Измерительный терминал для систем измерений электрических параметров с гибким динамическим перераспределением функций между терминалами

Авторы патента:


 

Рассматриваемая полезная модель относится к вторичным измерительным приборам, предназначенным к применению в составе автоматизированных систем измерений, включающих совокупность вышеуказанных приборов и допускающих реализацию механизмов гибкого динамического перераспределения измерительных функций между отдельными приборами с целью, например, повышения отказоустойчивости функций системы. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и обеспечение более оптимального использования аппаратных средств систем измерений электрических параметров с резервированием. Заявляемый измерительный терминал (1) характеризуется тем, что включает в себя блок выполнения функций измерений (2) и модуль динамического распределения функций (3), где модуль динамического распределения функций обеспечивает прием (4) и хранение отдельных функций измерений (5), получаемых от внешних устройств по каналам связи (6), в том числе, от других аналогичных терминалов (7) в системе измерений. Кроме того, модуль динамического распределения функций измерительного терминала обеспечивает выполнение операций перераспределения функций, включающих передачу (8) отдельных хранящихся в модуле функций другому аналогичному терминалу в системе измерений по каналу связи с последующим удалением (9) или без удаления переданных функций из состава модуля, загрузку отдельных хранимых в модуле функций (10) в блок выполнения функций измерений данного терминала и удаление (11) отдельных функций (12) из состава вышеуказанного блока с обеспечением выполнения вышеназванных операций загрузки и удаления без влияния на работу других функций измерений в составе вышеуказанного блока. Помимо этого, модуль динамического распределения функций измерительного терминала обеспечивает выявления критических состояний распределения функций между измерительными терминалами в системе измерений по результатам, в том числе, осуществляемого данным модулем информационного взаимодействия с другими измерительными терминалами в системе, а также возможностью информационного взаимодействия с модулями динамического распределения функций (3) других терминалов (7) в системе с целью выявления необходимости выполнения данным модулем операций перераспределения функций на основании выявленных в системе критических состояний распределения функций с выполнением соответствующих операций перераспределения функций в случае выявления необходимости.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Рассматриваемая полезная модель относится к вторичным измерительным приборам, предназначенным к применению в составе автоматизированных систем измерений, включающих в себя совокупность вышеуказанных приборов и допускающих реализацию механизмов гибкого динамического перераспределения измерительных функций между отдельными приборами с целью, в частности, повышения отказоустойчивости отдельных функций системы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны предлагаемые на рынке программируемые контроллеры SIMATIC S7-400H от производителя Siemens (Германия) [1], обеспечивающие построение на их базе автоматизированных систем с резервированием (в том числе, систем измерений), где каждая из вышеуказанных систем с резервированием строится на базе пары указанных контроллеров с полным их дублированием. Недостатком вышеуказанных контроллеров при построении на их базе систем автоматизации с резервированием является чрезмерно высокая избыточность аппаратных средств в системах с резервированием (характеризующаяся полным дублированием аппаратных компонентов системы), что не всегда является оптимальным и может, в частности, обуславливать неоправданно высокую стоимость системы автоматизации с резервированием.

Известны также предлагаемые на рынке и выбранные в качестве прототипа устройства программного управления (контроллеры) TREI-5B-02 (производитель - TREI Gmbh, Германия) [2], предназначенные к использованию, в том числе, в составе программно-технических комплексов (ПТК) серии «КРУГ-2000» (производитель комплексов - НПФ «КРУГ», Россия) [3] в качестве вторичных измерительных приборов. При функционировании контроллеров TREI-5B-02 в составе ПТК «КРУГ-2000» предусматривается возможность обеспечения 100%-ного «горячего» резервирования указанных контроллеров. При этом сами контроллеры включают в себя функцию самодиагностики работоспособности с возможностью автоматической выдачи в случае своего отказа сигнала внешнему устройству, например, другому аналогичному контроллеру, принимающему в данном случае на себя задачу выполнения измерительных функций отказавшего контроллера. Недостатком прототипа является отсутствие возможности резервирования отдельных измерительных функций в составе контроллера, в частности, только критически важных измерительных функций (например, функций учета количества электроэнергии), а не всего контроллера целиком (включая, возможно, присутствующие в составе контроллера менее важные измерительные функции, например, функции текущих измерений электрических параметров, выполняемые с целью визуализации и контроля текущего электроэнерегетического режима персоналом энергообъекта), что исключает возможность применения в составе систем измерений решений по резервированию, достаточно оптимальных по количеству устройств и, следовательно, по стоимости схем резервирования, и что, в свою очередь, обусловливает повышенную стоимость систем измерений с резервированием.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Техническим результатом рассматриваемой полезной модели является обеспечение более оптимального использования аппаратных средств систем измерений электрических параметров с резервированием, следствием которого является уменьшение количества требуемого в системе измерений резерва аппаратных компонентов.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что предлагаемый измерительный терминал при использовании его в составе систем измерений электрических параметров реализует возможность гибкого и оперативного перераспределения измерительных функций между данным измерительным терминалом и другими аналогичными терминалами в системе измерений, где вышеуказанное перераспределение осуществляется автоматически в процессе штатного функционирования системы измерений и включает в себя возможность перераспределения не только полных наборов измерительных функций отдельных терминалов, но и отдельных функций из состава вышеуказанных наборов, что позволяет, в частности, обеспечить возможность резервирования только части функций из состава измерительных терминалов, например, только критически важных измерительных функций (функций учета количества электроэнергии и т.п.). За счет обеспечения возможности резервирования только части функций в составе измерительных терминалов (в частности, только критически важных функций), а не полных наборов измерительных функций отдельных терминалов, обеспечивается высвобождение аппаратных ресурсов вышеуказанных терминалов, за счет которого возможно уменьшение в системе измерений количества резерва аппаратных компонентов (измерительных терминалов), что обеспечивает достижение заявленного технического результата, либо указанные высвобожденные аппаратные ресурсы могут быть задействованы для дополнительного резерва функций системы измерений, что способствует дополнительному повышению надежности выполнения системой измерений своих функций.

Заявленный измерительный терминал характеризуется тем, что включает в себя блок выполнения функций измерений и, в отличие от прототипа, дополнительно включает в себя модуль динамического распределения функций, который связан с блоком выполнения функций измерений данного терминала. Вышеуказанный модуль обеспечивает прием и хранение функций измерений, получаемых от внешних по отношению к данному терминалу устройств по каналам связи, в том числе, от других аналогичных терминалов в системе измерений, а также обеспечивает выполнение операций перераспределения функций, где операции перераспределения функций включают в себя передачу отдельных хранящихся в модуле функций другому аналогичному терминалу в системе измерений по каналу связи с последующим удалением или без удаления переданных функций из состава модуля, загрузку отдельных хранимых в модуле функций в блок выполнения функций измерений данного терминала и удаление отдельных функций из состава вышеуказанного блока с обеспечением выполнения вышеназванных операций загрузки и удаления без влияния на работу других функций измерений в составе блока выполнения функций измерений данного терминала. Помимо этого, модуль динамического распределения функций терминала осуществляет выявление критических состояний распределения функций между измерительными терминалами в системе измерений по результатам, в том числе, осуществляемого данным модулем информационного взаимодействия по каналам связи с другими измерительными терминалами и/или с модулями динамического распределения функций в составе других аналогичных терминалов в системе измерений, а также осуществляет информационное взаимодействие с модулями динамического распределения функций других терминалов в системе измерений с целью выявления необходимости выполнения данным модулем операций перераспределения функций на основании выявленных в системе критических состояний распределения функций с выполнением соответствующих операций перераспределения функций в случае выявления вышеуказанной необходимости. При этом вышеуказанные критические состояния распределения функций между измерительными терминалами в системе измерений могут включать в себя, например:

- отказ, по меньшей мере, одного из измерительных терминалов системы измерений;

- отказ, по меньшей мере, одной из функций измерений в составе блока выполнения функций измерений одного из измерительных терминалов системы;

- увеличение расчетной вероятности отказа, по меньшей мере, одного из измерительных терминалов системы измерений, обусловленное, например, увеличением вычислительно-коммуникационной нагрузки на вышеуказанный терминал или уменьшением остаточного ресурса вышеуказанного терминала, определяемого по данным внутренней самодиагностики текущего состояния терминала;

- возникновение неоптимальности в распределении функций между отдельными измерительными терминалами в системе измерений, где вышеуказанная неоптимальность проявляется, например, в неравномерности распределения вычислительно-коммуникационной нагрузки между терминалами или, например, в неполноте вычислительно-коммуникационной загрузки у части измерительных терминалов в системе;

- отключение от системы измерений, по меньшей мере, одного из измерительных терминалов;

- подключение к системе измерений, по меньшей мере, одного нового измерительного терминала.

При этом обеспечиваемое заявленным измерительным терминалом перераспределение функций, в частности, выявление модулем динамического распределения функций терминала необходимости выполнения операций перераспределения функций с выполнением соответствующих операций перераспределения функций в случае выявления необходимости может осуществляться по принципу, в частности, обеспечения баланса надежности выполнения функции в системе измерений и оптимального (с минимально необходимым уровнем избыточности) использования аппаратных ресурсов системы измерений (в частности, измерительных терминалов).

В частном случае реализации полезной модели, когда модуль динамического распределения функций терминала обеспечивает выявление критических состояний распределения функций в системе измерений в виде событий отключения измерительных терминалов от системы и/или в виде событий подключения к системе измерений новых измерительных терминалов с выполнением соответствующих операций перераспределения функций, обеспечивается достижение дополнительного технического результата, заключающегося в обеспечении снижения трудоемкости выполнения операций переконфигурирования системы измерений в случаях, соответственно, подключения или добавления к системе новых измерительных терминалов и/или при отключении от системы отдельных измерительных терминалов, например, в целях вывода их из эксплуатации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 приведена схема, описывающая состав основных блоков заявленного измерительного терминала, структуру информационных взаимосвязей основных блоков терминала, а также основные механизмы информационного взаимодействия измерительного терминала с другими подобными терминалами в системе измерений электрических параметров с гибким динамическим перераспределением функций между терминалами.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Заявленный измерительный терминал 1 (см. фиг.1) включает в себя блок 2 выполнения функций измерений и модуль 3 динамического распределения функций. Модуль 3 в составе измерительного терминала 1 обеспечивает прием 4 и хранение функций 5, получаемых от внешних устройств по каналам связи 6. Кроме того, модуль 3 в составе терминала 1 обеспечивает выполнение операций перераспределения функций, включающих в себя передачу 8 отдельных хранящихся в модуле 3 функций 5 другому измерительному терминалу 7 с последующим удалением 9 или без удаления переданных функций из состава модуля 3, загрузку 10 функций в блок 2 выполнения функций измерений терминала 1, удаление 11 функций из состава блока 2 с обеспечением выполнения операций 10 и 11 без влияния на работу уже имеющихся в составе блока 2 функций измерений 12. Также модуль 3 терминала 1 осуществляет выявление критических состояний распределения функций в системе измерений по результатам, в том числе, осуществляемого данным модулем информационного взаимодействия с другими измерительными терминалами 7 по каналам связи 6, а также, возможно, по результатам внутренней самодиагностики текущего состояния терминала 1. Кроме того, модуль 3 терминала 1 осуществляет информационное взаимодействие 13 с модулями 3 других терминалов 7 в системе измерений с целью выявления необходимости выполнения данным модулем 3 операций перераспределения функций на основании выявленных в системе критических состояний распределения функций с выполнением соответствующих операций перераспределения функций в случае выявления необходимости.

Заявленный терминал 1 может быть реализован в виде микропроцессорного электронного устройства. Блок 2 выполнения функций измерений в составе терминала может быть реализован в виде набора связанных электронных компонентов, включающего в себя микропроцессор, модули памяти (оперативной и/или энергонезависимой) и т.п. В целях предельной минимизации влияния выполнения операций перераспределения функций (в частности, операций загрузки функций в блок 2 из модуля 3, либо удаления функций из блока 2 терминала) на работу измерительных функций в составе блока 2 терминала, модуль 3 терминала реализуется в виде отдельного вычислительного модуля (платы), содержащего в себе, в частности, микропроцессор и память, и связанного с блоком 2 посредством внутренней шины данных измерительного терминала. При этом в целях унификации измерительных терминалов, предназначенных к применению в составе систем измерений электрических параметров с гибким динамическим перераспределением функций между измерительными терминалами, модуль 3 заявляемого измерительного терминала может быть выполнен с возможностью хранения функций измерений 5 и передачи 8 указанных функций другим терминалам 7 в виде наборов функциональных блоков, выполненных по единому стандарту, например, в соответствии со спецификацией IEC 61499 [4].

В частном случае измерительный терминал может быть реализован с модулем динамического распределения функций, который изначально уже содержит полный набор измерительных функций, используемых в рамках автоматизированной системы измерений. Либо терминал может быть сконфигурирован перед применением в составе автоматизированной системы измерений таким образом, что модуль динамического распределения функций терминала содержит полный набор измерительных функций, используемых в рамках системы. При этом информационный обмен между данным терминалом и другими аналогичными терминалами в системе измерений, связанный с динамическим перераспределением функций, заключается только лишь в активизации того или иного набора из уже загруженных в терминалы функций, не требуя передачи между терминалами и выполнения загрузки в терминалы самих функций в процессе штатного функционирования системы измерений. В указанном случае снижается коммуникационная нагрузка на каналы связи между терминалами, а также обеспечивается возможность увеличения скорости выполнения операций перераспределения функций в системе измерений, что, в свою очередь, способствует снижению времени возможной неработоспособности отдельных функций в системе измерений в случае, например, отказов отдельных измерительных терминалов, и, следовательно, обеспечивается повышение коэффициента готовности вышеуказанных измерительных функций в системе.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. «SIMATIC Automation System S7-400H Fault-tolerant Systems. Manual» / A5E00068197-07, 07/2006 (Order number: 6ES7988-8HA11-8BA0) (руководство по системе автоматизации SIMATIC S7-400H: издание 07/2006, номер заказа руководства у производителя: 6ES7988-8HA10-8ВА0).

2 TREI1.421457.101-00.РЭ «Устройство программного управления TREI-5B-02. Руководство по эксплуатации» (электронная версия руководства - на Интернет-сайте российского представительства компании-производителя: http://trei-gmbh.ru).

3 И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, С.В. Фролов «Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры: Учебное пособие» / М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004.

4. IEC 61499-1 Ed.1.0 (2005-01-24) «Function Blocks - Part 1: Architecture».

1. Измерительный терминал для систем измерений электрических параметров с гибким динамическим перераспределением функций между терминалами, включающий в себя блок выполнения функций измерений, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя модуль динамического распределения функций, связанный с блоком выполнения функций измерений, где модуль динамического распределения функций выполнен с возможностью приема и хранения отдельных функций измерений, получаемых данным терминалом от внешних устройств по каналам связи, в том числе, от других аналогичных терминалов в системе измерений, с возможностью выполнения операций перераспределения функций, включающих в себя передачу отдельных хранящихся в модуле функций другому аналогичному терминалу в системе измерений по каналу связи с последующим удалением или без удаления переданных функций из состава модуля, загрузку отдельных хранимых в модуле функций в блок выполнения функций измерений данного терминала и удаление отдельных функций из состава блока выполнения функций измерений данного терминала с обеспечением выполнения вышеназванных операций загрузки и удаления без влияния на работу других функций измерений в составе блока выполнения функций измерений данного терминала, а также с возможностью выявления критических состояний распределения функций между измерительными терминалами в системе измерений по результатам, в том числе, осуществляемого данным модулем информационного взаимодействия по каналам связи с другими измерительными терминалами в системе измерений и/или с модулями динамического распределения функций в составе указанных терминалов, а также, возможно, по результатам внутренней самодиагностики текущего состояния данного терминала, и возможностью информационного взаимодействия по каналам связи с модулями динамического распределения функций других аналогичных терминалов в системе измерений с целью выявления необходимости выполнения данным модулем операций перераспределения функций на основании выявленных в системе критических состояний распределения функций с выполнением соответствующих операций перераспределения функций в случае выявления необходимости.

2. Терминал по п.1, отличающийся тем, что критические состояния распределения функций в системе измерений, выявляемые модулем динамического распределения функций данного терминала, включают в себя отказ, по меньшей мере, одного из измерительных терминалов системы измерений и/или отказ, по меньшей мере, одной из функций измерений в составе блока выполнения функций измерений одного из измерительных терминалов системы и/или увеличение расчетной вероятности отказа, по меньшей мере, одного из измерительных терминалов системы измерений, обусловленное, например, увеличением вычислительно-коммуникационной нагрузки на вышеуказанный терминал или уменьшением остаточного ресурса вышеуказанного терминала, определяемого по данным внутренней самодиагностики текущего состояния терминала, и/или возникновение неоптимальности в распределении функций между отдельными измерительными терминалами в системе, где вышеуказанная неоптимальность проявляется, например, в неравномерности распределения вычислительно-коммуникационной нагрузки между терминалами или, например, в неполноте вычислительно-коммуникационной загрузки у части измерительных терминалов в системе, и/или отключение от системы измерений, по меньшей мере, одного из измерительных терминалов и/или подключение к системе измерений, по меньшей мере, одного нового измерительного терминала.



 

Похожие патенты:
Наверх