*S*Tc/s;

ki - текущая кратность запаздывания i компоненты вектора X0in.

По данным, полученным в предшествующем цикле X0in, адаптер формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы своего объекта

S0i(n+1)=WSij*X0in(DIjn),

где WSij - матрица передаточных функций своего узла вида, аналогичного Pij.

Затем адаптер выдает управляющие сигналы S0in на исполнительные механизмы своего объекта и формирует указатель помех Nj(n+1) согласно описанию объекта.

Параллельно с вышеизложенными действиями адаптер принимает X0in и передает Y0in, совмещенный с Nj(n+1).

Блок-схема процедуры формирования момента передачи маркера пропуска тактов, содержащих помехи, приведена на фиг.5.

Блок управления объектом адаптера i, формируя команду управления исполнительным механизмом j, определяет время τ от начала цикла обмена до ее исполнения и помещает его в зону карты помех ОЗУ адаптера.

Сформированный в текущем цикле n обмена фрагмент Nin карты помех передается мастеру в цикле n+1 обмена.

Одновременно сформированная в цикле n команда управления исполнительным механизмом объекта передается в зону вывода ОЗУ, в цикле n+1 переводится в зону буфера ввода-вывода ОЗУ и исполняется блоком ввода-вывода в цикле n+2 и в такте Ni(n+2).

Параллельно мастер, используя всю совокупность Ni(n+1)...Ni(n+1)..., вычисляет моменты появления помех и вырабатывает в тактах обмена, предшествующих этим моментам, маркер пропуска такта в такте Ni(n+2), обеспечивая пропуск интервала помехи.

Прием и передача осуществляются по силовому проводу следующим образом.

Временная диаграмма обмена приведена на фиг.6, временная диаграмма видов маркеров - на фиг.7.

Адаптер, подключенный к силовой установке (далее по тексту - мастер), вырабатывает маркер начала передачи М1 и синхронизирует передачу каждого бита маркером MB.

Очередной адаптер либо выдает маркер передачи М2, передает Yon, совмещенный с Nj(n+1), и маркер последнего бита М3, либо выдает маркер пропуска такта М4, являющийся суммой М2 и М3. В случае отсутствия маркера адаптера мастер выдает маркер последнего бита М3.

Адаптер с номером k принимает данные и запоминает их в позициях 1, 2...k-1, k+1,... до следующего маркера М1.

Адаптер с номером k при получении k-1 маркера М3 передает данные, как это показано выше.

Получив маркер М4, все адаптеры делают паузу в приеме на 2 такта передачи.

По сравнению с известными аналогами, применяемыми в автомобильной промышленности, изобретение обеспечивает уровень помех ниже - 40 дБ, скорость передачи управляющей информации выше в 15 раз.

1. Адаптер устройства управления системой объектов, содержащий приемник, передатчик, блок развертки, оперативно-запоминающее устройство, блок управления объектом, синхронизатор, блок ввода-вывода, блок преобразования для формирования векторов команд на исполнительные механизмы и получения данных с датчиков объекта, причем блок управления объектом, блок ввода-вывода и упомянутый блок преобразования выполнены программируемыми, первый вход приемника предназначен для подключения к силовому проводу, первый выход приемника, предназначенный для приема последовательности данных, подключен к первому входу блока развертки, второй выход приемника - к первому входу синхронизатора, на который поступают маркеры синхронизации процесса обмена, третий выход приемника - к первому входу передатчика, на который в обратной связи поступают данные согласования передатчика и канала связи, второй вход передатчика, предназначенный для приема последовательности данных, соответствующей выходному вектору, подключен к первому выходу блока развертки, третий вход передатчика - к первому выходу синхронизатора, предназначенному для получения команды передачи, а выход передатчика предназначен для подключения к силовому проводу, второй вход блока развертки, предназначенный для формирования входной зоны интерфейсного окна оперативно-запоминающего устройства, подключен к первому выходу оперативно-запоминающего устройства, третий вход блока развертки подключен ко второму выходу синхронизатора, предназначенному для принятия команд от синхронизатора, первый вход блока управления, предназначенный для формирования выходной зоны рабочего окна оперативно-запоминающего устройства, подключен к четвертому выходу оперативно-запоминающего устройства, первый выход блока управления, предназначенный для формирования зоны маски исполнения рабочего окна оперативно-запоминающего устройства, подключен к четвертому входу оперативно-запоминающего устройства, первый вход оперативно-запоминающего устройства подключен к первому выходу блока ввода-вывода, предназначенному для ввода и предварительной подготовки данных с датчиков объекта, второй вход оперативно-запоминающего устройства подключен к третьему выходу синхронизатора, предназначенному для синхронизации интерфейсного окна оперативно-запоминающего устройства, третий вход оперативно-запоминающего устройства подключен ко второму выходу блока развертки, предназначенному для формирования зоны маски интерфейсного окна оперативно-запоминающего устройства, третий выход оперативно-запоминающего устройства подключен к первому входу блока ввода-вывода, предназначенному для вывода векторов команд на исполнительные механизмы, второй вход блока ввода-вывода подключен к первому выходу упомянутого блока преобразования, второй выход блока ввода-вывода подключен к первому входу упомянутого блока преобразования, при этом упомянутый блок преобразования имеет, кроме того, входы и выходы для подключения к объекту, отличающийся тем, что первый выход блока развертки подключен ко второму входу приемника, предназначенному для принятия приемником последовательных данных, поступающих на блок развертки, второй вход синхронизатора, предназначенный для считывания из зоны интерфейсного окна оперативно-запоминающего устройства номера адаптера, индикатора наличия информации и метки помех, подключен к пятому выходу оперативно-запоминающего устройства, третий вход синхронизатора, предназначенный для формирования текущего указателя помех, подключен ко второму выходу блока управления объектом, четвертый вход синхронизатора, предназначенный для считывания метки помех, подключен к третьему выходу блока ввода-вывода, четвертый выход синхронизатора, предназначенный для формирования текущего указателя помех, подключен ко второму входу блока управления объектом.

2. Устройство управления системой объектов, содержащее соединенный с автономным источником электропитания силовой провод, адаптеры, подключенные между силовым проводом и объектами, образующие с объектами контуры управления и выполненные программируемыми с возможностью синхронизации приема информации, отличающееся тем, что силовой провод одновременно служит для передачи информации, адаптеры выполнены с возможностью учета помех, адаптер, подключенный между силовым проводом и автономным источником электропитания, выполнен по п.1 формулы и с возможностью синхронизации передачи информации между остальными адаптерами с учетом моментов возникновения помех и регулирования напряжения электропитания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к управляющим и регулирующим системам управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к области систем автоматического управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при решении задач управления режимами больших электроэнергетических систем.

Изобретение относится к автоматизированному управлению горно-обогатительным производством с помощью разветвленной компьютерной сети и может быть использовано в черной и цветной металлургии.

Изобретение относится к шинной промышленности и может быть использовано при изготовлении разнотипных шин. .

Изобретение относится к микропроцессорной технике и может быть использовано в микропроцессорных АСУ ТП. .

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для автоматического управления различными технологическими процессами. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля и управления технологическими процессами.

Изобретение относится к автоматизированным системам управления и может быть использовано для управления производственно-технологическими процессами предприятия газовой или нефтяной промышленности с управлением затратами по месту их возникновения

Изобретение относится к способу и системе для компьютеризированной подготовки комплектующих в лифтостроении

Изобретение относится к области программирования, в частности для использования системами программного управления процессом в технических установках, состоящих из компонент машинного и программного обеспечения

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике

Изобретение относится к изменяемому полевому прибору для техники автоматизации процессов, а также к способу передачи данных для полевых проборов техники автоматизации процессов

Изобретение относится к металлорежущим станкам, а именно к устройствам для автоматического управления станком и передаточным устройством

Изобретение относится к системе контроля лазерной обработки, в частности сварки или резки

Изобретение относится к технике автоматизированного контроля и может быть использовано в промышленных технологических процессах для передачи диагностической информации
Наверх