Способ управления технической системой с балансировкой вычислительной мощности между параллельно включёнными подсистемами

Изобретение относится к автоматическим системам управления. В способе управления технической системой с балансировкой вычислительной мощности между параллельно включенными подсистемами, содержащей управляющий компьютер и набор независимых параллельно включенных подсистем, способных исполнять независимые технологические процессы, в основной код управления системой вводят семь программных процедур. Программные процедуры нацелены на соблюдение штатного состояния работы управляющего компьютера, на ограничение канала передачи данных с подсистемами в момент высокой нагрузки на управляющий компьютер, на расчет оптимального уровня потребления ресурсов управляющего компьютера для каждой подсистемы. Повышается срок службы управляющего компьютера. 1 ил.

 

Изобретение относится к области автоматического управления технической системой, в которой присутствие человека-оператора по технологическим условиям ограничено или невозможно, и может быть использовано для создания интеллектуальных систем автоматического управления техническими системами, содержащих независимо управляемые подсистемы.

Известна реализация способа управления технической системой [Кудряшов B.C., Битюков В.К., Рязанцев С.В., Алексеев М.В. ГОУ Воронежская государственная технологическая академия (г. Воронеж). Адаптивная цифровая комбинированная система управления нестационарными технологическими объектами. Патент RU 2211470, опубл. 27.08.2003, бюл. №24], предназначенного для оптимизации канала обмена данными с объектами управления, находящимися в нестационарных состояниях. При этом оценивается сложность технологического процесса в каждом объекте управления и предлагается решение задачи оптимизации системы управления путем ввода цифрового регулятора с гибкой внутренней настройкой.

Недостатками данного способа являются: невозможность обеспечения централизованного управления всех узлов технической системы; необходимость ручной настройки цифрового регулятора при каждом изменении набора объектов управления и их функций; низкая скорость выполнения программных операций.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ управления технической системой [Акиньшина Г.Н., Селифанов В.А. ФГВОУ ВПО Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации. Способ двухуровневого управления и система для его осуществления (варианты). Патент RU 2487384 C1, опубл. 10.07.2013, бюл. №19], предназначенный повышения автоматизации процессов управления в технической системе путем ввода программных процедур принятия решений. При этом предлагается иметь в составе технической системы несколько независимых компьютеров управления с разделенными каналами контроля управляемых подсистем, выполняющих в том числе процедуру диагностики состояния всех подключенных устройств.

Недостатками данного способа являются: отсутствие программных функций соблюдения стабильности поведения компьютера управления, что, следовательно, исключает возможность ситуации его перегрузки со стороны управляемых узлов и последующего выхода из строя; исключение нестационарного протекания технологического процесса в управляемых подсистемах и, следовательно, увеличение уровня потребления ресурсов компьютера управления; отсутствие канала обратной связи изменения параметров управляемых узлов.

Технической задачей является оптимизация процесса распределения ресурсов управляющего компьютера(ов) между параллельно включенными подсистемами в момент нестационарного протекания технологического процесса в подсистемах. Эта задача достигается тем, что в основной код управления технической системой вводятся семь программных процедур, нацеленных на соблюдение штатного состояния работы управляющего компьютера(ов), ограничение канала передачи данных с подсистемами в момент высокой нагрузки на управляющий компьютер(ы), расчет оптимального уровня потребления ресурсов управляющего компьютера(ов) для каждой подсистемы.

Технический результат заключается в том, что за счет оптимизации программного кода управления удается повысить срок службы управляющего компьютера(ов) и технической системы в целом, а также снизить число ошибок управления, связанных с перегрузкой управляющего компьютера(ов), и сократить затраты на необходимость организации более сложных схем управления.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), на котором изображена функциональная схема процесса оптимизации системы управления технической системы.

На схеме обозначено:

1 - внешний компьютер оператора;

2 - компьютер управления;

3 - канал передачи данных;

4 - блок подсистем, состоящий из набора параллельно включенных устройств;

5 - подсистема №1;

6 - подсистема №2;

7 - подсистема №№;

8 - программная процедура резервирования запаса вычислительной мощности компьютера управления;

9 - программная процедура оценки выделенного объема ресурсов компьютера управления для работы с подсистемами;

10 - программная процедура ограничения канала передачи данных между компьютером управления и подсистемами;

11 - программная процедура отключения неиспользуемых подсистем;

12 - программная процедура оценки потребления каждой подсистемой вычислительных ресурсов компьютера управления при его максимальной нагрузке;

13 - программная процедура расчета оптимального уровня потребления ресурсов компьютера управления для каждой подсистемы;

14 - программная процедура балансировки потребления вычислительной мощности между подсистемами.

Техническая система, на базе которой проводится оптимизация системы управления, содержит компьютер управления (или группу из нескольких устройств, включенных в схему резервирования или параллельной работы) 2, канал передачи данных 3, блок подсистем 4, состоящий из набора независимых устройств (или групп взаимосвязанных устройств с единым технологическим процессом), каждый из которых с 5 по 7 имеет собственный технологический процесс. Управление технической системой и загрузка базового алгоритма работы в компьютер управления 2 выполняется при помощи внешнего компьютера оператора 1.

Схема оптимизации работает следующим образом.

Внешний компьютер оператора 1 загружает в компьютер управления 2 базовый алгоритм работы, перед началом исполнения которого проводится программная процедура 8 резервирования запаса вычислительной мощности компьютера управления 2. Далее запускается программная процедура 9 оценки выделенного объема ресурсов компьютера управления для работы с подсистемами с 5 по 7. Процедуры 8 и 9 выполняются однократно в начале функционирования технической системы и необходимы для соблюдения штатного состояния работы 2, а также формирования запаса вычислительной мощности в 2 для проведения внутренних диагностических процедур без отбора вычислительных ресурсов от 4. Затем запускается программная процедура 14 балансировки потребления вычислительной мощности 2 между всеми подсистемами, входящими в состав технической системы. Задача программной процедуры 14 - обеспечение оптимального распределения оставшихся (незарезервированных) после процедуры 9 вычислительных ресурсов 2 между всеми активными подсистемами, входящими в 4, а также перераспределение вычислительных ресурсов 2 при включении новых подсистем (либо при выходе ранее функционирующих подсистем из строя). При этом не допускается ситуация, где одна из подсистем отбирает максимальный объем вычислительных ресурсов (вследствие чего в оставшихся подсистемах не может быть проконтролирован технологический процесс). Программная процедура 14 формирует команды управления программной процедурой 10 ограничения канала передачи данных между компьютером управления и подсистемами. Группа участвующих в технологическом процессе параллельно включенных подсистем, входящих в 4, формирует набор статистических данных о необходимости увеличения вычислительной мощности или возможности сокращения таковой. При этом все подсистемы суммарно потребляют весь доступный после проведения программной процедуры 9 объем незарезервированной вычислительной мощности компьютера управления 2. На основе анализа состояния и технических параметров, полученных от всех подсистем, входящих в 4, исполняется программная процедура 12 оценки потребления каждой подсистемой вычислительных ресурсов компьютера управления 2 при его максимальной нагрузке. Завершается цикл оптимизации запуском программной процедуры 13 расчета оптимального уровня потребления ресурсов компьютера управления для каждой подсистемы.

Если в базовом алгоритме работы технической схемы заявлено о приоритетности технологического процесса для одной или нескольких подсистем (либо групп взаимосвязанных устройств) либо описана методика и условия установки данной метки, то в течение работы технической системы может быть выполнена программная процедура 11 отключения оставшихся неиспользуемых подсистем в пользу использования большего количества ресурсов компьютера управления 2 в приоритетных узлах и подсистемах. Программная процедура 11 может быть запущена в том числе с целью освобождения канала управления и последующей балансировки вычислительной мощности 2, если одна из подсистем закончила технологический процесс или вышла из строя. Программные процедуры 10, 11, 12, 13, 14 выполняются циклически в процессе работы технической системы.

Частота выполнения цикла оптимизации системы управления путем исполнения программных процедур 11, 12, 13, 14 определяется стационарностью технологического процесса в каждой подсистеме, а также параметрами периодичности диагностики оборудования, которые задает базовый алгоритм работы технической системы, или выполняется по команде внешнего компьютера оператора 1. Перед использованием схемы оптимизации техническая система не менее десяти раз запускается в режиме свободного потребления вычислительной мощности всеми подсистемами, входящими в блок 4 для формирования статистических данных при помощи программной процедуры 12.

Под ограничением потребления вычислительных ресурсов со стороны подсистемы, исполняемых программной процедурой 10, понимается аппаратно-программная блокировка выделенного канала передачи данных 3 для отдельной подсистемы, не имеющей метки приоритетности технологического процесса. При этом снижается частота обмена данными в канале передачи данных 3 между отдельно взятой подсистемой (или группой взаимосвязанных с единым технологическим процессом) и компьютером управления 2 при достижении граничного уровня потребления вычислительных ресурсов. В случае если отдельно выбранная подсистема (или группа взаимосвязанных подсистем) в процессе функционирования имеет потребляемый объем вычислительных ресурсов 2 выше порога блокировки, то ограничение частоты обмена данными в соответствующем канале передачи данных 3 не происходит. Программная процедура 14 позволяет оптимально распределить доступную вычислительную мощность 2 между всеми подсистемами, входящими в 4, с учетом их текущего уровня потребления и обеспечения стабильного состояния работы технической системы. При этом исключается случай, при котором одна или несколько подсистем потребляют всю доступную вычислительную мощность 2, вводя его в режим пиковой нагрузки, блокируя работу 3 с остальными подсистемами. Программная процедура 14 нацелена на поддержание активности всех подсистем (и их групп), входящих в 4.

Если в процессе работы технической системы отдельно выбранная подсистема (или группа взаимосвязанных подсистем с единым технологическим процессом) не используют выделенную программными процедурами 9, 12, 13, 14 вычислительную мощность компьютера управления 2 в полной мере, то она может быть повторно перераспределена между наиболее активными подсистемами, входящими в блок подсистем 4. Вычисление уровня потребления вычислительных ресурсов проводится последовательным тестированием всех устройств, входящих в блок подсистем 4, при котором все остальные узлы технической системы не используются. Если каждая из подсистем (или группа взаимосвязанных подсистем с единым технологическим процессом) способна в обычном режиме работы задействовать все доступные вычислительные ресурсы компьютера управления 2, то программная процедура 14 выполняется с учетом критерия равного разделения вычислительной мощности между всеми подсистемами, входящими в 4. Установка значений максимального порога отбора вычислительной мощности 2 проводится в автоматическом режиме через алгоритм математического расчета, на основе статистики, полученной при исполнении процедуры 12.

Под подсистемами понимаются технические узлы, модули, системы с централизованным управлением от компьютера управления. Каждая подсистема способна выполнять узкоспециализированные задачи и может функционировать вне зависимости от других устройств, входящих в состав технической системы.

Под компьютером управления понимается классическая фоннеймовская архитектура компьютера, содержащая набор базовых блоков ОЗУ, ПЗУ, ЦП. В качестве компьютера управления может быть рассмотрена любая вычислительная система, имеющая независимый ЦП и ПЗУ.

Под вычислительной мощностью компьютера управления (производительность компьютера) понимается количественная характеристика скорости выполнения определенных операций на компьютере. Она основана на расчете количества используемых вычислительных ресурсов в компьютере управления (оценка быстродействия ЦП и ОЗУ). Значение производительности компьютера управления в мировой практике принято оценивать в гигафлопсах (GFLOPS).

Проведенная оптимизация кода управления путем ввода семи программных процедур позволяет обеспечить: стабильность работы каналов передачи данных между всеми подсистемами (или группами взаимосвязанных подсистем с единым технологическим процессом) и компьютером управления (или группами из нескольких устройств, включенных в схему резервирования или параллельной работы), исключая возможность его отключения со стороны других узлов; функционирование компьютера управления в режиме штатной нагрузки с запасом вычислительной мощности для проведения внутренних диагностических процедур; увеличение скорости исполнения технологического процесса в каждой отдельной подсистеме и получение доступа к необходимому объему ресурсов компьютера управления при нестационарном протекании технологических процессов.

Таким образом, благодаря применению способа оптимизации удается: повысить срок службы компьютера управления и технической системы в целом; снизить число ошибок управления, связанных с перегрузкой компьютера управления; сократить затраты на необходимость организации более сложных схем управления технической системы; повысить управляемость технической системы при протекании нестационарного технологического процесса в управляемых подсистемах; реализовать архитектуру технической системы, содержащую параллельно включенные независимые подсистемы (или группы взаимосвязанных подсистем с единым технологическим процессом) для ее последующего применения в технике.

Способ управления технической системой с балансировкой вычислительной мощности между параллельно включенными подсистемами, содержащей управляющий(ие) компьютер(ы) и набор независимых параллельно включенных подсистем, способных исполнять независимые технологические процессы, отличающийся тем, что в основной код управления технической системой вводятся семь программных процедур, нацеленных на соблюдение штатного состояния работы управляющего(их) компьютера(ов), ограничение канала передачи данных с подсистемами в момент высокой нагрузки на управляющий(ие) компьютер(ы), расчет оптимального уровня потребления ресурсов управляющего(их) компьютера(ов) для каждой подсистемы.



 

Похожие патенты:

Комплексная система безопасности и контроля работ на сложных технических системах содержит центральный процессор, переносной процессор, мониторы, радиочастотные идентификаторы, мобильный считыватель идентификационных данных из радиочастотных идентификаторов, установленных на контролируемых объектах, средства аудиовизуальной фиксации, средства глобального навигационного позиционирования.

Группа изобретений относится к средствам планирования графиков расписания. Технический результат – обеспечение средств создания и изменения графика расписания для устройств различного типа.

Группа изобретений относится к способу и устройствам для управления и использования при управлении интеллектуальным прибором. Для управления интеллектуальным прибором получают информацию о параметре состояния от первого интеллектуального прибора для принятия решения инициализировать или нет предварительно заданный режим сценария для выполнения определенных действий и при положительном решении отправляют через учетную запись пользователя соответствующую управляющую инструкцию о положительном решении для второго интеллектуального прибора, который ее исполняет определенным образом.

Изобретение относится к способу проектирования многорежимной интеллектуальной системы (МИС) управления распределенной средой мягких вычислений. Технический результат заключается в повышении эффективности проектирования МИС.

Изобретение относится к мониторингу текущего состояния выключателя высоковольтной цепи. Система определения кривой перемещения контактов прерывателя автоматического выключателя включает в себя память, в которой хранится заданная информация о расстояниях перемещения контактов автоматического выключателя высоковольтной цепи, и процессор, который определяет кривую перемещения, которая графически представляет положение по времени для по меньшей мере одной из следующих операций для контактов автоматического выключателя: замыкание, размыкание или сочетание замыкания и размыкания, исходя из одного или нескольких расстояний перемещения сохраненной информации о расстояниях перемещения и одного или нескольких значений времени, соответствующих переходам состояний переключателей между замкнутым и разомкнутым состояниями.

Изобретение относится к области энергетики. Технический результат - повышение надежности и быстродействия системы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выбора оптимального по точности режима работы электрического двигателя. Технический результат - увеличение точности управления за счет применения эффективного математического метода решения обратных задач.

Изобретение относится к управлению оборудованием сооружений. Технический результат - возможность автоматического распознавания профилей и коммутационных протоколов подключаемых внешних устройств, таких как датчики и различные исполнительные устройства.

Изобретение относится к области обеспечения предприятий прогнозной информацией о выпуске значительного количества продукции одной разновидности. Технический результат - создание виртуальной системы управления выпуском однородной продукции предприятия, позволяющей повысить достоверность прогноза количества выпускаемой продукции и, таким образом, улучшить эффективность управления производством.

Изобретение относится к области космической навигации, а именно реализует навигационное обеспечение различных групп пользователей и предназначено для сбора, обработки, архивирования и хранения навигационных данных; подготовки, формирования и передачи навигационной информации.

Изобретение относится к области мониторинга каналов распространения сигналов, а именно к обнаружению состояния сетевого канала. Техническим результатом является обеспечение решения проблемы доступа интеллектуального устройства к IoT за счет отображения текущего состояния сетевого канала. Для этого осуществляют определение интеллектуального устройства, подлежащего обнаружению, выбор протокола управления Интернета вещей (IoT), используемого интеллектуальным устройством, подлежащим обнаружению, и доступ к серверу IoT по сетевому каналу, используемому интеллектуальным устройством, подлежащим обнаружению, получение состояния сетевого канала в процессе доступа и представление полученного состояния на экране терминала. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к управляющим станциям. Управляющая станция для подвижных и неподвижных платформ содержит первую управляющую станцию, расположенную в первой платформе, содержащую управляющую систему для получения информации для задачи; дисплейную систему для ее надевания на голову оператора станции; систему захвата движения на основе инерционного датчика, отслеживающую перемещения головы; пользовательское устройство ввода. Также имеется кресло, связанное с пользовательским устройством; кислородная система управляющей станции; рабочая поверхность и процессор, сообщающийся с дисплейной системой, системой захвата движения и пользовательским устройством ввода. Повышается компактность станции. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 20 ил.

Группа изобретений относится к средствам управления. Технический результат – обеспечение возможности управлять устройствами для контроллеров, которые ранее не управляли указанными устройствами. Для этого предложно контроллерное устройство для обеспечения управления несколькими устройствами, в котором контроллер и устройство размещены на расстоянии обеспечения беспроводной связи малого радиуса действия, при этом расстояние, на котором находятся друг от друга контроллер и устройство, является таковым, что контроллер и устройство обмениваются данными и инициируют процессы, обеспечивающие создание механизмов управления между, по меньшей мере, контроллером и соответствующим устройством, в котором контроллер и устройство включают: процессор для обработки цифровых данных; запоминающее устройство для хранения цифровых данных, при этом часть запоминающего устройства содержит цифровые данные, отражающие состояние устройства, при этом контроллер получает данные о функциональных возможностях устройства и его состоянии. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к системам управления жилого здания. Система дистанционного управления инженерными системами жилого здания содержит сервер, соединенный с блоком автоматического регулирования энергопотребления здания, с блоком сбора и контроля затраченных ресурсов и с блоком управления и контроля потребляемой электрической мощности здания. Блок автоматического регулирования выполнен с возможностью управления параметрами инженерных систем исходя из заданной температуры в помещениях и исходя из тепловой модели здания, зависящей от наружной температуры. Блок сбора и контроля соединен с блоками обработки и передачи данных от датчиков и счетчиков инженерных систем жилых помещений здания на сервер. Блок управления и контроля потребляемой электрической мощности здания соединен с регуляторами мощности, установленными на каждом этаже здания, и выполнен с возможностью ограничения потребляемой пользователями мощности при достижении установленной пиковой мощности. Технический результат заключается в повышении экономии ресурсов при эксплуатации жилого дома. 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 5 табл.

Изобретение относится к автоматическому управлению техническими системами. В способе управления технической системой с параллельным включением компьютеров управления с процедурой интеллектуального выбора управляющего устройства, вводится группа, состоящая из двух программных процедур, а именно процедура интеллектуального выбора управляющего устройства и процедура оценки необходимого уровня потребления вычислительных ресурсов компьютеров управления со стороны каждой отдельной подсистемы. Процедуры нацелены на недопущение выхода компьютеров управления из штатного состояния работы; мониторинг уровня потребления вычислительных ресурсов со стороны подсистем; реализацию функции оптимального перераспределения каналов передачи данных всех подсистем исходя из особенностей протекания технологического процесса в каждой из них. Повышается срок службы компьютеров. 1 ил.
Изобретение относится к системам автоматизации зданий. Интеллектуальная гибридная модульная система управления зданием (умный дом) содержит контроллер, выполненный с возможностью работы в проводной сети RS-485 с использованием протокола Modbus и в беспроводной сети с использованием протокола ZigBee. К контроллеру подключены с использованием проводной сети RS-485 исполнительные проводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств. К контроллеру подключены с использованием беспроводной сети по протоколу ZigBee исполнительные беспроводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств. Технический результат заключается в объединении в одной системе проводного и беспроводного протоколов.

Изобретение относится к области систем, управляемых беспроводными устройствами, а именно к связыванию интеллектуальных устройств с учетной записью пользователя через терминал пользователя. Техническим результатом является обеспечение возможности связывания и развязывания интеллектуальных устройств из списка интеллектуальных устройств, в отношении которых у пользователя существует возможность управления, на основании фактических требований пользователя. Для этого осуществляют захват терминалом пользователя списка интеллектуальных устройств, содержащего состояния связывания интеллектуальных устройств, которые находятся в одной и той же локальной сети с упомянутым терминалом пользователя, с учетной записью текущего пользователя и состояния связывания интеллектуальных устройств, которые уже связаны с учетной записью текущего пользователя, с учетной записью текущего пользователя. Затем производят захват терминалом пользователя операционной инструкции для интеллектуального устройства в списке интеллектуальных устройств, которая является одной из инструкции связывания и инструкции развязывания интеллектуального устройства в списке интеллектуальных устройств с учетной записью текущего пользователя. При этом обновляют состояние связывания интеллектуального устройства с учетной записью текущего пользователя согласно операционной инструкции. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к автоматизированным системам управления. Способ управления технической системой с параллельным включением компьютеров управления с процедурой перераспределения вычислительной мощности между подсистемами, содержащими параллельно включенные компьютеры управления и группы функционирующих подсистем, заключается в том, что в основной код управления технической системой вводится группа, состоящая из программных процедур. Первая процедура перераспределяет вычислительную мощность компьютеров управления между всеми подсистемами. Вторая процедура оценивает необходимый уровень потребления вычислительных ресурсов компьютеров управления со стороны каждой отдельной подсистемы. Третья процедура оценивает техническое состояние компьютера управления. Повышается срок службы управляющих компьютеров. 1 ил.

Изобретение относится к способу и устройству очистки воздуха. Способ очистки воздуха включает этапы, на которых получают информацию о растениях, содержащихся в целевой области обнаружения, и управляют целевым устройством очистки воздуха, чтобы задействовать функцию очистки воздуха, если принято решение, в соответствии с информацией о растениях, содержащихся в целевой области обнаружения, и заданной опорной информацией о растении, вызывающем аллергию, что целевая область обнаружения содержит растение, вызывающее аллергию, и растение, вызывающее аллергию, находится в состоянии цветения. Устройство очистки воздуха содержит модуль получения, выполненный с возможностью получать информацию о растениях, содержащихся в целевой области обнаружения, и модуль управления, выполненный с возможностью управлять целевым устройством очистки воздуха. Устройство очистки воздуха содержит процессор и память для хранения инструкций, исполняемых процессором. Процессор выполнен с возможностью получать информацию о растениях, содержащихся в целевой области обнаружения, и управлять целевым устройством очистки воздуха. Технический результат: обеспечение эффективной очистки воздуха со снижением вероятности негативных эффектов, вызванных пыльцой. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к технологическим процессам. Способ мониторинга устройства управления процессом, реализуемый в системе мониторинга устройства управления процессом, включает измерение параметров рабочих состояний устройства управления процессом. Связь метки времени с параметрами рабочего состояния устройства управления процессом осуществляют в ответ на сигнал, основывающийся на измерениях возможных рабочих состояний. Сигнал указывает на неконтролируемый выброс в окружающую атмосферу. Передают метку времени и указания о рабочих состояниях мониторинга. Клапанная сборка управления процессом содержит клапан для управления процессом; датчик положения части клапана и систему мониторинга. Система мониторинга клапана содержит процессор, энергонезависимый накопитель памяти и интерфейс связи для передачи данных от системы мониторинга клапана. Повышается точность расчета выбросов. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх