ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
INTEGRATED CONTROL SYSTEM

Настоящее техническое решение относится к вычислительным комплексам и компьютерным сетям с устройствами для обработки данных с воздействием на порядок расположения данных и на их содержание.
Областью применения являются системы управления деятельностью организационных систем.
Известно техническое решение - устройство для обмена информацией [1], которое содержит блоки коммутации, таймеры начала и окончания сеанса, блоки памяти входов и выходов, начала и окончания сеансов, элементы логики. Данное решение предназначено для передачи информации между ЭВМ и обеспечивает повышение производительности за счет организации сеансов связи. Однако, в случае передачи управляющей информации команды управления поступают в ведомую ЭВМ в кодах данных, сформированных в ведущей ЭВМ, что позволяет использовать данное решение только при условии тождественности кодов данных о командах управления во взаимодействующих управляющей (ведущей) и управляемой (ведомой) ЭВМ.
Известное техническое решение - многоканальная цифровая система связи [2], содержит передающие и приемные групповые и индивидуальные блоки, блоки переключения и памяти, блок управления и приемник команд, логические компоненты. Данное решение обеспечивает повышение пропускной способности за счет изменения скорости передачи в групповом и индивидуальных трактах в зависимости от нагрузки, объем которой изменяется в течение суток. В то же время, имеется ограничение на использование данного решения при передаче команд управления между взаимодействующими ЭВМ в случае различия в них кодов данных о командах управления.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является система ситуационно-аналитических центров организационной системы [3]. Данное решение содержит отдельные системы управления - центр управления, ситуационно-аналитические центры и пункты управления, оснащенные аппаратно-программными средствами для мониторинга состояния объектов управления, анализа и управления состоянием деятельности организационной системы, и функционирующие совместно, по существу, как интегрированная система управления на базе единой сети передачи данных (телекоммуникационной сети). Решение [3] обеспечивает повышение эффективности процесса принятия решений за счет автоматизированной выработки сценариев (планов) решения проблемных ситуаций и команд управления по их исполнению, и передачи их по адресу через сеть передачи данных. Применение данного решения возможно при условии тождественности кодов данных о командах управления во взаимодействующих системах управления и тождественности текстовых (смысловых) значений этих кодов, которые описывают функции команд управления. Однако решение [3] не обеспечивает такую возможность при отсутствии указанного выше условия, например, в случаях построения взаимодействующих систем управления на базе аппаратных и программных средств от разных производителей.
В то же время, потребность в автоматической передаче данных о командах управления между разными системами управления существует. Так, наблюдается тенденция к организации информационного взаимодействия между системами управления различных ведомств, предприятий для предотвращения различных угроз и ликвидации негативных последствий [4]. При этом, как правило, взаимодействие должно быть организовано между уже построенными системами управления, которые функционируют на базе аппаратно-программных средств, поставленных от разных производителей, и в которых тождественные по выполняемым функциям команды управления представляются разными кодами данных.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности процесса управления за счет обеспечения автоматического преобразования данных о команде управления, сформированных в кодах одной, ведущей системы управления, в данные об этой команде, представленные в кодах другой, ведомой системы управления.
Ниже приведено описание предлагаемого технического решения.
Техническое решение - интегрированная система управления (ИСУ) содержит:
- N систем управления;
- сеть передачи данных;
- N передатчиков данных, информационный вход и сетевой выход каждого их которых, соединены соответственно с выходом одной из систем управления и входом сети передачи данных;
- N приемников данных, сетевой вход и информационный выход каждого их которых, соединены соответственно с выходом сети передачи данных и входом одной из систем управления.
N - число систем управления, входящих в состав ИСУ.
Каждый передатчик данных содержит:
- модуль анализа данных;
- модуль преобразования данных о команде управления;
- модуль данных о командах управления;
- информационный вход;
- вход и выход настройки;
- сетевой выход;
- вход электропитания;
- внутренняя шина передатчика.
При этом:
- информационный вход передатчика данных соединен с информационным входом модуля анализа данных;
- внутренний выход и вход модуля анализа данных соединен посредством внутренней шины соответственно с выходом и входом настройки, внутренними входами и выходами модуля преобразования данных о команде управления, модуля данных о командах управления;
- сетевой выход передатчика данных соединен посредством внутренней шины с внутренним выходом модуля анализа данных;
- вход электропитания передатчика данных соединен с входами электропитания модуля анализа данных, модуля преобразования данных о команде управления, модуля данных о командах управления.
Каждый приемник данных содержит:
- модуль анализа данных;
- модуль преобразования данных о функции команды управления;
- модуль данных о функциях команд управления;
- информационный выход;
- вход и выход настройки;
- сетевой вход;
- вход электропитания;
- внутренняя шина приемника.
При этом:
- сетевой вход приемника данных соединен посредством внутренней шины приемника с внутренним входом модуля анализа данных;
- внутренний выход и вход модуля анализа данных соединен посредством внутренней шины приемника соответственно с выходом и входом настройки, внутренними входами и выходами модуля преобразования данных о функции команды управления, модуля данных о функциях команд управления;
- информационный выход модуля анализа данных соединен с информационным выходом приемника;
- вход электропитания приемника данных соединен с входами электропитания модуля анализа данных, модуля преобразования данных о функции команды управления, модуля данных о функциях команд управления.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где приведены:
на фиг. 1 - структурная схема интегрированной системы управления;
на фиг. 2 - структурная схема передатчика данных;
на фиг. 3 - структурная схема приемника данных;
на фиг. 4 - схема тракта передачи данных (пример 1);
на фиг. 5 - структура исходной команды управления;
на фиг. 6 - структура исходной функции команды управления;
на фиг. 7 - структура выходной функции команды управления;
на фиг. 8 - структура выходной команды управления;
на фиг. 9 - схема тракта передачи данных (пример 2).
На фиг. 1 изображена структура ИСУ, где:
1.1, 1.2, …, 1.N - системы управления, входящие в состав ИСУ;
2.1, 2.2, …, 2.N - передатчики данных, информационный вход и сетевой выход каждого их которых, соединены соответственно с выходом одной из систем управления и входом сети передачи данных;
3 - сеть передачи данных;
4.1, 4.2, …, 4.N - приемники данных, сетевой вход и информационный выход каждого их которых, соединены соответственно с выходом сети передачи данных и входом одной из систем управления.
На фиг. 2 изображена структура передатчика данных, где:
4 - модуль анализа данных;
5 - модуль преобразования данных о команде управления;
6 - модуль данных о командах управления;
7- информационный вход;
8 - вход и выход настройки;
9 - сетевой выход;
10 - вход электропитания;
11 - внутренняя шина передатчика.
На фиг. 3 изображена структура приемника данных, где:
12 - модуль анализа данных;
13 - модуль преобразования данных о функции команды управления;
14 - модуль данных о функциях команд управления;
15 - информационный выход;
16 - вход и выход настройки;
17 - сетевой вход;
18 - вход электропитания;
19 - внутренняя шина приемника.
Интегрированная система управления работает следующим образом.
При подготовке к работе:
1. Формируют и запоминают в модуле 6 каждого передатчика данных, из группы передатчиков 2.1, 2.2, …, 2.N данных, блоки данных о командах управления, каждый из которых содержит:
- данные об инструкции, представленные кодами системы управления, из группы систем 1.1, 1.2, …, 1.N управления, с которой соединен соответствующий передатчик данных, из группы передатчиков 2.1, 2.2, …, 2.N данных;
- данные о названии этой инструкции, представляющем собой текстовую информацию о функции, которая должна быть выполнена в соответствии с инструкцией.
2. Формируют и запоминают в модуле 14 каждого приемника данных, из группы приемников 4.1, 4.2, …, 4.N данных, блоки данных о функциях команд управления, каждый из которых содержит:
- данные о названии инструкции, представленные кодами, тождественными кодам данных о соответствующем названии инструкции, которые запомнены в передатчиках 2.1, 2.2, …, 2.N данных;
- данные об инструкции, соответствующей этому названию, представленные кодами системы управления, из группы систем 1.1, 1.2, …, 1.N управления, с которой соединен соответствующий приемник данных, из группы приемников 4.1, 4.2, …, 4.N данных;
- данные об адресе объекта, над которым должны произвести операции (действия) в соответствии с этой инструкцией, и являющегося объектом управления для системы управления, из группы систем 1.1, 1.2, …, 1.N управления, с которой соединен приемник данных, из группы приемников 4.1, 4.2, …, 4.N данных.
При этом:
- настройка модулей 4, 5, 6 каждого передатчика данных из группы передатчиков 2.1, 2.2, …, 2.N данных, осуществляется с помощью рабочей станции администратора, соединенной через вход/выход 8 настройки передатчика и его внутреннюю шину 11 с внутренними входами/выходами модулей 4, 5 и 6;
- электропитание модулей 4, 5, 6 каждого передатчика данных из группы передатчиков 2.1, 2.2, …, 2.N данных, осуществляется от устройства электропитания, соединенного через вход 10 электропитания передатчика с входами электропитания модулей 4, 5, 6;
- настройка модулей 12, 13, 14 каждого приемника данных, из группы приемников 4.1, 4.2, …, 4.N данных, осуществляется с помощью рабочей станции администратора, соединенной через вход/выход 16 настройки приемника и его внутреннюю шину 19 с внутренними входами/выходами модулей 12, 13, 14;
- электропитание модулей 12, 13, 14 осуществляется от устройства электропитания, соединенного через вход 18 электропитания приемника с входами электропитания модулей 12, 13, 14.
Функционирование ИСУ в рабочем режиме осуществляется в соответствии с процессом передачи команды управления, действующем в отношении любых ведущей и ведомой систем управления из группы систем 1.1, 1.2, …, 1.N управления, входящих в состав ИСУ. Данный процесс рассматривается ниже на примере тракта передачи данных, представленного на фиг. 4 и состоящего из сервера управления ведомой системы 1.1 управления, передатчика 2.1 данных, соединенного с сетью 3 передачи данных и приемника 4.N данных, соединенного с сервером управления системы 1.N управления.
В рабочем режиме:
1. В передатчике 2.1 данных:
- принимают с информационного входа 7 в модуле 4 поступившие из ведущей системы 1.1 управления данные об исходной команде управления (фиг. 5), которые включают данные об адресе ведомой системы 1.N управления, данные об инструкции, представленные в кодах ведущей системы 1.1 управления и данные о приложении к инструкции, представленные в кодах, которые однозначно воспринимаются ведущей и ведомой системами 1.1 и 1.N управления;
- выбирают в соответствии с данными об инструкции, входящими в состав данных об исходной команде управления (фиг. 5), из блоков данных о командах управления, которые хранятся в модуле 6, данные о названии этой инструкции;
- преобразуют в модуле 7 данные об исходной команде управления в данные об исходной функции команды управления (фиг. 6), которые включают данные об адресе ведомой системы 1.N управления, данные о названии инструкции и данные о приложении к инструкции;
- передают данные об исходной функции команды управления (фиг. 6) на сетевой выход 9 и далее в сеть 3 передачи данных.
2. В сети 3 передачи данных передают в соответствии с данными об адресе ведомой системы 1.N управления из состава данных об исходной функции команды управления (фиг. 6) данные о названии инструкции и данные о приложении к инструкции, представляющие вместе данные о выходной функции команды управления (фиг. 7), в приемник 4.N данных, соединенный с ведомой системой 1.N управления.
3. В приемнике 4.N данных:
- принимают с сетевого входа 17 в модуле 12 поступившие из сети 3 передачи данных через внутреннюю шину 19 приемника данные о выходной функции команды управления (фиг. 7);
- выбирают в соответствии с данными о названии инструкции, входящими в состав данных о выходной функции команды управления (фиг. 7), из блоков данных о функциях команд управления, хранящихся в модуле 14, данные об инструкции и данные об адресе объекта, над которым должны произвести действия в соответствии с этой инструкцией;
- преобразуют в модуле 13 данные о выходной функции команды управления (фиг. 7) в данные о выходной команде управления (фиг. 8), которые включают данные об адресе объекта, данные об инструкции и данные о приложении к инструкции;
- передают выходные данные о команде управления (фиг. 8) через модуль 12 и информационный выход 15 в ведомую систему 1.N управления.
При этом:
- обмен данными между модулями 4, 5, 6 и сетевым выходом 9 передатчика 2.1 данных осуществляется с помощью внутренней шины 11 передатчика;
- обмен данными между модулями 12, 13, 14 и сетевым входом 17 приемника 4.N данных осуществляется с помощью внутренней шины 16 приемника;
- модули 4, 5, 6 передатчика 2.1 данных и модули 12, 13, 14 приемника данных могут быть выполнены на основе известных вычислительных средств, путем программного (по записанной или по замонтированной программе) исполнения приведенных в описании операций, например, на базе микро-ЭВМ;
- каждый передатчик данных и каждый приемник данных конструктивно могут быть выполнены в виде типовых элементов замены и встраиваться в стойки с оборудованием соответствующих систем управления.
В качестве сети передачи данных могут быть использованы технические решения по сетям передачи данных [5], по сетям коммутации пакетов [6], по цифровым системам связи или другие известные технические решения. Выбор того или иного решения производится в зависимости от места расположения систем управления между которыми осуществляется передача команд управления. В качестве примера на фиг. 9 приведена схема тракта передачи данных, построенного на основе многоканальной цифровой системы связи (МЦСС) [2]. Особенностью данного технического решения является автоматическое регулирование скорости передачи данных в информационных трактах. При этом:
- сетевой выход 14 передатчика данных соединен с информационным входом одного из n-1 передающих индивидуальных блоков МЦСС;
- сетевой вход 6 приемника данных соединен с информационным выходом одного из n-1 приемных индивидуальных блоков МЦСС.
Другими особенностями данного технического решения являются:
- возможность установления в МЦСС n-1 прямых информационных трактов для различных пар взаимодействующих систем управления;
- возможность исключения из состава данных об исходной команде управления, и, следовательно, из состава данных об исходной и выходной функции команды управления данных об адресе ведомой системы управления, что возможно при наличии прямых информационных трактов.
МЦСС работает следующим образом (фиг. 9) [2].
В исходном состоянии в блок памяти записываются коды команд. Сменяемость кодов обеспечивается с течением времени при поступлении импульсов с выхода делителя на вход блока памяти.
Перевод системы в рабочее состояние подачей кода команды (комбинации управляющих сигналов):
- в блок переключения передающей части системы;
- в приемник команд (через групповой тракт).
Коды команд, записанные в блоке памяти, устанавливают:
- скорость передачи (приема) сигналов в групповом тракте (канале связи);
- скорость передачи (приема) сигналов через каждый передающий и приемный индивидуальный блок (в индивидуальных трактах).
Установление скорости передачи (приема) сигналов производится следующим образом. На выходе блока памяти под воздействием импульсов, поступающих с делителя, появляется комбинация управляющих сигналов, которая поступает:
- на передающей части системы: на управляющие входы блока переключения, на первые входы элементов И, а также на информационные входы блока управления;
- через n-й передающий индивидуальный блок, передающий групповой блок, групповой тракт, приемный групповой блок и n-й приемный индивидуальный блок в приемник команд.
На сигнальные входы блока переключения передающей части системы поступают импульсы из передающего группового блока, которые, в зависимости от состояния переключателей, определяемого комбинацией управляющих сигналов, передаются в передающие индивидуальные блоки.
Комбинация управляющих сигналов с выхода приемника команд передается на вторые входы блока переключения приемной части системы. Этим обеспечивается работа передающей и приемной частей системы, согласованная:
- по скорости ввода информации в передающие индивидуальные блоки;
- по скорости вывода информации из приемных индивидуальных блоков.
Согласованная работа блока управления и приемника команд обеспечивается за счет подачи на тактовый вход блока управления и на второй вход приемника команд идентичных последовательностей тактовых импульсных сигналов.
Таким образом, с помощью комбинаций управляющих сигналов, поступающих с выхода блока памяти и различающихся в зависимости от времени суток, вырабатывается соответствующая частота тактовых импульсов для считывания информационных сигналов, которая определяет:
- скорость передачи и приема сигналов в групповом тракте системы;
- пропорционально измененные скорости передачи и приема в индивидуальных информационных трактах, образованных с помощью передающих и приемных индивидуальных блоков.
Проводя анализ нагрузки на информационные тракты в различные интервалы времени, и записывая по результатам анализа в блок памяти соответствующие коды команд, можно установить скорости передачи сигналов, оптимальные с точки зрения максимальной пропускной способности системы для различных интервалов времени.
Техническое решение - интегрированная система управления, обладает следующими промышленными свойствами:
1. Применение ИСУ обеспечивает повышение эффективности процессов управления за счет автоматического преобразования данных о команде управления, сформированных в кодах одной, ведущей системы управления, в данные об этой команде, представленные в кодах другой, ведомой системы управления.
2. Областью применения ИСУ являются существующие и создаваемые системы управления ведомств, предприятий и других организационных систем, которые совместно решают общие задачи, в том числе, по предотвращению различных угроз и ликвидации негативных последствий. К таким системам управления относятся:
- системы управления робототехническими объектами;
- автоматизированные системы управления деятельностью ведомств и предприятий;
- центры и пункты управления в учреждениях и научных организациях;
- ситуационные, ситуационно-аналитические и аналитические центры в ведомствах, государственных, региональных и муниципальных органах власти, другие системы.
3. Передача команды управления в передатчик данных может осуществляться, например, из сервера управления или вычислительного комплекса ведущей системы управления через ее общую шину или интерфейс оборудования [3]. В этом случае информационный вход передатчика данных подключается также к этой общей шине (интерфейсу оборудования). Передача команды управления из приемника данных может осуществляться через его информационный выход в сервер управления или вычислительный комплекс ведомой системы управления через ее общую шину (интерфейсу оборудования) [3].
4. Каждая команда управления может состоять из следующих сегментов:
- адрес, представляющий собой информацию об адресе ведомой системы управления, в которую должна быть передана эта команда, причем это может быть электронный адрес в сети передачи данных приемника данных, выход которого соединен через общую шину ведомой системы управления с ее сервером управления;
- инструкция, представляющая собой кодовую информацию о действии, которое должно быть произведено в ведомой системе управления (например, это м.б. действие «записать сценарий принятия решения в систему хранения данных аудита о деятельности организационной системы», как в [3]);
- приложение к инструкции - представляет собой информационный объект, используемый при производстве действий в соответствии с инструкцией (например, это м. б. «сценарий принятия решения», как в [3]).
При этом:
- в случае наличия прямого канала передачи данных - информационного тракта, между взаимодействующими системами управления сегмент адреса в команде управления может отсутствовать, а, следовательно, и могут отсутствовать данные об адресе в исходной команде управления;
- в случае наличия во взаимодействующих системах управления баз знаний о командах управления, тождественных по выполняемым действиям и не требующих приложений (например, как в [1]), сегмент приложения к инструкции в команде управления может отсутствовать, а, следовательно, могут отсутствовать данные о приложении к инструкции в данных об исходной команде управления;
- при обоих указанных выше условиях команда управления может включать только сегмент инструкции.
5. Аппаратно-программные платформы взаимодействующих систем управления могут быть построены разными компаниями на технических и программных средствах от разных производителей и произведенных на разных предприятиях, поэтому тождественные по функциям команды управления в разных системах управления могут отличаться кодами данных.
Источники
[1] SU 1821802 A1, G06F 13/00, опубл. 15.06.93 г. в бюл. №22.
[2] SU 1800631 A1, H04J 3/24, опубл. 07.03.93 г. в бюл. №9.
[3] RU 2533090 C2, G05B 19/00, опубл. 20.11.2014, бюл. №32.
Дополнительные источники
[4] Зацаринный А.А., Шабанов А.П. Технология информационной поддержки деятельности организационных систем на основе ситуационных центров. М.: ТОРУС ПРЕСС, 2015. 232 с.
[5] Масич Г.Ф. Сети передачи данных. Пермь: НИПУ, 2014. 192 (ISBN: 978-5-3980-1194-4, http://video-lesson.biz/literatura/complit/5303-seti-peredachi-dannyh-2014-kniga.html).
[6] Мизин И.А., Богатырев B.A., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.