Автоматизированная система управления с динамическим модулем визуализации для муниципальных сетей уличного освещения

РАЗДЕЛ III А ВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

В. Х. Пшихопов, И. А. Калягин, О. А. В.А. Светличный, Е.В. Кабанец, А.С.

Журавлев, Шульга, А.А. Земцов

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ С ДИНАМИЧЕСКИМ МОДУЛЕМ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ МУНИЦИПАЛЬНЫХ СЕТЕЙ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Ввиду значительной доли энергозатрат на уличное освещение в общем объеме электроэнергии, потребляемой в крупных и средних городах, представляется целесообразным и актуальным разработка новых подходов к разработке комплекса программно-аппаратных средств и организационнотехнических мероприятий, направленных на реализацию энергосберегающих технологий в использовании энергоресурсов. Основными, на наш взгляд, в организации таких стратегий является разработка программно-аппаратных средств, позволяющих автоматизировать процессы управления уличным освещением.

Решение поставленной задачи возможно, в рамках следующих принципов: вся муниципальная сеть УО должна контролироваться единой АСУ; АСУ УО должна представлять собой иерархическую распределенную структуру, ядром которой является центральная диспетчерская служба (ЦДС) энергохозяйства, а на более низших уровнях расположены блоки управления сетями или конкретными узлами осветительной сети; для реализации аппаратных блоков, каналов связи и программного обеспечения АСУ УО должны использоваться самые современные программно-аппаратные средства, при этом работа программных модулей должна быть четко синхронизирована с аппаратурой; АСУ УО должна быть наделена интеллектуальными качествами и различными программно-аппаратными механизмами защиты в целях повышения общей надежности системы; при разработке структуры, программных и аппаратных блоков АСУ УО должна быть предусмотрена возможность оперативного изменения конфигурации системы.

Придерживаясь вышеперечисленных принципов, в работе предлагается АСУ УО, общая структура которой представлена в работе [1]. Комплекс технических средств АСУ УО состоит из сети микропроцессорных контроллеров (МПК), размещаемых на трансформаторных подстанциях (ТП) потребителя, и оборудования центральной диспетчерской службы (ЦДС), содержащего ЭВМ, принтер, центральный контроллер (КЦДС) и дополнительный терминал (устанавливается при необходимости).

Связь между КЦДС и МПК ТП осуществляется с использованием проводных линий связи, если таковые имеются, или радиоканалов, реализуемых портативными радиостанциями. Предусматривается вариант использования линий освещения (0,4 кВ) для передачи телеметрической информации. В качестве потенциально возможных рассматриваются каналы сотовой и спутниковой связи.

Система функционирует следующим образом: ЭВМ ЦДС автоматически или посредством оператора формирует команды, которые передаются на МПК ТП по линиям связи, МПК ТП выполняет команду и, после её отработки, передает в центральную диспетчерскую информацию о состоянии оборудования и сетей. По команде оператора или в соответствии с алгоритмами программы возможна коммутация одиночной ТП, группы или всех ТП.

МПК ТП оснащается силовыми блоками, управляющими коммутаторами, а также датчиками, диагностирующими состояние сетей, осветительных приборов и собственных элементов системы. К задачам МПК также, относится ретрансляция данных и команд, что позволяет осуществлять обмен между компьютером ЦДС и МПК, находящимися вне зоны радиовидимости ЦДС. В случае выхода из строя одного из промежуточных МПК, ретранслирующего сигнал, в автоматическом режиме производится поиск нового маршрута для передачи данных.

Программное обеспечение (ПО) АСУ УО имеет модульную структуру, которая представлена на рис. 1 [2].

Каждый модуль является внешним сервером ОЬБ (ехе-файл), как выполняющим внешние команды, так и выдающим их другим программным модулям. Такая структура позволяет наращивать систему дополнительными программными модулями, соблюдающими программный интерфейс, принятый в ПО системы.

Модуль контрольных пунктов позволяет создать структуру данных для

реального КП: маршрут доступа (номер КП в системе, до 512); количество и мощность ламп; режим включения / выключения (автоматический/ручной); ввод КП в группу; описание (комментарий) КП; отображение КП и режима ретрансляции на карте города. Для существующего КП представляемый модуль позволяет осуществить операции включения/выключения, контролировать состояние контакторов, ток нагрузки, напряжение, количество включенных ламп (вычисляемое), а также тестировать канал связи с КП.

Модуль группы контрольных пунктов обеспечивает создание группы КП для централизованного единообразного управления некоторым количеством КП и определения значения тока в группе. В группу можно оперативно ввести или вывести конкретный КП.

Модуль диагностики фиксирует все действия операторов по управлению КП, осуществляет диагностику работы физических контрольных пунктов, радиоканала, модулей ПО (на предмет внутренних ошибок), платы сопряжения с радиостанцией. Возможен поиск диагностируемых событий по датам, периодам, КП, как по

Рис.1. Структура ПО АСУ У

отдельности, так и в любых комбинациях. Для формирования итогового результата диагностики целесообразно использовать экспертную систему.

Модуль администратора системы поддерживает общее управление системой, отображает состояние электросетей на карте города через цвета значков КП, осуществляет активизацию модулей ПО системы. В данном блоке реализуются алгоритмы, позволяющие функционировать всей системе в автоматическом режиме и наделяющие её некоторой интеллектуальностью. Например, эвристический алгоритм определения необходимости внештатного диагностирования оборудования какого-либо блока или всей системы, перепрограммирование всех или одного МПК, согласно одному из режимов функционирования из некоторого перечня режимов и т.д. Модуль драйвера радиомодема осуществляет взаимодействие с программно-аппаратными средствами радиомодема.

В рамках модуля администратора системы, с целью повышения производительности труда оператора, в среде операционных систем семейства Windows на базе платформы Win32 разработан динамический модуль визуализации (МВ), представляющий собой комплекс графических средств мониторинга и интерактивного управления системой УО.

Особенности использования МВ в АСУ УО определяют следующие его отличительные свойства: графическое представление всей территории, на которой применяется АСУ УО в виде схематической карты населённого пункта и расположенных на ней мнемонических изображений КП и линий освещения; возможность масштабирования карты; фиксация одного из КП в случае смены его состояния (например, выход из строя); предоставление оперативных данных о состоянии КП и линий освещения в реальном времени; интерактивное управление АСУ УО непосредственно из модуля визуализации.

Наиболее удобная и простая в реализации, с нашей точки зрения, является радиальная структура МВ, представленная на рис. 2.

Функционирование всех структурных элементов модуля координируются ядром, причём все связи являются однонаправленными. Такая структура двухуровневой иерархии ускоряет информационные потоки внутри модуля визуализации. Большая часть вычислительных ресурсов, требуемых МВ, используется для визуализации мнемосхемы (схематического изображения карты и мнемоник, символизирующих контрольные пункты и сети освещения).

Основными потоками данных внутри МВ являются: управляющие команды модуля администратора; данные о текущем статусе АСУ УО; пользовательские события, поступающие из графического интерфейса пользователя; данные о конфигурации мнемосхемы. Причем мнемосхема представляется кортежем вида MS = <M, MAP, OBJ> где: MAP - некоторая схематическая карта,

Рис. 2. Структурная схема модуля визуализации

представляющая собой топографическую карту местности; OBJ = {objr}, r = 0,

1, ... S - множество вспомогательных графических объектов, предназначенных для повышения читабельности мнемосхемы. Такими объектами могут быть текстовые комментарии в окрестностях объектов или графические пометки в виде геометрических объектов разных цветов и размеров;M = {mi} при i = 0, 1,...N, где mi - мнемоника. В свою очередь, каждая мнемоника представляется картежем M = <SP, DP, Name>, здесь SP = {spj}, j = 0, 1,...L - множество статических свойств spj = <Name, Val>, характеризующееся именем и числовым значением; DP = {dpk}, k = 0, 1,...P - множество динамических свойств dpk = <Name, Val, TP>, характеризующееся именем и числовым значением и множеством технологических параметров, на основе анализа которых в режиме исполнения устанавливается числовое значение, TP = {tpe}, e = 0, 1,

. Q; Name - строковое имя мнемоники.

Мнемосхемы подразумевают два режима функционирования-конфигурационный и режим исполнения. Конфигурационный режим необходим для редактирования мнемосхемы посредством добавления, удаления или редактирования расположенных на ней элементов. Режим исполнения характеризуется переводом всех мнемоник в режим исполнения и запретом на редактирование всех элементов мнемосхемы в целом. Режим исполнения сопровождается наладкой каналов связи с управляющим приложением. По этим каналам передаются технологические параметры, влияющие на состояние мнемоник (конкретнее на величины полей Val).

Модуль визуализации АСУ УО содержит богатый инструментарий для работы с мнемосхемами, содержащий как средства конфигурации в виде удобного векторного графического редактора, так и режим исполнения.

Отличительной особенностью представленного модуля визуализации является его относительная простота. Для работы с модулем от оператора не требуется профессиональных навыков и умений, что делает его привлекательным в условиях массового использования.

Удобные и функциональные графические средства способны в значительной степени повысить оперативность и эффективность мониторинга и интерактивного управления АСУ УО.

Модуль автоматического круглосуточного управления контрольными пунктами функционирует в режиме системного таймера: включает и выключает КП, заданные в списке в определенное время (по одному списку и одной программе). Внешнему ПО доступны команды оператора системы.

Реализация элементов АСУ УО для управления освещением в ряде городов, а также комплекса организационно-технических и аппаратно-алгоритмических мероприятий позволили: автоматизировать процессы коммутации сетей уличного освещения; оперативно управлять уровнем освещения в зависимости от времени суток; осуществить диагностику сетей и оборудования; реализовать алгоритмы энергосберегающего управления; снизить энергозатраты на освещение на 11% (возможно еще большее увеличение значения этого показателя); сократить эксплуатационные расходы и максимально использовать имеющееся технические средства.

Автоматизированные системы управления уличным освещением могут быть использованы для оперативного и эффективного управления уличным освещением муниципальных образований (большие и средние города, поселки городского типа и т.д.) в различных регионах России и зарубежья.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Колесников А.А., Кадария Ф.Д., Пшихопов В.Х. и др. Программноаппаратная реализация энергосберегающих алгоритмов управления уличным освещением // Сб. материалов международной научно-технической конференции «Конверсия, приборостроение, медицинская техника». -Владимир, 1999. -с.165-167.

2. Pshikhopov V. Kh., Kalyagin I.A., Svetlichny O.A., Kabanets V.A., Ivanov J.I., Zhuravlev E.V.The new approach to designing the integrated control systems by municipal networks of street lighting // Proc. of VIII International SAUM Conference on Systems, Automatic Control and Measurements. Beograd, Serbia, 2004 (is published).

А.С. Злыгостев

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ ОНТОЛОГИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ОБ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

Основным способом представления информации являются тексты на естественном языке. С появлением возможности хранения текстов в цифровом виде стала актуальной проблема автоматизации обработки и обеспечения удобного доступа к информации.

В настоящее время разработано множество систем хранения и поиска текстовых документов. Но человеку, не обладающему навыками работы с информационными системами, удобнее спросить у другого человека, не обладает ли он знаниями в каком-либо вопросе, чем изучать специфику работы с компьютерными системами поиска и просмотра информации.

А теперь представим ситуацию, когда человек сидит в чате и задаёт собеседнику вопрос. Если ответ будет правильный - возможно, он вообще не будет интересоваться, кто сидел на том конце. Таким образом, для человека, не