Главная » 2014 » Август » 28 » Скачать Программно-аппаратный комплекс повышения производительности сетей промышленной автоматизации на основе анализа протокола. бесплатно
10:38 PM
Скачать Программно-аппаратный комплекс повышения производительности сетей промышленной автоматизации на основе анализа протокола. бесплатно
Программно-аппаратный комплекс повышения производительности сетей промышленной автоматизации на основе анализа протокола
Диссертация
Автор: Белковский, Сергей Викторович
Название: Программно-аппаратный комплекс повышения производительности сетей промышленной автоматизации на основе анализа протокола
Справка: Белковский, Сергей Викторович. Программно-аппаратный комплекс повышения производительности сетей промышленной автоматизации на основе анализа протокола : диссертация кандидата технических наук : 05.13.07 Пермь, 2000 176 c. : 61 00-5/2622-9
Объем: 176 стр.
Информация: Пермь, 2000
Содержание:
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Глава 1 АНАЛИЗ КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ FIELDBUS-CHCTEM
12 Этапы развития систем АСУТП
13 Место fieldbus-систем в иерархии сетей
14 Преимущества распределенного управления на основе fieldbus-технол огий
15 Основные требования к системам АСУТП
151 Требование работы е релсиме реального[ёремени
152 Требование использования необходимых аппаратных средств
153 Требование децентрализованного управления
16 Проблемы функционирования fieldbus-сетей
161 Увеличение времени ответа
162 Неэффективность программного обеспечения узлов сети
163 Реализация аппаратных и программных технологий
164 Несовместимость устройств в сети
165 Изменение размеров блоков и пакетов
17 Обзор существующих fieldbus-систем Стандарты и протоколы
171 P-NET
172 LonWorks
173 PR0F1BUS
174 Е1В
18 Постановка задачи анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации
19
Выводы
Глава 2 АНАЛИЗ FIELDBUS-СИСТЕМЫ P-NET
21 Обзор fieldbus-системы P-NET
212 Уровень 1 Уровень физической связи
213 Уровень 2 Уровень связи данных
214 Уровень 3 Сетевой уровень
215 Уровень 4 Уровень обслуживания
216 Уровнь 7 Уровень прилож'сний
217 Канал
22 Анализ характеристик fieldbus-системы P-NET
221 Базовые характеристики
222 Характеристики реального времени
23 Формализация задачи анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации
24 Пример построения распределенного приложения
241 Этапы технологического процесса
242 Задачи управления
243 Узлы сети
244 Сеть управления
245 Мониторинг процесса
25
Выводы
Глава 3 П0ВЫП1ЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ FIELDBUS-СИСТЕМ НА ОСНОВЕ P-NET
31 Математическая модель fieldbus-систем
311 Системы массового обслу:живания
312 Построение модели сети F-NET
32 Оптимизация производительности fieldbus-систем
321 Задача выбора пропускных способностей
322 Задача распределения потоков
323 Задача выбора пропускных способностей и распределения потоков ]]
324 Задача выбора топологии, пропускных способностей и распределения потоков
33
Выводы
Глава 4 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ^ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СЕТИ P-NET
41 Требования к системам анализа протокола ^ 42 Обзор существующих систем контроля и анализа протокола
421 Аппаратная реализация
422 Программная реализация
43 Структура комплекса Схема повышения производительности
44 Модуль анализа протокола
441 Захват и фильтрация пакетов
442 Представление информации протокола
443 Представление статистической информации
444 Способы хранения пакетов
445 Организация пользовательского интерфейса ^ 446 Базовые требования
447 Возмо:жности расширения ^ 45 Модуль оптимизации
451 Построение виртуальной сети оптимизации
452 Нахождение начального реализуемого решения
453 Оптимизация
454 Построение оптимизированной сети
455 Результаты эксперимента
46 Оценка адекватности модели
47 Работа с данными большой размерности
48
Выводы
Введение:
На современном этапе развития промышленности нашли широкое применение всевозможные средства автоматизации производственного процесса, контроля и управления.Прежде были широко распространены такие системы автоматизации, которые были созданы для конкретных узких целей. Это не позволяло наиболее полно использовать оборудование и объединять несколько систем автоматизации в одну. Более того, создание нового типа оборудования приводило к необходимости полной замены старой или создания новой автоматизированной системы.Данная ситуация дала толчок к появлению микропроцессорных систем автоматизированного управления, названных fieldbus-системами, или системами полевых шин. Они характеризуются уходом от концепции иерархического построения управляюш;их сетей к полной или частичной децентрализации управляющего процесса, более мощными средствами и механизмами, заложенными в их основу, строгой стандартизацией на уровне центральных межгосударственных организаций, богатыми возможностями совместного использования систем, работающих согласно различным протоколам [37].Актуальность работы. Одной из основных задач и целей, послуживших развитию fieldbus-систем, было снижение стоимости самой системы, снижение материальных и временных затрат на установку, настройку и сопровождение. Безусловно эта цель была достигнута.Однако постоянно растущая сложность современных промышленных процессов и большая стоимость интерактивных испытаний требуют все более производительных промышленных сетей и соответствующ,их инструментальных средств, предназначенных для их анализа и повышения производительности.Поэтому разработка инструментального комплекса, обеспечивающего анализ и повышение производительности fieldbusсистем является задачей актуальной.Постановка задачи. Разработать и исследовать адекватную модель, способ и алгоритмы повышения производительности, а также алгоритмы анализа и диагностики сети промышленной автоматизации P-NET.Объектом исследования являются распределенные системы управления на основе сетей промышленной автоматизации, полевая шина P-NET, модель, алгоритмы повышения производительности, а также процедуры анализа и диагностики сети P-NET.Цель диссертационной работы. Целью работы является создание программно-аппаратного комплекса анализа, диагностики и повышения производительности промышленной сети P-NET.Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем: 1. Исследовать распределенные системы управления на основе сетей промышленной автоматизации, определить их преимущества и выделить основные недостатки.2. Исследовать сеть промышленной автоматизации P-NET и выделить параметры, влияющие на ее производительность.3. Разработать математическую модель сети P-NET на основе теории массового обслуживания.4. Разработать способ повышения производительности сети P-NET на основе предложенной математической модели.5. Разработать структуру программно-аппаратного комплекса анализа и повышения производительности сети PNET.6. Разработать информационное, программное и прикладное обеспечение комплекса.Методы исследования основаны на использовании аппарата системного подхода, теории массового обслуживания, теории вероятности и математической статистики, элементов теории вычислительных систем и сетей, технологии программирования и математического моделирования.Научная новизна работы заключается в следуюгцем: 1. Впервые исследованы системы распределенного управления на основе fieldbus-систем. Выделены преимущества систем распределенного управления перед централизованным, и проблемы, возникающие при их функционировании.2. Исследована сеть промышленной автоматизации P-NET. Определены параметры производительности.3. Предложена математическая модель сетей промышленной автоматизации на основе P-NET с использованием математического аппарата теории массового обслуживания.4. Разработан способ анализа и повышения производительности промышленных сетей, при котором на основе собранной статистической информации и математической модели сети производится оптимизация производительности промышленной сети.5. Разработаны алгоритмы анализа и повышения производительности промышленной сети P-NET.6. Предложена методика использования системы анализа и повышения производительности для проведения лабораторных и практических занятий по системам распределенного управления на основе полевых шин.На защиту автором выносятся следующие научные результаты: - исследованные системы распределенного управления на основе сетей промышленной автоматизации: этапы развития, преимущества децентрализованного управления и мониторинга, основные недостатки и проблемы функционирования; - исследованная промышленная сеть P-NET: характеристики работы в режиме реального времени, критерии производительности; - предложенная модель промышленной сети P-NET на основе систем массового обслуживания; - разработанный способ анализа и повышения производительности промышленной сети P-NET; - разработанные алгоритмы и процедуры анализа и повышения производительности сети P-NET; - разработанная структура программно-аппаратного комплекса анализа и повышения производительности промышленной сети P-NET.Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена корректным обоснованием математической модели, ее наглядной интерпретацией, а также данными моделирования и экспериментальных исследований повышения производительности промышленной сети P-NET.Практическая ценность работы состоит в следующем: - разработан способ повышения производительности промышленных сетей; - разработан программно-аппаратный комплекс анализа и повышения производительности сети промышленной автоматизации P-NET; - подготовлена для практического использования методика анализа и повышения производительности распределенных систем управления на основе fieldbus-систем.Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы в Центре fieldbus-технологий Пермского государственного технического университета при проведении проектирования и оптимизации систем распределенного управления на основе полевой шины P-NET. Использование программно-аппаратного комплекса, предложенного в данной работе, позволило добиться увеличения производительности сети P-NET почти на 20% и снизить временные затраты на проектирование.Также результаты работы внедрены в ГП "НИИУМС", НПО "ТИК", НПО "ВР1БР0-ЦЕНТР".Апробация работы. Научные результаты и основные положения диссертации докладывались на V Международной конференции по системе P-NET (Оксфорд, Великобритания), ХШ Уральском региональном компьютерном форуме (Пермь, Россия) и научных семинарах Пермского ГТУ. Публикации по работе. Научные результаты и основные положения диссертации докладывались на международных конференциях и публиковались в трудах института [10-13, 20, 34, 57].Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.Общий объем диссертации 177 страниц, 51 рисунок, 14 таблиц и список литературы из 74 наименований.Во введении формулируется цель, методы и объект исследования, отражена научная новизна и практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов.В первой главе проведен анализ концепции построения распределенных систем управления на основе сетей промышленной автоматизации. Определяется место fieldbus-систем в иерархии сетей.Выделяются преимущества распределенного управления и основные требования к распределенным системам управления. Приводится обзор существующих fieldbus-систем и определяются проблемы функционирования сетей такого рода. На основании этого формулируется и задача анализа и повышения производительности сетей промышленной автоматизации в общем виде.Во второй главе проведен анализ сети промышленной автоматизации P-NET и выделены ее основные характеристики.Рассматривается протокол данной шины для анализа и диагностики. На основе этих данных проводится дальнейшая формализация задачи анализа и повышения производительности. Также оценивается возможность работы системы P-NET в режиме реального времени и проводится проектирование распределенной системы управления демонстрационной технологической установки с помощью системы P-NET.В третьей главе рассмотрена математическая модель сети промышленной автоматизации P-NET на основе сетей массового обслуживания. В качестве критерия оптимизации выступает среднее время нахождения запроса в сети P-NET. Рассматриваются ограничения, вводимые в данную модель системой P-NET.В четвертой главе выделяются требования к системам анализа протокола fieldbus-систем, рассматриваются существующие аналоги и описывается общая структура разрабатываемой системы. Приведены основные этапы работ по повышению производительности сети P-NET на примере демонстрационной технологической установки. По полученным экспериментальным данным показана адекватность полученной модели.В заключении приводятся полученные результаты, описывается текущее состояние проекта и обсуждаются дальнейшие перспективы.
