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

202. Исследование многопозиционной фазовой модуляции 306.5 KB
  Освоение основных принципов моделирования в среде MATLAB, знакомство с многопозиционными методами модуляции. Приобретение навыков по исследованию характеристик модулированного сигнала M-PSK.
203. Разработка практичного программного обеспечения для хранения данных компании в С# 522.5 KB
  Среда разработки поддерживает различные языки программировании в том числе С# и позволяет легко реализовать дизайн создаваемого приложения. Обзор основных функций программы Enterprise Management. Возможности настраиваемого интерфейса программного обеспечения.
204. Комплекс водоочистных сооружений для промышленного предприятия с технологической потребностью в воде 466 KB
  Общие сведения о системе водоснабжения и водоотведения промышленного предприятия. Балансовая схема водоснабжения и водоотведения промышленного предприятия. Разработка технологической схемы и расчет сооружений станции водоподготовки технической воды.
205. Конструирование гендерной нормы в современном российском обществе 670.5 KB
  Понятие нормы и патологии в контексте властных практик современного общества. Социологическое объяснение гендерной и сексуальной идентичности. Отношение общества и отдельных социальных групп к гомосексуальности и гомосексуалистам.
206. Промышленные способы обработки металла методом литья 1.1 MB
  Понятие границы выливаемости в области затвердевания сплава. Характеристика основных промышленных способов плавления металлов и сплавов в литейном производстве. Понятие огнеупорных материалов и их классификация.
207. Конструирование и использование отчетов 724.5 KB
  Отчеты предназначены для вывода информации из базы данных, прежде всего, на принтер. Перед выводом на принтер отчет можно просмотреть на экране. Отчет строится на основании таблиц и запросов, с группировкой данных и подведением итогов.
208. Скелетная травма. Первая помощь при травмах костей конечностей 324.5 KB
  Повреждения костей и суставов, закрытые травматические ушибы, вывихи, растяжения и переломы. Требования к транспортной иммобилизации, первая помощь при переломах конечностей. Подручные средства для оказания первой помощи.
209. Передатчик импульсной РЛС сантиметрового диапазона 623.5 KB
  Проектирование ГУН. Исследование фазового шума, температурной нестабильности частоты и мощности генерируемого сигнала. Проектирование усилителя мощности и генератора модулирующей частоты. Разработка входной и выходной развязок.
210. Статистика численности и социальной структуры населения 337.5 KB
  Статистика доходов и потребления, уровня жизни населения. Относительные показатели, характеризующие уровень экономически активного населения. Статистика охраны здоровья и медицинского обслуживания. Таблицы дожития и средней ожидаемой продолжительности жизни.