Система мониторинга, диагностики и управления настройками распределённых телемеханических комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Мандрик, Андрей Владимирович

• Мандрик, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мандрик, Андрей Владимирович

СПИСОК АББРЕВИАТУР.

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС КАК СИСТЕМА.

1.1. Система сбора технологической информации.

1.2. Анализ архитектуры основных распределённых телемеханических комплексов.

1.3. Исследование архитектуры и функциональности выделенных элементов распределённого телемеханического комплекса.

1.4. Аспекты применения мобильных Интернет-технологий для задач мониторинга и диагностики работоспособности устройств телемеханики.

2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ДИАГНОСТИКИ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ТЕЛЕМЕХАНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ.

2.1. Разработка методов представления динамически изменяющейся информации.

2.2. Выделение критериев качества каналов телемеханики.

2.3. Разработка алгоритма передачи и представления потоков технологической информации.

2.4. Оценка актуальности технологической информации в распределённом телемеханическом комплексе.

2.5. Выводы по второй главе.

3. УПРАВЛЕНИЕ НАСТРОЙКАМИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ.

3.1. Исследование основных методик удалённого управления настройками.

3.2. Разработка понятийной модели пользовательского интерфейса.

3.3. Управление настройками телемеханического комплекса средствами мобильных Интернет-технологий.

3.4. Выводы по третьей главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система мониторинга, диагностики и управления настройками распределённых телемеханических комплексов»

В настоящее время сеть Интернет и сопутствующие технологии показывают высокую динамику развития. Данная диссертационная работа посвящена применению Интернет-технологий для диагностики, мониторинга и управления настройками устройств телемеханики и коммутационных серверов.

Разработка описываемых в работе алгоритмов и методов была начата в 2003 году в рамках проекта системы отображения технологической информации УТМ «МТК-ЗО.КП» и центральной приёмно-передающей станции (ЦПГТС) «Систел». Дальнейшее развитие системы затронуло аспекты конфигурирования указанных устройств.

Разрабатываемая система может найти применение на различных уровнях системы сбора данных. В процессе разработки учитываются тенденции реформирования отраслей, связанных с телемеханизацией. Программное обеспечение, разработанное с применением предложенных алгоритмов и методик, предоставляет обслуживающему персоналу возможность осуществлять просмотр текущих состояний телесигналов и телеизмерений, анализировать потоки технологической информации, диагностировать работоспособность устройства и каналов связи. Подсистема управления настройками позволяет ускорить процесс ввода устройств телемеханики в эксплуатацию и сократить сроки обучения обслуживающего персонала.

Возможность создания системы подобного рода обусловлена развитием микроэлектроники, программных технологий и телекоммуникаций.

Цель работы. Целью настоящего диссертационного исследования является разработка алгоритмов, методов и программно-технологических средств, направленных на качественное улучшение условий труда обслуживающего персонала и оптимизацию процессов технического обслуживания распределённых телемеханических комплексов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- Исследовать архитектуру основных распределённых телемеханических комплексов с целью выделения базовых структурных элементов.

- Сопоставить выделенным элементам понятия предметной области и разработать на их основе программное обеспечение управления настройками УТМ.

- Разработать алгоритм представления потоков диагностической информации, учитывающий пропускную способность канала связи между УТМ и персональным компьютером (ПК) оператора.

- Разработать модель оценки актуальности технологической информации в распределенном телемеханическом комплексе.

- Исследовать возможность использования мобильных Интернет-технологий для задач диагностики и управления настройками телемеханических комплексов.

- Разработать инструментарий диагностики и управления настройками в распределённой телемеханической системе на примере УТМ МТК-ЗО.КП и центральной приёмно-передающей станции (ЦГТПС) «Систел».

Научная новизна и основные положения, выносимые автором на защиту.

1. Разработан алгоритм передачи и представления потоков технологической информации, расширяющий функциональность существующих алгоритмов за счёт механизма, учитывающего пропускную способность канала связи между УТМ и ПК оператора для предотвращения потерь фрагментов потока.

Известно, что отличительной особенностью телемеханических комплексов является максимальная достоверность и скорость передачи при минимальных искажениях на линии. Учитывая интенсивность информационного потока, классический подход к организации Интернет-ресурсов не позволяет реализовать ПО с требуемыми показателями по скорости обработки потока.

Механизм доставки потока технологической информации на страницу пользователя реализован следующим образом. После запроса на страницу с представлением оперативной информации сервер формирует страницу, дополнительно содержащую апплет доставки и представления потоков технологической информации. Апплет, в свою очередь, организует подписку на информацию по требуемому каналу(ам). После этого все данные начинают поступать клиентам. Задачей апплета, таким образом, является подписка на данные, получение потока и его отображение заданным образом (битовые потоки, логические осциллограммы пакетов данных).

При работе с потоком технологической информации важным критерием становится пропускная способность канала связи между клиентом и сервером. В случае, когда пропускная способность канала до клиента меньше пропускной способности телемеханического канала, запускается механизм резервного сохранения потока с целыо его передачи и отображения в полном виде по запросу пользователя.

2. Разработан новый подход к управлению настройками УТМ, основанный на визуализации понятийного аппарата предметной области.

Одним из значимых моментов при построении пользовательского интерфейса является языковая основа. Известно, что при использовании в интерфейсе объектов с именами, присущими понятиям предметной области, интерфейс осваивается оператором быстрее. Следовательно, применение объектного подхода и привычного для предметной области понятийного аппарата предоставляет возможность создать интерфейс, сравнительно лёгкий в освоении и в значительной степени автоматизирующий процедуру конфигурации устройств телемеханики, что влечёт за собой уменьшение временных затрат на введение устройства в эксплуатацию и масштабирование его конфигурации.

3. Предложен новый метод оценки актуальности технологической информации в распределённом телемеханическом комплексе. Новизна метода состоит в его независимости от технологий связи и ориентированности на оценку задержек доставки данных в распределённых комплексах.

Так как скорость доставки технологических данных может существенно меняться в процессе работы, требуется методология оценки времени задержки в доставке информации на всех уровнях распределенной системы сбора данных. В качестве основного измеряемого параметра можно выделить усреднённую. задержку на передачу технологической информации. Данный параметр может быть измерен для любой среды передачи и любого используемого протокола передачи. Он обладает свойством аддитивности, т.е. итоговая задержка может быть получена как сумма промежуточных параметров. В некоторых случаях задержка доставки технологических данных может быть крайне неравномерной. Поэтому вторым параметром будет неравномерность задержки. Математически второй параметр определяется как квадрат отклонения времени доставки от среднего.

По мгновенным задержкам вычисляются средняя задержка и ее среднеквадратичное отклонение. Мгновенная задержка определяется запросами на обновление псевдосигналов (в случае унаследованных протоколов). Посылая подобные запросы между различными узлами распределенной системы, можно получить относительно полную картину задержек. Обратим внимание, что для оценки задержки обработки можно посылать запросы узла к самому себе.

Разработанный механизм оценки позволит увеличить степень наблюдаемости системы в целом и предоставит обслуживающему и диспетчерскому персоналу более полную информацию о процессах, протекающих в распределённом телемеханическом комплексе.

Актуальность работы. В последние годы в отраслях, связанных с телемеханизацией, прослеживаются тенденции по увеличению объемов обрабатываемых сигналов и измерений на всех уровнях систем сбора технологической информации. Проводимые в этих отраслях реформы предъявляют повышенные требования к точности обработки информации, наблюдаемости и корректности функционирования системы на всех уровнях.

Для увеличения степени наблюдаемости систем в условиях увеличения объёма обрабатываемой информации требуется развитый инструментарий мониторинга, диагностики и управления настройками устройств телемеханики (УТМ). Что должно ускорить процесс технического обслуживания телемеханических комплексов.

Наличие в составе комплекса инструментов управления настройками УТМ, не предъявляющих особых требований к владению архитектурой комплекса, позволит ускорить процесс обучения обслуживающего персонала и сократить вероятность возникновения ошибок при настройке УТМ оператором.

Разработка методов оценки временных задержек передачи данных в распределённых телемеханических комплексах позволит диспетчерскому и обслуживающему персоналу анализировать актуальность информации и качество каналов связи.

Применение мобильных устройств для задач диагностики и управления настройками УТМ позволит упростить доступ к этим устройствам и уменьшить расходы на обслуживание комплекса.

Практическая ценность работы. На основе предложенных в работе методов и алгоритмов создана система мониторинга, диагностики и управления конфигурацией распределённых телемеханических комплексов.

Сферой применения результатов работы может являться любая распределённая телемеханическая система, имеющая в своём составе микропроцессорные УТМ. В частности, в настоящее время система применяется на объектах электроэнергетики как часть программно-аппаратного комплекса «СИСТЕЛ». Система внедрена на предприятиях электроэнергетики Белгородской и Московской областях, на предприятии филиала ОАО «МОЭСК» Высоковольтные кабельные сети «ВКС», что подтверждается актами о внедрении результатов диссертационного исследования.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на пятой и шестой специализированных научно-технических семинарах-выставках «Современные средства телемеханики, организация рабочих мест и щитов управления» 2004, 2005 годов, на XI и XIII научных конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов в г. Дубна. Также результаты данного исследования включены в учебный курс «Параллельные и распределённые вычисления» Международного университета природы, общества и человека «Дубна» филиал «Протвино» и специализированный учебный курс на базе ООО «Систел Автоматизация».

Структура, содержание и объем диссертации определены поставленной целью, задачами и логикой исследования. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы из 70 наименований. Текст диссертации изложен на 127 страницах, включая 10 таблиц, 45 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Мандрик, Андрей Владимирович

Основные результаты, полученные в ходе выполнения данного диссертационного исследования, сводятся к следующему:

1. Результатом проведённого исследования основных распространённых ТМ комплексов стало выделение их базовых структурных элементов.

2. На основе сопоставления выделенным архитектурным элементам понятий предметной области, разработан программный инструментарий управления настройками УТМ.

3. Разработан алгоритм передачи и представления потоков технологической информации, учитывающий пропускную способность канала связи между УТМ и ПК оператора для предотвращения потерь фрагментов потока.

4. Разработан метод оценки актуальности технологической информации, не зависящий от технологий связи.

5. Разработаны методы диагностики и управления настройками ТМ комплексов на основе мобильных Интернет-технологий.

6. Результаты диссертационной работы в виде методик, алгоритмов и программ в составе программно-аппаратного комплекса «СИСТЕЛ» применяются на предприятиях энергетики Российской Федерации и используются в учебном процессе кафедры информационных технологий филиала «Протвино» Международного университета природы, общества и человека «Дубна».

В заключение выражаю глубокую благодарность своему научному руководителю кандидату ф.-м. наук Ухову В.И. за постоянную помощь и моральную поддержку, сотрудникам «Систел Автоматизация»: Рыкованову С.Н., Кис-лякову А.В., Кочину В.Н., Кульману В.Ю., Кульману Н.Ю., Мухину В.А., По-ловникову С.А., Половникову М.С., Кононову А.И., Гусеву В.В., а также сотрудникам кафедры Информационных технологий Международного университета природы, общества и человека «Дубна» филиал «Протвино» за ценные советы и конструктивную критику.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мандрик, Андрей Владимирович, 2008 год

1. Rich Bowen, Ken Coar. Apache Server Unleashed. Sams Publishing, 2000. - 628c.

2. D.M. Geary "Graphic Java2 masteing the JFC" Volume 1 Sun Microsystems Press 1999, ISBN 0-13-079667-0

3. D.M. Geary "Graphic Java2 masteing the JFC" Volume II Sun Microsystems Press 1999, ISBN 0-13-079667-0

4. Gray, Wayne D., Bonnie E. John, and Michael E. Atwood. «Project Ernestine: Validating a GOMS Analysis for Predicting and Explaining Real-World Task Performance,» Human-Computer Interaction, 8:3. 1993r.

5. J.Jaworski "JavaScript and JScript" SYBEX 1999, ISBN 0-7821-2492-5

6. Paul Hyde. "Java Thread Programming" Sams Publishing 1999 ISBN 0-6723-1585-8

7. Mark Wutka, «JAVA ExpertSolutions» et.al. ISBN: 0-7897-0935-x

8. Pocket PC Browser comparison // http://w\vw.geekzone.co.nz/content.asp?contentid=5059. «Web технологии на службе АСУ ТП» Электронный журнал энергосервисной системы «Экологические системы» http://esco-ecosys.narod.ru. №6. 2002г.

9. Автоматизация подстанций от телемеханики до полноценного АСУ ТП//Энергетика и промышленность России. -2007. JtelO с36-37.

10. Александровская JI.H., Аронов И.З. «Безопасность и надёжность технических систем» Логос, 2008. 376с.

11. Алексеев О.П. Автоматизация электроэнергетических систем. М.: Энергоатомиз-дат, 1994.-448с.

12. Алексеев О.П. Казанский В.Е. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981.— 480 с.

13. Амиров Р.Я. «Технические системы». Уфа: Гил ем, 2000. - 600с.

14. Андриевский Е.Н. Диспетчерский пункт района распределительных сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987. 112с.

15. АнзимировЛ.В. «WEB-технологии TRACE MODE 5» Электронный журнал энергосервисной компашш «Экологические системы» ЭСКО №6, 2002.

16. Антонов А.В. «Системный анализ» Высшая школа, 2008. - 456с.

17. Базыма Б.А. Психология цвета: теория и практика. СПб.: Речь, 2005. - 205с.

18. Божко. ATI. Photoshop: Ретушь и коррекция изображений. М: ООО «Тех Бук», 2003г.-496с.

19. Большая советская энциклопедия, М.: "Советская энциклопедия" 1971.

20. Брауде Э. Технология разработки программного обеспечения. СПб.: Питер,2004.-655 е.:

21. Брэдфорд Э. Може Л. Кроссплатформснные приложения для Linux и Windows -СПб.: Питер, 2003г. 672с.

22. Вигерс Карл. Разработка требований к программному обеспечению. — М.: «Русская редакция», 2004. 576с.

23. Гельман Г.А. Телемеханика в энергоснабжении промышленных предприятий. — М.: Энергоиздат. 1981.

24. Глушаков С.В. Коваль А.В., Черепиин С.А. Программирование на Visual С++ 6.0.: Харьков: Фолио, 2002. - 726с.

25. Глушаков С.В. Программирование на Java2: Изд. 2-е. — Харьков: Фолио, 2003.536с.

26. А.Б.Григорьев «Использование COM/DCOM и ОРС в Интернете» http://www.asutp.ni

27. Девидсон, Джонатан, Питере, Джеймс, Бхатия, Манож. Основы передачи голосовых данных по сетям IP, 2-5 изд.: Пер. с англ. — М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2007. -400с.

28. Дейтел Х.М., Дейтел П.Дж. Сантри С.И. Технологии программирования на Java 2: Книга 1. Графика, JavaBeans, интерфейс пользователя. М: «Бином-Пресс», 2003г. — 560 с.

29. Дейтел Х.М., Дейтел П.Дж., Сантри С.И. Технологии программирования на Java 2: Книга 3. Корпоративные системы, сервлеты, JSP, Web-сервисы. М: «Бином-Пресс», 2003г. -672 с.

30. Денисов А.А. Информационные основы упраления. JL: Энергоатомиздат, Ле-нингр. Отд-ние, 1983. - 72 с.

31. Дронов В.A. Macromedia Dreamweaver 4: разработка Web-сайтов. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002. 608с.

32. Емельянов С.В., Афанасьев А.П. «Проблемы вычислений в распределённой среде. Организация вычислений в глобальных сетях» РОХОС, 2004г.

33. И.Иванов «Интернет и управление технологическими процессами» http ://wvvw. а sutp.ru

34. Камер Д.Э. Стивене Д.Л. «Сети TCP/IP разработка приложений» Т.З 2002. ISBN 588782-119-1

35. Компания ДЭП. Программное обеспечены e//http://www.dep.ru/page/software/

36. Крейн, Дейн, Паскарелло, Эрик Джеймс Дррен. Ajax в действии — М.: Изд.дои «Вильяме», 2006. 640с

37. Кузеев И.Р., Самигуллип И.Р., Куликов Д.В., Закирничная М.М., Мекалова Н.В. «Сложные системы в природе и технике» Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. — 227с.

38. Куцевич Н.А. «SCADA-снстемы. Взгляд со стороны» Промышленные АСУ и контроллеры. №1. 1999.

39. Логунова О.С. Человеко-машинное взаимодействие: теория и практика: Учебное пособие / О.С. Логунова, И.М. Л чеков, Е.А. Ильина. Ростов и.д.:Феникс, 2006. - 285с.

40. Макконпелл С. Совершенный код. Мастер-класс — М.: И.Д. «Русская Редакция»; СПб.: Питер, 2005. 896с.

41. Манн С., Крелл М. Linux. Администрирование сетей TCP/IP. М.: ООО «Бином1. Пресс», 2003 г. 656с.

42. Молдовян Н.А., Молдовян А.А., Еремеев М.А. Криптография от примитивов к синтезу алгоритмов. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 448с.

43. В. М. Мунипов, В. Г1. Зипченко «Эргономика». — Логос, 2001г.

44. Мурашов А. Виноградов В. «Развитие Internet-технологий в современных информационных системах управления производством» Электронный журнал энергосер-виснои компании «Экологические системы» ЭСКО №6. 2002.

45. Никаноров С.П. «Опыт прикладного применения системного анализа» Концепт, 2006.-348с.

46. Новиков Д.А., Смирнов И.М., Шохина Т.Е. «Механизмы управления динамическими активными системами» М.: ИПУ РАН, 2002. 124с.

47. Ноутон П., Шилдт Г. Java tm 2. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. 1072с

48. Пауэлл Т.А. Web-днзанн. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 1024с.

49. Радиотелеком. Аппаратно-программный телеметрический комплекс «ТЕ ЛУ Р »//http:// www, rad i о t el ее от. г и/

50. Разумов О.С. Системные знания: концепция, методология, практика.:-М.: Финансы и статистика, 2006 — 400с.

51. Джеф Раскин. «Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем»-СПб.: Символ-Плюс • 2003 г.

52. Саркисян С.А., Ахундов В.М., Минаев Э.С. «Большие технические системы. Анализ и прогноз развития» М.: «Наука», 1977. 350с.

53. Николас А.Солтер. Скотт Дж.Клепер. С++ для профессионалов: М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2006. 912с.

54. Спицнадель В. Н. «Основы системного анализа» Бизнес-пресса, 2000 - 326с.

55. Сухов С. А. Мониторинг оперативных диспетчерских данных средствами Интернет// Автоматизация и современные технологии — 2007.-№3.

56. Тимирбаев А., Лангманп Р. «Веб-базированпый доступ к технологической информации» Мир компьютерной автоматизации. №5, 2002

57. Уилтон П. JavaScript. Основы. СПб.: Символ-Плюс, 2002. - 1056с.

58. Устройство телемеханики контролируемого пункта-микропроцессорный телемеханический комплекс // http://vwv'w.sysavt.ru/product/mtk30kp/mtk30kp.htm

59. Ухов В.И., Мандрик А.В. Применение WEB-технологий для удалённого управления конфигурацией устройств телемеханики//Автоматизация и современные технологии. -2008.- № 6.

60. Ухов В.И. Мандрик А.В. Интеграция АСДТУ, АИИС КУЭ, РЗАиА с применением микропроцессорного устройства телемеханики МТК-30.КП//Межотраслевой производственно-технический журнал «Автоматизация от А до Я». 2008,- № 1.

61. Ухов В.И., Мандрик А.В. Контроль и оценка качества передачи оперативной информации в распределённой системе сбора данных//Автоматизация и современные технологии. 2008.- №11.

62. Функции отображения информации ПО АРМ «Контакт» ЗАО Системы связи и телемеханики // http://vAVW.cts.spb.ru/armvisual.htm

63. Мугал Халид А., Расмуссен Рольф В. Java. Руководство по подготовке к сдаче сертификационного экзамена СХ-310-035, 2-е изд. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2006. 688с.

64. Цимбал А.А., Аншина М.Л.Аншина. Технологии создания распределённых систем. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2003. - 576с.

65. Центральная приёмно-передающая станция ЦППС «Систел» // http://www.sysavt.ru/product/cpps/cpps.htm

66. Шеферд Джордж. Программирование на Microsoft Visual С++.NET. Мастер-класс. -2-е изд. М.: «Русская Редакция»; СПб.: Питер, 2007. 928с.

67. Шилдт, Герберт. Полный справочник по С++. 4-е издание.: М.: «И.Д. Вильяме», 2007.-800с.

68. Шумский А. А. «Системный анализ в защите информации» 2005. 224с.