45443

Расчет системы «Управление коммунальной системой (вода, газ, электрическая энергия, отключение функций, формирование квитанций и устранение аварий)» на базе технологии LonWorks

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Узлы системы Система управления холодной водой CW Система управления горячей водой HW Система управления газом G Система управления электричеством EL Система экономических расчетов EC Ремонтная служба RS Пользователь USER Сеть оперирует 30 сообщениями которые делятся на различные группы: Спорадические сигналы. Номер сигнала Описания сигнала Размер в битах Задержка в мсек J Период выполнения T мсек Тип сообщения Крайний срок выполнения Dмсек Источник Приемник 1 Включение отключение холодной воды 1 01 50...

Русский

2013-11-17

267 KB

0 чел.

СРВ 12

Задание:

Произвести расчет системы «Управление коммунальной системой (вода, газ, электрическая энергия, отключение функций, формирование квитанций и устранение аварий)» на базе технологии LonWorks на возможность функционирования в режиме реального времени. Разработать проект системы, включающий 5-7 подсистем и  30-40 сообщений между подсистемами.

Решение:

Объект автоматизации - «Управление коммунальной системой».

В системе должно функционировать семь независимых устройств. Система реального времени позволяет передавать сообщения между устройствами.

Узлы системы

  1.  Система управления холодной водой (CW)
  2.  Система управления горячей водой (HW)
  3.  Система управления газом (G)
  4.  Система управления электричеством (EL)
  5.  Система экономических расчетов (EC)
  6.  Ремонтная служба (RS)
  7.  Пользователь (USER)

Сеть оперирует 30 сообщениями, которые делятся на различные группы:

  1.  Спорадические сигналы. Должны иметь время ожидания (крайний срок выполнения) менее 20 мс. Но нельзя задать этот период. Исходя из задачи, решаем, что эти сообщения поступают не чаще 50 мс (например, нажатие на педаль тормоза).
  2.  Периодические сигналы. Имеют фиксированный период сообщения и требуют, чтобы время ожидания (крайний срок выполнения) было меньше или равно этому периоду.

Задержка определяется порядком выполнения сообщения от определенной подсистемы. Принимается, что все сообщения появляются одновременно, но так как все сообщения не могут обрабатываться одновременно, для сообщений выделяются соответствующая задержка на выполнение. Наименьшая задержка для более важных сообщений.

Таблица №1 «Характеристики протокола LonWorks»

Скорость передачи данных, кбит/сек

Накладные расходы, бит

Расходы на восстановление при сбоях, бит

78,6

84

10

125

250

1200

Таблица №2 «Сообщения в системе».

Номер сигнала

Описания сигнала

Размер в битах

Задержка в мсек (J)

Период выполнения (T) мсек

Тип сообщения

Крайний срок  выполнения  (D)мсек

Источник

Приемник

1

Включение/отключение холодной воды

1

0,1

50

S

20

RS

CW

2

Включение/отключение горячей воды

1

0,1

50

S

20

RS

HW

3

Включение/отключение газа

1

0,1

50

S

20

RS

G

4

Включение/отключение электричества

1

0,1

50

S

20

RS

EL

5

Задание давления холодной воды

8

0,2

50

S

20

RS

CW

6

Задание давления горячей воды

8

0,2

50

S

20

RS

HW

7

Задание давления газа

8

0,2

50

S

20

RS

G

8

Задание напряжения электричества

8

0,2

50

S

20

RS

EL

9

Неисправность в системе холодной воды

1

0,1

50

S

20

CW

RS

10

Неисправность в системе горячей воды

1

0,1

50

S

20

HW

RS

11

Неисправность в системе подачи газа

1

0,1

50

S

20

G

RS

12

Неисправность в электросети

1

0,1

50

S

20

EL

RS

13

Показания счетчика холодной воды

8

0,1

1000

P

1000

CW

EC

14

Показания счетчика горячей воды

8

0,1

1000

P

1000

HW

EC

15

Показания счетчика газа

8

0,1

1000

P

1000

G

EC

16

Показания счетчика электричества

8

0,1

1000

P

1000

EL

EC

17

Отправка счета за холодную воду

8

0,1

50

S

20

EC

USER

18

Отправка счета за горячую воду

8

0,2

50

S

20

EC

USER

19

Отправка счета за газ

8

0,3

50

S

20

EC

USER

20

Отправка счета за электричество

8

0,4

50

S

20

EC

USER

21

Плановый осмотр системы холодной воды

1

0,2

50

S

20

CW

RS

22

Плановый осмотр системы горячей воды

1

0,2

50

S

20

HW

RS

23

Плановый осмотр системы подачи газа

1

0,2

50

S

20

G

RS

24

Плановый осмотр системы электросети

1

0,2

50

S

20

EL

RS

25

Вызов ремонтников

1

0,1

50

S

20

USER

RS

26

Оплата счета за холодную воду

1

0,1

50

S

20

USER

EC

27

Оплата счета за горячую воду

1

0,2

50

S

20

USER

EC

28

Оплата счета за газ

1

0,3

50

S

20

USER

EC

29

Оплата счета за электричество

1

0,4

50

S

20

USER

EC

30

Отчет о затратах и устраненных неисправностях

8

0,1

50

S

20

RS

EC

Сообщения 17-24 являются периодическими, но период их слишком велик (порядка месяца), поэтому в системе они будут моделироваться спорадическими сообщениями.

Далее все сообщения необходимо расставить в зависимости от приоритета (D-J порядке).

Таблица №3. «Сообщения, расставленные в соответствии с приоритетом»

Номер сигнала

Описания сигнала

Размер в битах

Задержка в мсек (J)

Период выполнения (T) мсек

Тип сообщения

Крайний срок  выполнения  (D)мсек

Источник

Приемник

Приоритет (D-J)

20

Отправка счета за электричество

8

0,4

50

S

20

EC

USER

19,6

29

Оплата счета за электричество

1

0,4

50

S

20

USER

EC

19,6

19

Отправка счета за газ

8

0,3

50

S

20

EC

USER

19,7

28

Оплата счета за газ

1

0,3

50

S

20

USER

EC

19,7

5

Задание давления холодной воды

8

0,2

50

S

20

RS

CW

19,8

6

Задание давления горячей воды

8

0,2

50

S

20

RS

HW

19,8

7

Задание давления газа

8

0,2

50

S

20

RS

G

19,8

8

Задание напряжения электричества

8

0,2

50

S

20

RS

EL

19,8

18

Отправка счета за горячую воду

8

0,2

50

S

20

EC

USER

19,8

21

Плановый осмотр системы холодной воды

1

0,2

50

S

20

CW

RS

19,8

22

Плановый осмотр системы горячей воды

1

0,2

50

S

20

HW

RS

19,8

23

Плановый осмотр системы подачи газа

1

0,2

50

S

20

G

RS

19,8

24

Плановый осмотр системы электросети

1

0,2

50

S

20

EL

RS

19,8

27

Оплата счета за горячую воду

1

0,2

50

S

20

USER

EC

19,8

1

Включение/отключение холодной воды

1

0,1

50

S

20

RS

CW

19,9

2

Включение/отключение горячей воды

1

0,1

50

S

20

RS

HW

19,9

3

Включение/отключение газа

1

0,1

50

S

20

RS

G

19,9

4

Включение/отключение электричества

1

0,1

50

S

20

RS

EL

19,9

9

Неисправность в системе холодной воды

1

0,1

50

S

20

CW

RS

19,9

10

Неисправность в системе горячей воды

1

0,1

50

S

20

HW

RS

19,9

11

Неисправность в системе подачи газа

1

0,1

50

S

20

G

RS

19,9

12

Неисправность в электросети

1

0,1

50

S

20

EL

RS

19,9

17

Отправка счета за холодную воду

8

0,1

50

S

20

EC

USER

19,9

25

Вызов ремонтников

1

0,1

50

S

20

USER

RS

19,9

26

Оплата счета за холодную воду

1

0,1

50

S

20

USER

EC

19,9

30

Отчет о затратах и устраненных неисправностях

8

0,1

50

S

20

RS

EC

19,9

13

Показания счетчика холодной воды

8

0,1

1000

P

1000

CW

EC

999,9

14

Показания счетчика горячей воды

8

0,1

1000

P

1000

HW

EC

999,9

15

Показания счетчика газа

8

0,1

1000

P

1000

G

EC

999,9

16

Показания счетчика электричества

8

0,1

1000

P

1000

EL

EC

999,9

Произведем расчет максимальной задержки передачи сообщения по сети (R). Для этого воспользуемся следующими формулами:

1. ,

– максимальная задержка передачи сообщения;

– задержка отправки сообщения в очередь;

– задержка организации очереди сообщений;

– максимальное время физической посылки сообщения m по шине.

2. ,

– размер сообщения в байтах (т.е. если меньше или равно 8 бит, то 1 байт и т.д.);

tпнрвремя передачи накладных расходов.

tпддвремя передачи дополнительных данных;

– такт передачи шины, зависит от скорости передачи данных (= 1/скорость шины соответствующую).

3. ,

– период сообщения;

– множество сообщений, приоритет которых выше, чем у данного сообщения.

4. ,

– множество сообщений, приоритет которых ниже приоритета данного сообщения.

Таблица №4 «Результаты расчета максимальной задержки передачи сообщений» (Значения C, W в расчетах в Excel’е)

Номер

Источник

Приемник

Размер в байтах (S)

R1, 78,6 кбит/сек

R2, 125 кбит/сек

R3, 250 кбит/сек

R4, 1200 кбит/сек

20

EC

USER

1

3,229516539

2,1792

1,2896

0,5853333

29

USER

EC

1

3,269691354

2,1950847

1,2935712

0,5855057

19

EC

USER

1

3,212139675

2,1115346

1,197613

0,4856787

28

USER

EC

1

3,257018491

2,1285658

1,2017238

0,4858522

5

RS

CW

1

3,204574557

2,0462236

1,105909

0,3860263

6

RS

HW

1

3,255013096

2,064529

1,1101671

0,3862009

7

RS

G

1

3,30863221

2,0835318

1,1145035

0,3863762

8

RS

EL

1

3,365735621

2,1032729

1,1189205

0,3865521

18

EC

USER

1

3,426662066

2,1237953

1,1234205

0,3867287

21

CW

RS

1

3,491793572

2,1451452

1,1280057

0,386906

22

HW

RS

1

3,561562755

2,1673727

1,1326785

0,3870839

23

G

RS

1

3,636461214

2,1905316

1,1374415

0,3872625

24

EL

RS

1

3,717049538

2,2146803

1,1422972

0,3874418

27

USER

EC

1

3,803969334

2,239882

1,1472484

0,3876217

1

RS

CW

1

3,797957751

2,1662054

1,0522979

0,2878024

2

RS

HW

1

3,899829107

2,1937106

1,0574451

0,2879835

3

RS

G

1

4,010588082

2,222489

1,062696

0,2881654

4

RS

EL

1

4,131387095

2,2526312

1,0680541

0,2883479

9

CW

RS

1

4,263567516

2,2842342

1,0735229

0,2885311

10

HW

RS

1

4,408702731

2,3174036

1,0791056

0,2887151

11

G

RS

1

4,56864924

2,352255

1,084806

0,2888997

12

EL

RS

1

4,745609848

2,3889151

1,0906277

0,2890851

17

EC

USER

1

4,94221305

2,4275233

1,0965745

0,2892711

25

USER

RS

1

5,161613691

2,4682333

1,1026505

0,2894579

26

USER

EC

1

5,407621548

2,5112145

1,1088599

0,2896454

30

RS

EC

1

5,68486675

2,5566546

1,115207

0,2898336

13

CW

EC

1

5,999014129

2,6047617

1,1216966

0,2900226

14

HW

EC

1

6,23647022

2,6284532

1,1234543

0,2900407

15

G

EC

1

6,418178387

2,6408924

1,1241192

0,2900506

16

EL

EC

1

5,144551247

1,7585385

0,6797315

0,1973935

Все сообщения удовлетворяют условию R<=D-J. Значит, сообщение будет послано до того, как следующее сообщение будет поставлено в очередь. Оптимизация не нужна (см. Методы оптимизации и СРВ задача 11).

На основании этой таблицы рассчитаем коэффициенты MU, BU, BDU, которые позволят оценить систему. Расчет производится по формулам (с учетом цикла системы):

  1.  MU коэффициент использования сообщений, показывает отношение полезной переданной информации к числу общей переданной информации:

  1.  BU – коэффициент использования шины, показывает отношение переданной информации, включая все накладные расходы, к числу всех возможных интервалов для передачи данных (т.е. делим на соответствующую скорость шины):

  1.  BDU  коэффициент расписабельности, показывает во сколько раз могут быть увеличены размеры всех сообщений в системе, при котором система продолжает функционировать в режиме реального времени:

Цикл системы – время, за которое все сообщения выполнились хотя бы по одному разу и целое число раз. Пример: периоды сообщений – 300 мс, 200 мс, 400мс. Цикл системы – 1200 мс, первое выполнится 4 раза, второе 6 раз, третье – три раза. (Для данной системы цикл = 1000 мс)

Таблица №5 «Коэффициенты системы»

 

MU

BU

BDU

78,6кбит/сек

4,295956632

65,47964

77,63077

125 кбит/сек

4,295956632

41,1736

144,9811

250 кбит/сек

4,295956632

20,5868

295,1873

1200 кбит/сек

4,295956632

4,288917

931,8258

Вывод:

Произведенные расчеты показывают, что спроектированная система управления коммунальным хозяйством может функционировать на всех доступных скоростях шины.

Коэффициент расписабельности при всех скоростях больше единицы. Значит, размер сообщений в системе может быть увеличен на величину данного коэффициента. Чем больше скорость шины, тем больше может быть увеличен размер сообщений.

Коэффициент использования шины при скорости 1200 кбит/сек,  очень мал. Это также означает, что размер и количество переданных сообщений могут быть увеличены.

Коэффициент использования сообщений показывает, что около 95% сообщения приходится на накладные расходы.

Методы оптимизации:

Одним из способов уменьшения коэффициента использования шины  является объединение сообщений, посланных с одного и того же источника. Рассмотрим, например, аккумуляторную подсистему: она периодически посылает 4 однобайтовых сообщения с периодом 100мс. Если бы мы их собрали в единое сообщение, мы бы могли посылать одно четырехбайтовое сообщение с той же скоростью. Это бы уменьшило накладные расходы и, следовательно, коэффициент использования шины.

Также возможно объединять сигналы, которые не обязательно генерируются вместе (например, спорадические сигналы). Подход, который мы используем, состоит в том, что периодически посылается «сервер»-сообщение. Спорадический сигнал, который необходимо послать, записывается в память на процессоре хозяина. При посылки «сервер»-сообщения посылающая задача смотрит, какие сообщения нужно послать и заполняет «сервер»-сообщение соответствующим образом. При использовании этого подхода, задержка спорадического сигнала может быть равна периоду опроса плюс наихудшее время ожидания «сервер»-сообщения. Следовательно, при объединении нескольких спорадических сигналов с требованием по времени ожидания 20мс или дольше, можно использовать «сервер» - сообщение с периодом 10мс и наихудшим временем ожидания 10мс. В качестве альтернативы можно использовать сообщения с периодом 15мс и наихудшим временем ответа 5мс.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2347. Російський визвольний та польський національно-визвольний рухи на українських землях у 20-30-ті роки XIX ст. 20.71 KB
  Мета: розкрити причини поширення західноєвропейських революційних ідей в Україні та створення масонських лож в Україні, проаналізувати діяльність декабристів в Україні та історичне значення декабристського руху для України, довести, що Польське повстання 1830-1831 рр. мало антиколоніальний і антифеодальний характер.
2348. Формування модерної української нації. Теорія та суспільні виклики першої половини XIX ст 37.5 KB
  Мета: провести підсумкове оцінювання знань як кінцевий етап оцінювання знань з тем Вступ. Формування модерної української нації. Теорія та суспільні виклики першої половини XIX ст., Українські землі у складі Російської та Австрійської імперій наприкінці XVIII – у першій третині XIX ст., оцінити рівень навчальних досягнень учнів та перевірити уміння застосовувати нубуті знання.
2349. Історія України у визначеннях, таблицях і схемах 7-9 класи 44.9 MB
  Київська Русь та Галицько-Волинська держава. Національно-визвольна війна та відродження Української держави. Наддніпрянська Україна в другій половині ХІХ століття. Культура України другої половині ХІХ століття.
2350. Усі уроки до курсу Всесвітня історія 9 клас 1.04 MB
  Вікторіанська Британія. Велика Французька революція кінця ХVIII ст. Франція під владою Наполеона. Модернізація Японії. Велика Британія в останній третині ХІХ ст. Завершення територіального поділу світу. Культура народів світу наприкінці ХVІІІ — у ХІХ ст.
2351. Сільське господарство та аграрні відносини на українських землях 33.5 KB
  Мета: показати процес занепаду кріпосницьких та зародження ринкових відносин в Україні у першій половині XIX ст., довести, що російський царизм намагався зміцнити феодально-кріпосницьку систему господарювання в Україні, ознайомити учнів із процесом визрівання ознак ринкової економіки в сільському господарстві, промисловості, торгівлі України.
2352. Початок промислової революції 59 KB
  Мета: дослідити занепад кріпосницьких та зародження ринкових вілносин в Україні в першій половині XIX ст., ознайомити учнів із процесом визрівання ознак ринкової економіки в промисловості, торгівлі.
2353. Повсякденне життя українців у селі та місті. 19.07 KB
  Мета: сформувати в учнів уявлення про повсякденне життя українських селян та міщан у першій половині XIX ст. Розпорядок робочого дня українських селян.
2354. Соціально-економічне становище українського населення під владою Австрійської та Російської імперій і соціальні рухи 41 KB
  Мета: проаналізувати причини розгортання селянського руху, розкрити хід і наслідки соціальної боротьби в Україні в першій половині XIX ст., довести, що колонізаторська політика Російської та Австрійської імперій на українських землях призвела до посилення національного та соціального гніту, з’ясувати форми й характер протесту українського населення.
2355. Утворення Кирило-Мефодіївського братства. 38 KB
  Мета: ознайомити учнів із процесом розвитку національної ідеї в суспільно-політичному русі України першої половини XIX ст., діяльністю першої української політичної нелегальної організації – Кирило-Мефодіївське братство, проаналізувати діяльність Т.Г. Шевченка, як суспільно-політичного діяча та його участь у братстві; проаналізувати програмні документи братства, розкрити значення діяльності кирило-мефодіївців у розвитку українського національного руху.