АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ВРЕМЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ

Техническое решение относится к области средств сбора, накопления и хранения информации и может быть использовано в различных областях техники для управления информацией о контролируемых процессах при повышенных требованиях к временному согласованию получаемой информации.
Автоматизированная информационная система с временной синхронизацией (АИС ВС) может служить основой для построения систем поддержки принятия решений и автоматизированных систем управления (АСУ).
Временная синхронизация необходима для точного хронометрирования и анализа контролируемых процессов. Временное согласование обеспечивают за счет синхронизации шкал времени компонентов АИС ВС и внешних сопрягаемых систем и устройств путем ввода в состав АИС ВС станции синхронизации времени (ССВ).
В общем случае АИС ВС решает следующие задачи:
- ввод и хранение планов выполнения процессов;
- сбор данных и вычисление параметров контролируемых процессов;
- отображение оперативной информации о контролируемых процессах и динамике реализации планов;
- формирование и архивация отчетов о контролируемых процессах и выполнении пунктов планов;
- формирование тревожных извещений в случае выхода контролируемых параметров за допустимые пределы или несвоевременного завершения пунктов планов;
- синхронизацию процедур в рамках контроля процессов и реализации планов;
- синхронизацию шкал времени компонентов АИС ВС и внешних потребителей;
- выполнение обратных отсчетов времени для текущих пунктов планов.
В качестве аналога разработанного технического решения может быть использована (RU, заявка 2000132776) автоматизированная система для передачи и приема информации о состоянии контролируемых объектов, содержащая первичные измерительные приборы, подключенные к узлам клиента, в функции которых входит сбор, предварительная обработка и хранение информации, поступающей с первичных измерительных приборов, контроль целостности линий связи со счетчиками и работоспособности счетчиков и передача информации на устройства ввода-вывода - либо непосредственно, либо через соответствующие узлы передачи информации. Устройство ввода-вывода, снабженное компьютером, осуществляет накопление, обработку и передачу информации ее потребителям, в том числе - на узел контроля и управления системы по радиоканалу, проводным линиям связи или телефонной линии через модем. Узел контроля, (например, удаленный пункт сбора информации) осуществляет управление работой системы в целом, производит накопление и анализ полученной информации и/или представление результатов потребителям информации. Связь регистраторов с устройством ввода-вывода осуществляют по проводной линии.
Основным недостатком известной системы следует признать отсутствие возможности синхронизации данных по времени.
В ходе проведения поиска по патентной и научно-технической литературе не выявлено аналогов заявленного технического решения, обеспечивающего решение поставленной технической задачи с получением заявленного технического результата.
Синхронизация компонентов АИС ВС позволяет точно хронометрировать и привязывать по времени все процессы в системе, и, следовательно, с высоким качеством управлять системой и проводить анализ функционирования системы.
Техническая задача, решаемая посредством разработанной системы, состоит в обеспечении возможности синхронизации по времени процедур ввода, обработки и вывода данных, а также корректного хронометрирования, анализа и отображения процессов в системе.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной системы, состоит в обеспечении возможности построения высокоточных систем поддержки принятия решений и автоматизированных систем управления (АСУ) на базе АИС ВС.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную автоматизированную информационную систему с временной синхронизацией. Автоматизированная информационная система с временной синхронизацией содержит станцию синхронизации времени и, по меньшей мере, одно управляющее устройство среднего уровня, к которому подключено, по меньшей мере, одно устройство ввода информации и, по меньшей мере, одно устройство вывода информации, причем станция синхронизация времени подключена к управляющему устройству среднего уровня. Дополнительно станция синхронизация времени может быть подключена к устройствам ввода и вывода информации. Это обеспечит точную привязку по времени процедур ввода и вывода информации.
В одном из вариантов реализации разработанной системы она может дополнительно содержать не менее одного модуля ввода/вывода информации, подключенного между управляющим устройством среднего уровня и устройствами ввода и вывода информации и выполненного с возможностью согласования электрических параметров цепей ввода и вывода и/или преобразования форматов данных, причем к модулю ввода/вывода информации подключены дополнительно, по меньшей мере, одно устройство ввода информации и, по меньшей мере, одно устройство вывода информации.
Использование этого варианта реализации для построения системы позволяет применять устройства ввода и вывода информации от различных производителей, поддерживающие разнообразные стандарты и форматы.
Во втором варианте реализации разработанной системы она может дополнительно содержать не менее одного модуля ввода/вывода информации, подключенного между управляющим устройством среднего уровня и устройствами ввода и вывода информации и выполненного с возможностью согласования электрических параметров цепей ввода и вывода и/или преобразования форматов данных, причем к модулю ввода/вывода информации подключены дополнительно, по меньшей мере, одно устройство ввода информации и, по меньшей мере, одно устройство вывода информации, при этом, по меньшей мере, к одному модулю ввода/вывода информации дополнительно подключена станция синхронизация времени.
Использование этого варианта реализации позволяет с достаточной точностью согласовать по времени процессы ввода и вывода информации за счет синхронизации модуля ввода/вывода без применения синхронизации устройств ввода и вывода в отдельных ветвях информационного контура нижнего уровня. Результатом является удешевление устройств ввода и вывода информации.
В третьем варианте реализации разработанной системы она может дополнительно содержать, по меньшей мере, один модуль расширения вводов/выводов информации, выполненный с возможностью увеличения количества информационных устройств, подключенных к каждому информационному порту управляющего устройства среднего уровня, причем модуль расширения вводов/выводов подключен между управляющим устройством среднего уровня и модулем ввода/вывода и/или между модулем ввода/вывода и устройствами ввода и вывода информации, при этом модуль расширения вводов/выводов содержит не менее одного управляющего устройства, выполненного с возможностью опроса каналов информации.
Использование этого варианта реализации расширяет возможности системы по количеству информационных устройств, подключаемых, например, к последовательному порту управляющего устройства среднего уровня или модуля ввода/вывода.
В четвертом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать, по меньшей мере, один модуль расширения вводов/выводов информации, выполненный с возможностью увеличения количества информационных устройств, подключенных к каждому информационному порту управляющего устройства среднего уровня, причем модуль расширения вводов/выводов подключен между управляющим устройством среднего уровня и модулем ввода/вывода и/или между модулем ввода/вывода и устройствами ввода и вывода информации, при этом модуль расширения вводов/выводов содержит не менее одного управляющего устройства, выполненного с возможностью опроса каналов информации, при этом, по меньшей мере, к одному модулю расширения вводов/выводов информации дополнительно подключена станция синхронизация времени.
Использование этого варианта реализации позволяет с достаточной точностью синхронизировать процессы ввода и вывода информации за счет синхронизации модуля расширения вводов/выводов без применения синхронизации модулей ввода/вывода, а также устройств ввода и вывода в отдельных ветвях информационного контура нижнего уровня. Результатом является удешевление модулей ввода/вывода, а также устройств ввода и вывода информации.
В пятом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать, по меньшей мере, один модуль расширения интерфейсов и протоколов, выполненный с возможностью подключения к системе устройств, не поддерживающих стандарт соответствующего порта управляющего устройства, причем модуль расширения интерфейсов/протоколов содержит конвертер интерфейсов/протоколов или сетевой шлюз и выполнен с возможностью взаимодействия с управляющим устройством среднего уровня, модулями ввода/вывода, модулями расширения вводов/выводов, устройствами ввода и вывода информации.
Использование этого варианта реализации позволяет расширять возможности системы по использованию оборудования с различными интерфейсами и протоколами.
В шестом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать, по меньшей мере, один модуль расширения интерфейсов и протоколов, выполненный с возможностью подключения к системе устройств, не поддерживающих стандарт соответствующего порта управляющего устройства, причем модуль расширения интерфейсов/протоколов содержит конвертер интерфейсов/протоколов или сетевой шлюз и выполнен с возможностью взаимодействия с управляющим устройством среднего уровня, модулями ввода/вывода, модулями расширения вводов/выводов, устройствами ввода и вывода информации, при этом, по меньшей мере, к одному модулю расширения интерфейсов и протоколов дополнительно подключена станция синхронизация времени.
Использование этого варианта реализации позволяет точно учитывать время, затрачиваемое на процедуры конвертирования сигналов и данных.
В седьмом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать управляющее устройство верхнего уровня, к информационным портам которого подключено, по меньшей мере, одно управляющие устройство среднего уровня.
Использование этого варианта реализации позволяет объединять информационные контуры подразделений предприятия для информационного обеспечения верхнего уровня принятия решений.
В восьмом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать управляющее устройство верхнего уровня, к информационным портам которого подключено, по меньшей мере, одно управляющие устройство среднего уровня, при этом к управляющему устройству верхнего уровня дополнительно подключена станция синхронизация времени.
Использование этого варианта реализации позволяет синхронизировать шкалы времени управляющих устройств среднего и от верхнего уровней.
В девятом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать управляющее устройство верхнего уровня, к информационным портам которого подключено, по меньшей мере, одно управляющие устройство среднего уровня, и дополнительно содержит, по меньшей мере, один удаленный внешний модуль ввода/вывода информации, подключенный к информационному порту управляющего устройства верхнего уровня.
Использование этого варианта реализации позволяет на верхнем уровне принятия решений контролировать процессы внешнего удаленного объекта.
В десятом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать управляющее устройство верхнего уровня, к информационным портам которого подключено, по меньшей мере, одно управляющие устройство среднего уровня, и дополнительно содержит, по меньшей мере, один удаленный внешний модуль ввода/вывода информации, подключенный к информационному порту управляющего устройства верхнего уровня, при этом, по меньшей мере, к одному внешнему модулю ввода/вывода информации дополнительно подключена станция синхронизация времени.
Использование этого варианта реализации позволяет синхронизировать шкалы времени АИС ВС и устройств ввода и вывода информации, расположенных на внешнем удаленном объекте.
В одиннадцатом варианте реализации разработанной системы разработанной системы она может дополнительно содержать коммуникационное оборудование, выполняющее, по меньшей мере, одну из функций: буферирование данных, пакетирование данных, преобразование нестандартных протоколов, промежуточное преобразование данных, мультиплексирование каналов связи, промежуточное усиление сигналов.
Использование этого варианта реализации позволяет расширить возможности системы по подключению удаленного оборудования, сопряжению каналов связи с отличающимися скоростями передачи данных и протоколами, а также мультиплексированию потоков данных.
При реализации разработанной системы может быть использовано любое сочетание вариантов.
Архитектура АИС ВС представляет собой распределенную модульную многоуровневую систему.
Структурная схема АИС ВС представлена на рисунке и включает следующие основные компоненты:
- устройства ввода информации;
- устройства вывода информации;
- модули ввода/вывода данных;
- модули расширения вводов/выводов;
- модули расширения интерфейсов и протоколов;
- управляющее устройство среднего уровня;
- управляющее устройство верхнего уровня;
- станцию синхронизации времени.
Распределение процедур управления информацией по нескольким уровням (контурам) позволяет повысить быстродействие и гибкость системы.
Модульность схемы позволяет легко дополнять и видоизменять существующую систему в соответствии с требованиями, возникающими при решении новых задач, без остановки системы и переделки ее структуры, ограничиваясь добавлением аппаратных и программных модулей.
Обмен данными в системе организуют через информационные контуры нижнего, среднего и верхнего уровней.
Задачей информационных контуров нижнего уровня является управление вводом и выводом информации. К данному уровню относятся устройства ввода и вывода, модули ввода/вывода, модули расширения вводов/выводов и модули расширения интерфейсов/протоколов.
Информационный контур среднего уровня обеспечивает диспетчеризацию сбора данных и управление информационными каналами. Основу данных контуров составляют управляющие устройства среднего уровня.
Верхний уровень управления (контур) выполняет упорядоченную обработку информации о ходе контролируемого процесса в различных подразделениях предприятия, обеспечивает управление качеством, а также является источником информации в реальном времени для самого верхнего уровня принятия решений.
Трансляция данных на всех внутренних уровнях системы и уровне взаимодействия с внешними средствами может выполняться в дуплексном, симплексном или полудуплексном режимах.
В качестве устройств ввода могут применяться, в зависимости от вида информации:
- устройства ввода измерительной информации (аналоговые и цифровые датчики, измерительные устройства и т.д.);
- устройства ввода дискретной информации о состоянии объектов или процессов (выключатели, кнопки, контактные группы реле, триггеры и т.д.);
- устройства ввода текстовой информации (клавиатура, планшетный компьютер и т.д.);
- устройства ввода графической информации (сканер, фотокамера, графический планшет и т.д.);
- устройства ввода видеоинформации (видеокамера, веб-камера, плата видеозахвата и т.д.);
- устройства ввода звуковой информации (микрофон, диктофон, модем и т.д.);
- указательные координатные устройства (джойстик, трекбол, графический планшет и т.д.).
Ввод информации может быть выполнен без участия и с участием персонала в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах.
Выводимая информация разделяется на оперативную информацию и информацию для архивации.
Оперативная информация отображает текущие характеристики и динамику развития контролируемых процессов, соответствие текущих процессов планам их реализаций, точное текущее время, продолжительность и время обратного отсчета для текущих пунктов плана.
Для вывода оперативной информации могут использоваться:
- средства визуализации данных (мониторы, электронные табло отображения, проекторы, световые индикаторы, вторичные часы и т.д.);
- акустические устройства (громкоговорители, наушники и т.д.).
Вывод информации для архивации может осуществляться с использованием печатающих средств, устройств записи на магнитные и оптические носители.
Устройства ввода и вывода информации в различных комбинациях могут быть объединены в консоли управления для создания автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов и администратора системы.
Модули ввода/вывода предназначены для согласования электрических цепей ввода/вывода и сопряжения/преобразования форматов данных. Модули ввода/вывода взаимодействуют с управляющим устройством среднего уровня и устройствами ввода и вывода информации.
Внешние модули ввода/вывода устанавливают на удаленных объектах, и они связаны с управляющим устройством верхнего уровня через каналы связи.
Модули расширения вводов/выводов предназначены для увеличения количества модулей ввода/вывода, подключенных к каждому информационному порту управляющего устройства среднего уровня. Таким образом, к одному последовательному порту могут быть подключены несколько каналов последовательного типа. Модули расширения вводов/выводов содержат не менее одного управляющего устройства, выполняющего задачу опроса каналов (многоканальный коммутатор), и реализуются на базе микроконтроллеров и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
Модули расширения интерфейсов и протоколов позволяют подключать к системе устройства, не поддерживающие стандарт соответствующего порта системы. Модули расширения интерфейсов и протоколов содержат конвертеры интерфейсов и протоколов или сетевые шлюзы и могут взаимодействовать с управляющими устройствами среднего и верхнего уровней, модулями ввода/вывода, устройствами ввода и вывода информации. В качестве дополнительной опции для данных модулей может быть реализована функция расширения вводов/выводов.
Управляющее устройство среднего уровня реализуется на базе промышленных контроллеров, а именно встроенных контроллеров или программируемых логических контроллеров (ПЛК) или промышленных компьютеров. К управляющему устройству среднего уровня могут быть подключены устройства нижнего информационного контура. Управляющие устройства на базе промышленного компьютера позволяют подключать консоль оператора.
Управляющее устройство верхнего уровня строится на основе промышленного компьютера. К управляющему устройство верхнего уровня могут быть подключены управляющие устройства среднего уровня, устройства ввода и вывода информации, внешние модули ввода/вывода, консоль оператора.
В состав АИС ВС может дополнительно входить оборудование, решающее коммуникационные задачи: буферирование и пакетирование данных, преобразование нестандартных протоколов, промежуточное преобразование данных, мультиплексирование каналов и т.д.
Синхронизация информационных контуров обеспечивается станцией синхронизации времени, входящей в состав рассматриваемой АИС ВС.
ССВ решает следующие задачи:
- формирование, хранение и отображение внутренней шкалы времени; коррекция внутренней шкалы времени ССВ по отношению к шкале координированного времени UTC;
- синхронизация контуров управления информацией АИС ВС;
- предоставление информации о точном текущем времени всем структурным компонентам АИС ВС;
- выдача сигналов синхронизации в сопрягаемые системы;
- выдача сигналов времени в форматах «часы-минуты-секунды» и «день-месяц-год» на электронные табло отображения и/или вторичные стрелочные часы.
Коррекцию внутренней шкалы времени осуществляют на основе приема и обработки внешних опорных сигналов высокой точности - эталонных сигналов частоты и времени (ЭСЧВ).
В качестве ЭСЧВ могут служить сигналы:
- формируемые на базе национальной шкалы координированного времени России UTC (SU) и передаваемые по каналам:
- радиостанций государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли РФ (ГСВЧ);
- спутниковой системы ГЛОНАСС;
- телевидения;
- сети звукового вещания;
- формируемые на базе шкалы всемирного координированного времени UTC и передаваемые через спутниковую систему GPS (NAVSTAR).
Использование разработанной автоматизированной информационной системы с временной синхронизацией позволяет обеспечить точное хронометрирование и анализ контролируемых процессов, принятие решений с высоким качеством.