45470

Информационно-измерительные системы и АСУТП

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Помехи в системах связи ИВС. Помехи в системах связи ИВС Материал из Пермский Студенческий Портал. Перейти к: навигация поиск Помехи в системах связи ИВС.3 По соотношению ширины спектра сигнала и помехи 1.

Русский

2013-11-17

238 KB

25 чел.

Информационно-измерительные системы и АСУТП:Вопросы к гос. экзамену 2005-06

Материал из Пермский Студенческий Портал.

Перейти к: навигация, поиск

[править]

Теоретические вопросы

  1.  Назначение, цели и функции АСУТП. Классификация АСУТП. Состав АСУТП (ИВС) 
  2.  Этапность (стадийность) разработки АСУТП. Каналы связи. Информационные характеристики канала. Структурные схемы устройства связи с объектом для приема аналоговых сигналов. Структура УСО по выдаче управляющих сигналов. 
  3.  Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. 
  4.  Помехи в системах связи ИВС. Схема проникновения помех. Способы борьбы с помехами. Экспериментальные исследования помехозащищенности. 
  5.  Системы базисных функций. Двоично-ортогональные системы базисных функций. Функции Уолша. Свойства функций Уолша. Система Уолша-Пэли. Масштабирование данных. 
  6.  Классификация информационных сигналов. Сигналы. Модели процессов, аналитически представляющих сигнал. Аналитическое описание сигналов. 
  7.  Методы решения математических зависимостей. Численные методы вычисления математических функций. Погрешности в цифровой системе управления. Погрешности. Причины возникновения погрешностей. 
  8.  Идентификация систем управления. Идентификация в процессе управления. Классификация методов идентификации. Структура идентификации. Динамические методы идентификации. 

[править]

Практические вопросы

  •  ИИСиАСУТП/Задача 1 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 2 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 3 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 4 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 5 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 6 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 7 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 8 
  •  ИИСиАСУТП/Задача 9 

Назначение, цели и функции АСУТП. Классификация АСУТП. Состав АСУТП (ИВС)

Материал из Пермский Студенческий Портал.

Перейти к: навигация, поиск

[править]

Назначение, цели и функции АСУ ТП

АС предназначена для улучшения роли человека в процесс производства, эксплуатации и обслуживания различного рода систем.

АСУ делятся на несколько групп. Главная и общая – АСУ Предприятия. АСУП включает:

  •  управление запасами,
  •  управление людскими ресурсами,
  •  управление процессом производства,
  •  управление процессом обслуживания,
  •  управление процессом сбыта,
  •  управление финансовыми потоками.

Указанные выше функции являются основными задачами руководства предприятия. В зависимости от качества процесса управления определяется состоятельность и финансовая независимость предприятия. Сложность управления зависит от масштабов предприятия и характеризуется следующей функцией:

Смещение гр. 1 и гр. 2 возм.:

  1.  Увеличение штата управляющего персонала
  2.  Применение автоматизированных процессов

Если используется первый способ: при увеличении управляющего персонала возникают следующие недостатки: сложность координирования действий управляющего персонала. Среди общих, равных по функциям людей, необходимо выделить управляющие узлы, то есть применение централизованного управления. Любое воздействие на др. упр. узел только через УУ1. «-»:

  •  Невозможность охвата одним человеком всего. При количестве уровней = 3 и максимальном количестве персонала = 10-15, иначе система является неработоспособной.

  •  необходимость дополнительного денежного финансирования. Эта проблема решается методом децентрализованного управления, то есть выделяются департаменты. Каждому департаменту выделяется своя область действий. При этом каждый департамент обладает определённой долей предприятия.

  •  Здесь ген. Директор – информационный узел, и он обеспечивает разработку стратегии. Проблема этой системы управления: недостаточность информации о работе других департаментов. Ещё одна проблема – обновление информации. Обновление информации должно проводиться в 3-5 лет. Т.е. должна быть произведена замена управляющих узлов (либо горизонтально, либо вертикально). Должно быть чёткое построение и возможность взаимозамены. В области производства решения не находит. Решения: внедрение в систему предприятия автоматизированных комплексов. Автоматизированный комплекс включает как аппаратные, так и программные средства, обеспечивающие основные функции управления. Введение таких систем позволяет исключить в процентном соотношении человеческий фактор из процесса управления. Человеческий ресурс служит координатором действий управляющих систем. Стратегия развития предприятия должна быть построена по следующему принципу:

При возникновении вопросов ответственности все решения принимаются … 

При установке АС должно быть чётко выделены обязанности и ответственности каждого элемента. Две проблемы: необходимость обслуживания и эксплуатации. Должны быть распределены роли по обслуживанию каждого элемента системы, а также должна производиться координация действий между этими службами. В действительности все функции обслуживания передаются одной организации. Все элементы АСУП являются равнозначными на каждом уровне и призваны решать узкоспециализированный круг задач. Особенным модулем является модуль АСУ-ТП. Его задачей является обеспечение взаимодействие программных управляющих воздействий с аппаратными модулями управления. Основной задачей АСУ-ТП является управление жизнеспособностью процесса производства. Данный модуль включает в себя следующие компоненты:

  •  Информационно-измерительная система. Основной задачей служит приём информации от внешних измерительных систем и обработка управляющих воздействий и исполнительное воздействие.
  •  Сетевая подсистема или система передачи информации. Принцип: передача данных на значительное расстояние от объектов используя цифровые каналы.
  •  Человеко-машинный интерфейс. Реализацией является применение SCADA-приложений.
  •  Обработка информации и обеспечение её хранения. Реализацией являются MES-системы (подсистемы ведения архивов). Все указанные подсистемы формируют общую систему, называемую ERP-системой (Enterprise Resource Planning).

[править]

Классификация АСУТП

Современные системы управления ТП можно классифицировать по категориям:

  1.  Область применения
    •  АСУ производственного процесса изготовления продукции. Включает автоматизацию конвейеров и приборов, обеспечивающих изготовление составных элементов объекта.
    •  АСУ зданий. Включает охранно-пожарную сигнализацию, учёт электрической и тепловой энергии, охрану периметра и другие подсистемы здания. АСУ ТП зданий можно разделить:
      •  Автоматизация административных зданий
      •  Автоматизация жилых зданий
    •  Автоматизация промышленных сооружений. К этой группе относятся необслуживаемые объекты, в которых необходимо производить учёт внешнего состояния и учёт процессов, протекающих внутри объекта (например, АСУ Котельной)
    •  По времени реакции. Все АСУ-ТП могут быть разделены на:
    •  критические по времени
      •  режим мягкого реального времени
      •  режим жесткого реального времени (любой отказ приводит к выходу из строя всей системы)
    •  некритические по времени.
  2.  АСУ-ТП классифицируются по типу применяемого оборудования
    •  Цифровое
    •  Аналоговое
    •  Цифроаналоговое
  3.  По принципу управления
    •  Централизованные
    •  Децентрализованные
    •  Распределённая
  4.  По протоколу связи объектов
    •  Fieldbus (LonWorks, Modbus, P-NET, EIB, и т.д.)
    •  Ethernet
    •  Собственная разработка
  5.  По фактору обслуживания
    •  Обслуживаемые
    •  Необслуживаемые

В конечном виде вид АСУ-ТП определяет характер ОУ, выявленный на стадии анализа… 

Необходимо:

  1.  ОУ
  2.  Описание производственного процесса
  3.  Описание готовой продукции

Эти 3 составляющие определяют в конечном виде вид АСУ-ТП и типа применяемого оборудования и протокола.

Появляются отчёты деятельности системы. Виды, количества, а также содержание отчётов определяются разработчиком в соответствии с требованиями заказчика. Отчёты могут быть представлены как в электронном виде, так и на бумажном носителе. Отчётами занимается АСУ Документооборота.

Помехи в системах связи ИВС

Материал из Пермский Студенческий Портал.

Перейти к: навигация, поиск

Помехи в системах связи ИВС. Схема проникновения помех. Способы борьбы с помехами. Экспериментальные исследования помехозащищенности. 

В любой ИИС при передаче сигнала кроме полезного сигнала поступает большой набор помех, возникающий из-за взаимодействия системы связи с внешними окружающими элементами.

Основной задачей при передаче данных является обнаружение полезного сигнала, передаваемого от объекта управления.

Величина помех в канале связи может в несколько раз превышать величину полезного сигнала.

Инициаторы помех:

  1.  любые радиопередающие устройства;
  2.  силовые кабели;
  3.  токоведущая часть АСУТП и другие источники излучения.

Содержание

[убрать]

  •  1 Классификация помех 
    •  1.1 По происхождению 
    •  1.2 По типу воздействия на систему 
    •  1.3 По соотношению ширины спектра сигнала и помехи 
    •  1.4 По способу воздействия на систему 
  •  2 Количественные характеристики помех 
    •  2.1 Импульсные 
    •  2.2 Флуктуационные 
  •  3 Способы борьбы с помехами. 
    •  3.1 Программные способы 
    •  3.2 Программно-аппаратные способы 
    •  3.3 Комплексная защита системы от помех. 

[править]

Классификация помех

[править]

По происхождению

  1.  естественные помехи (атмосферные, космические). К естественным помехам относят атмосферные помехи. Это помехи, обусловленные электрическими процессами, происходящими в атмосфере. Естественные помехи возникают также вследствие осадков (чем сильнее дождь, тем уровень помех больше). Среди атмосферных помех выделяют 2 вида:
    •  импульсные (возникают вследствие ближних гроз);
    •  флуктуационные (возникают вследствие дальних гроз).
  2.  искусственные помехи – помехи, созданные индустрией вследствие применения различных передатчиков.

преднамеренные – созданные с помощью специальных устройств с целью гашения передаваемого сигнала. Используются в военной технике и шпионаже. При преднамеренной помехе амплитуда помехи должна быть равна амплитуде полезного сигнала, и по возможности фаза. Сигнал помехи должен передаваться на той же частоте, что и полезный. В зависимости от соотношения полос передатчиков помех и приемника радиостанции эти помехи делят еще на 2 группы:

  •  заградительные - задача – обеспечить передачу сигнала только узко заданной области;
    •  прицельные – задача – влияние на сигналы других передатчиков.

непреднамеренные помехи возникают вследствие работы оборудования, выполняющего другие задачи. Для снижения этих помех используется заземление кабеля, применяются фильтры.

[править]

По типу воздействия на систему

  1.  Аддитивные помехи (если мешающее действие помехи не зависит от наличия сигнала). При ее действии результирующий сигнал на входе приемника может быть представлен в виде суммы нескольких независимых составляющих.
  2.  ωполез. сигн.помехи1t+ωпомехи2t+…
  3.  # Мультипликативная помеха – помеха, мешающее действие которой проявляется при наличии сигнала. Первоначально сигнал изменяется с заданным коэффициентом передачи распространения сигнала. Помеха возникает вследствие передачи сигнала на большие расстояния, поэтому существует ограничение в АСУТП на дальность передачи сигнала.

[править]

По соотношению ширины спектра сигнала и помехи

  1.  узкополосная – если ее спектр значительно уже ширины спектра полезного сигнала;
  2.  широкополосная – если спектр помехи покрывает большую часть спектра полезного сигнала.

Одна и та же помеха по отношению к одному сигналу может быть узкополосной, а по отношению к другому — широкополосной.

[править]

По способу воздействия на систему

Способ воздействия на систему определяет такое свойство системы как помехозащищенность. При рассмотрении вопроса помехозащищенности АСУТП рассматривает в комплексе с учетом помехозащищенности каждого элемента. Для каждого элемента АСУТП могут быть рассмотрены различные виды помех:

  1.  внутриканальная помеха – помеха, приводящая к снижению уровня полезного сигнала при воздействии мешающих сигналов иных станций или каналов. Полезный сигнал одной подсистемы может наложиться на полезный сигнал другой подсистемы. В результате может возникнуть неадекватная реакция. Для решения этой проблемы рекомендуется защищать проводник или использовать для передачи один сигнал.
  2.  Ретранслируемая помеха – этот вид помех возникает вследствие использования оборудования, т.н. повторители сигналов. Эта помеха появляется в процессе функционирования системы и д.б. устранена.
  3.  Структурная помеха – помеха, структура которой совпадает со структурой полезного сигнала, но отличается по параметрам модуляции. Эта помеха может быть исключена путем включения соответствующего фильтра.
  4.  Помехи, которые влияют на определенные элементы:
    •  воздействующие на систему;
      1.  внутрисистемные;
      2.  внесистемные (межсистемные);
    •  воздействующие на приемник; (Эти помехи связаны с нестабильностью полезного сигнала, наличием отклонений)
      1.  внутриканальные;
      2.  по соседнему каналу;
      3.  по зеркальному каналу;
      4.  по побочным каналам;
      5.  вне рабочей полосы;
    •  воздействующие на канал передачи.
      1.  структурная помеха;
      2.  имитационная помеха;
      3.  ретранслируемая.

Имитационная помеха имеет одинаковую с полезным сигналом структуру (нежелательная помеха).

Для снижения помех на различных элементах АСУТП требуется применение помехозащищенных каналов и обеспечение помехозащищенности других элементов.

На канал измерения также влияет аппаратурная помеха – помеха, связанная с наводками на корпус канала измерения и наводки на цепи питания.

[править]

Количественные характеристики помех

Для анализа количественных характеристик используются следующие помехи: импульсные и флуктуационные.

[править]

Импульсные

Импульсные – помехи малой длительности, которые в общем случае состоят из большого числа импульсов.

Все импульсы случайно распределяются по времени и амплитуде.

Количественные характеристики позволяют оценить «мешающую» способность помехи, т.е. определить степень влияния помехи на передаваемый сигнал.

Вследствие анализа с определенной долей вероятности по количественным характеристикам можно определить требования к АСУТП по помехозащищенности.

В качестве математической модели импульсные помехи выбирают закон Пуассона.

P(n) – вероятность появления n импульсов помехи в сигнале

fcn – средняя частота следования импульсов помехи

Tc – длительность информационного сигнала

n – количество импульсов помехи, которые может исказить сигнал.

Величина P(n) тем меньше, чем выше кратность помехи.

Все коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, строятся из расчета появления небольшого числа ошибок, т.к вероятность появления ошибки большой кратности мала.

Для анализа импульсных помех можно использовать различные модели. Модель Пуассона является одним из вариантов анализа импульсной помехи.

[править]

Флуктуационные

Флуктуационная (шумовая) – если представляет случайный, нормально распределенный шумовой сигнал (Гауссовский шум).

Для анализа шумовой помехи используется модель «белого шума» с неограниченным набором частот.

Модель основывается на нормальном законе распределения вероятности. Вычисление нормального закона может производиться с применением распределения.

– дифференциальный вид

P(Un) – Текущее значение амплитуды шумовой помехи

Ucp – Среднее значение амплитуды шумовой помехи

– Средне квадратичное отклонение, характеризующее амплитуду переменной составляющей помехи

– дисперсия

(Un - Uср)2 прямо пропорционально энергии сигнала

P(Un) – вероятность появления помехи

Вероятность появления помехи большой амплитуды мала.

При построении АСУКТП учитываются составляющие вид системы для построения фильтров.

Интегральный вид.

Un <= x0 – вероятность того, что помеха не превысит величину x0.

Количество передаваемой информации зависит от соотношения «сигнал-шум». Для флуктуационной помехи это отношение:

– это отношение «сигнал-шум»

Если >=10 , то действием помехи можно пренебречь. Помеха учитывается в виде вероятности искажения отдельных элементарных сигналов. Например, с помощью Uсигн. При увеличении амплитуды сигнала увеличивается α, следовательно соотношение стремиться к 10. Для уменьшения вероятности искажения сигналов можно использовать различные приемы.

[править]

Способы борьбы с помехами.

Нужны для обеспечения качества передаваемой информации, измеренной на объекте управления и передаваемой на узел хранения и обработки.

  1.  Программные
  2.  Программно-аппаратные

[править]

Программные способы

К программным относят механизмы достоверности доставляемых данных, которые заключаются в том, что при получении информационного пакета производится проверка контрольных стоповых битов и контрольной суммы. Система является жизнеспособной, если из битов 1 неправильный (искаженный).

Средства программной защиты реализуются:

  1.  на уровне протокола передачи данных
  2.  с помощью специального ПО, обеспечивающего взаимодействие с ОУ. К ним относятся продукты ИИС. Они производят оценку измерения, позволяют производить фильтрацию усиленных сигналов.

Вероятность декомпозиции данных измерений. Декомпозиция производится на программном уровне с целью сохранений «попутной» полезной информации.

[править]

Программно-аппаратные способы

Программно-аппаратная защита реализуется индивидуально для каждого модуля АСУТП. А именно:

  •  канал измерения
  •  система передачи данных
  •  приемник информации.

Особое внимание уделяется элементам стыка компонентов систем.При наличии стыков увеличивается аддитивная помеха и помеха ретрансляции.

Стык в системе должен допускаться только при необходимости и должен быть реализован с применением специальных аппаратных модулей – кроссировочных устройств – это устройства, которые обеспечивают плотное соединение элементов кабеля и помехозащищенность на уровне корпуса.

Защита канала измерения включает устройство типа датчик и средство передачи информации. Для защиты от помех канал должен быть заземлен и иметь защитный корпус. Класс точности измерения определяется изготовителем измерительного канала с учетом уровня возможных помех, в т.ч. тепловых.

Защита устройства сбора и хранения информации. Защита этого уровня АСУТП обеспечивается путем использования испытанного в заданных условиях эксплуатации прибора; обеспечивается путем заземления и использования фильтров. Для одного устройства могут быть использованы различные виды фильтров.

Основной проблемой защиты является защита канала. В зависимости от амплитуды сигнала, а также наличия фильтров защиты и заземления влияет на дальность и качество передаваемых данных. При расчете этих характеристик в идеальных условиях производится получение максимальной дальности и скорости передачи данных. Реально скорость и дальность будут зависеть от типа используемого канала передачи данных.

Способы:

  1.  применение заземленного кабеля;
  2.  использование жил большого сечения (чем больше сечение, тем меньше уровень помех);
  3.  использование экранирования с помощью технологии витой пары;
  4.  использование методов повышения амплитуды первоначального сигнала;
  5.  отсутствие сцепок в каналах связи.

Нельзя использовать скрутки, спайки разных металлов.

С целью повышения помехозащищенности несколько проводников можно объединить в единую кабельную систему (или структурированную кабельную сеть – СКС).

СКС строится таким образом, чтобы обеспечить взаимное исключение помех, например, для разных систем передачи информации используются разные амплитуды сигнала.

[править]

Комплексная защита системы от помех.

Выполняется путем экспериментального исследования помехозащищенности АСУТП (анализ влияния соседних передатчиков на область функционирования АСУТП; влияние разработанной АСУТП на другие передатчики; влияние внешних факторов на АСУТП).

Кабельная система любой АСУТП является антенной, которая принимает все сигналы, особенно в местах стыка.

При увеличении амплитуды передаваемого сигнала увеличивается уровень негативного воздействия системы на окружающую среду, в т.ч. и на человека.

Современные технологии автоматизации стремятся применять малоточные информационные системы в местах, где систему обслуживает человек. Это еще обеспечивает взрывобезопасность.

Например, технология ZigBee. Ее проблема – небольшая дальность передачи сигнала.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48549. Старажытныя цывілізацыі 650 KB
  Крыніцы вывучэння гісторыі Беларусі. Гісторыя Беларусі вывучаецца на аснове разнастайных гістарычных крыніц. Першымі на тэрыторыю Беларусі прыйшлі фінаугорскія плямены якія раней жылі за Уралам. Больш глыбокія вынінікі для Беларусі і Еўропы мела перасяленне індаеўрапейцаў.
48550. Автоматизация подготовки документов средствами СПС 178.5 KB
  Папки в СПС КонсультантПлюс 4. История запросов СПС КонсультантПлюс Основные сведения о системе Справочная правовая система КонсультантПлюс разработчик в РБ – ООО ЮрСпектр http: urspectr.info компания КонсультантПлюс г.
48551. Психодиагностика. Конспект лекций 1.01 MB
  пришел к выводу что положительная корреляция между тестами на различные способности например математические и литературные выявляет некоторый общий генеральный фактор. Позднее распространилась точка зрения согласно которой структуру свойств составляет ряд достаточно широких групповых факторов каждый из которых может в разных тестах иметь различный вес. Тесты достижений Наряду с тестами интеллекта специальных и комплексных способностей возник и еще один тип тестов широко применяемых в учебных заведениях – тесты достижений. В данном...
48552. Философия. Мировозренческая картина мира 147.76 KB
  Возникает в глубокой древности и характеризуется следующими свойствами: образность (образное освоение реальности) и синкретизм (слитность и нерасчленённость мифологии, знаний, ценностей). В мифе человек неразрывно сливается с природой. Мифологическое представление – это не столько знания, а реальность, в которой живёт человек.
48553. СОВОКУПНЫЙ СПРОС И СОВОКУПНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ 893 KB
  Совокупный спрос – модель представленная в виде кривой которая показывает различные объемы товаров и услуг то есть реальный объем национального производства который потребители производители и правительство готовы купить при любом возможном уровне цен. На оси абсцисс указываются значения реального объема производства реального ВНП. Характер этой кривой говорит о том что при повышении уровня цен объем реального объема производства будет меньше и соответственно при снижении уровня цен объем реального ВНП будет больше. Подобная...
48555. Мембранные аппараты для очистки сточных вод. Конструкции, принцип действия и расчет тарельчатых абсорберов 562 KB
  Вид уравнения для нахождения оптимальной скорости газового потока зависит от типа тарелки размеров элементов тарелки физикохимических свойств газа и жидкости и соотношения расходов фаз. Число тарелок в колонне находят по общей поверхности контакта фаз и рабочей площади одной тарелки: а также по числу единиц переноса для всей колонны и числу единиц переноса для одной тарелки. Гидравлическое сопротивление одной тарелки тарельчатого абсорбера складывается из сопротивления сухой тарелки сопротивления силы...
48556. ОСНОВЫ РАБОТЫ В СРЕДЕ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ UNIX 33.68 KB
  Написать скрипт на языке shell, выполняющий периодический поиск и уничтожение файлов и пустых каталогов с определенным именем (имя файла, каталоги поиска и период поиска должны являться параметрами скрипта).
48557. Мікроекономіка. Курс лекцій 1.6 MB
  Аналіз сутності виробництва і витрат дозволяє визначити оптимальну раціональну поведінку товаровиробника висвітлити суть ізокванти і ізокости а також закон спадної граничної продуктивності. Належне місце в ринковій економіці займає аналіз поведінки підприємства сутність виробництва і витрат. Предмет і метод мікроекономіки Мікроекономіка як складова частина економічної теорії Предмет концептуальні основи та методологія мікроекономіки Мета завдання і зміст дисципліни Мікроекономіка як складова частина економічної теорії Вивчення економічної...