О РЕЗУЛЬТАТАХ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СРЕДСТВ МОНИТОРИНГА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОБСТАНОВКИ В АСУТП

Соловьев Александр Михайлович

канд. техн. наук,

Академия ФСО России

РФ, г. Орел

E -mail: solowjevam@mail.ru

Головин Артем Александрович

Академия ФСО России,

РФ, г. Орел

E -mail: g.artemka@mail.ru

Кинденов Роман Константинович

Академия ФСО России

РФ, г. Орел

E -mail: roman.kindenov@mail.ru

ON THE RESULTS OF THE DEVELOPMENT OF AUTOMATED SYSTEMS RESEARCH MEANS OF MONITORING ELECTRONIC SITUATION IN PROCESS CONTROL

Alexander Solovyov

cand. tehn. Sciences,

Academia FSO Russia,

Russia, Orel

Artem Golovin

Academia FSO Russia,

Russia, Orel

Kindenov Roman

Academia FSO Russia,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

Целью исследования является обоснование возможности сокращения времени оценки текущего качества усилительной аппаратуры в АСУТП. Для достижения цели решены следующие задачи: 1) проведена оценка состояния вопросов моделирования усилительной аппаратуры и осуществлен выбор подхода к оценке ее качества функционирования; 2) разработана математическая модель низкочастотной усилительной аппаратуры для оперативной оценки ее качества функционирования; 3) предложена структура АСНИ и проведено моделирование процесса оценки качества функционирования низкочастотной усилительной аппаратуры.

ABSTRACT

The aim of the article is to study the possibility of reducing the time of assessment of the current quality of low-frequency amplifiers in the control system. To achieve the goal following tasks: 1) assess the state of the simulation questions amplifying equipment and implemented the approach to assessing the quality of its functioning; 2) developed a mathematical model of the low-frequency amplifying apparatus for rapid assessment of the quality of its functioning; 3) the proposed structure of the ARS and modeling of the process evaluation of the quality of functioning of the low-frequency amplification equipment.

Ключевые слова: автоматизированная система научных исследований; средства мониторинга; автоматизированная система научных исследований.

Keywords: automated system of scientific research; monitoring tools; automated system research.

АКТУАЛЬНОСТЬ

 Для эффективной организации и функционирования распределенных АСУТП важную роль играют средства мониторинга для дистанционного управления по радиоканалам (радиомониторинга). В настоящее время разработка, производство и внедрение реальных средств радиомониторинга находятся на стадии начальных разработок, потому что их эффективность во многом зависит от человеческого фактора, от участия оперативного персонала в оценках и принятиях решений при селекции и идентификации радиоизлучений, при контроле местоположения источников радиоизлучений и, главное, при оценке текущего качества функционирования аппаратных и программных компонентов средств радиомониторинга.

Другими словами, средства радиомониторинга требуют автоматизации всех отмеченных процессов, в том числе и процессов оценки качества их функционирования, потому что от этого зависит сама работоспособность АСУТП. Принято считать, что проблематика автоматизации процессов мониторинга наиболее эффективно исследуется и разрешается посредством создания соответствующих автоматизированных систем научных исследований или, сокращенно, АСНИ.

Однако, в известных АСНИ отсутствуют средства по разработке математических и формальных моделей, обеспечивающих автоматизацию процессов мониторинга АСУТП. Между тем, на стадии становления проработок в Укргосцентр радиочастот, г. Киев находятся разработки АСНИ по автоматизации процесса радиомониторинга, в HanyWell – автоматизации контроля качества функционирования средств нерадиомониторинговой принадлежности в контурах управления распределенной АСУТП. Но создание АСНИ для автоматизации процессов оценки качества функционирования средств радиомониторинга до настоящего времени остаётся практически не разработанной проблемой. Поэтому тематика исследования является актуальной [1, с. 31].

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СРЕДСТВ РАДИОМОНИТОРИНГА

Автоматизация процессов оценки качества функционирования средств радиомониторинга относится, прежде всего, к тракту дистанционного управления по радиоканалам, а точнее, к тракту от дистанционно расположенных датчиков до регуляторов. Основная задача этого тракта, фактически, восстановление или воспроизведение реальных сигналов с датчика и преобразование сигнала в форму приемлемую для ввода в гибридный сигнальный процессор регулятора.

Обеспечить работоспособность этого тракта означает обеспечить работоспособность всех его компонентов. И прежде всего компонентов, связанных с восстановлением или воспроизведением сигналов с дистанционно удаленных датчиков. Эту функцию выполняют радиотехнические средства участка приемных устройств и первичной обработки, в которых существенная роль отведена низкочастотной усилительной аппаратуре. Если модуляция, демодуляция и детектирование играют важную роль при передаче сигнала, то его восстановление, безусловно, определяется низкочастотной усилительной аппаратурой.

Именно она определяет качество формируемых сигналов, последующей обработкой которых и занимаются сигнальные процессоры и микроконтроллеры в цепях регулятора. При этом оценка качества текущего функционирования низкочастотной усилительной аппаратуры фактически по определению как встроенный функциональный контроль должна проводиться в структурах усилительной низкочастотной аппаратуры, связанной с цепями регулятора для последующего принятия требуемых управленческих решений.

 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СРЕДСТВ РАДИОМОНИТРИНГА

Проведя анализ представлений моделей и эквивалентных схем низкочастотной усилительной аппаратуры (рис. 1, а) [1, с. 36], а также анализ известных АСНИ для схемотехнического моделирования [1, с. 31] (рис. 1, б), целесообразным является решение по созданию АСНИ в виде системы гибридного моделирования усилителя на основе плат NI, математических моделей усилительной аппаратуры и соответствующего программного обеспечения и программного обеспечения National Instruments с критерием оценки качества функционирования по равномерной метрике (рис. 1, в).

Основная идея построения математической модели усилительной аппаратуры основано на параллельном подключении устройства оценки качества к усилителю и учету входного и выходного импеданса при выводе коэффициента усиления, что и обеспечивает, фактически, встроенный функциональный контроль качества функционирования аппаратуры.

Рисунок 1. Состояние вопросов моделирования усилителей: а) анализ представлений моделей; б) анализ известных АСНИ; в) выбор пути решения по созданию АСНИ

В целом для исследуемого четырехкаскадного усилителя получена формула коэффициента усиления [2, с. 71], то есть математическая модель усилителя по коэффициенту усиления, в которой ZПР1 и ZПР2 обуславливают ее новизну (рис. 2).

Рисунок 2. Математическая модель усилителя по коэффициенту усиления

Предложенная математическая модель усилительной аппаратуры разработана на базе математической модели h-параметров p-n-p транзисторов, отличается учетом влияния входных и выходных цепей устройства оценки качества функционирования усилителя.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАПНИЙ СРЕДСТВ РАДИОМОНИТОРИНГА

На основе предложенной модели усилительной аппаратуры и выбранного критерия оценки ее качества функционирования на основе равномерной метрики предложена обобщенная модель структуры устройства оценки качества (рис. 3), компонентами которой являются микропроцессорное устройство сбора, регистрации и сохранения состояний входов усилительной аппаратуры, микропроцессорное устройство сбора, регистрации и сохранения состояний выходов аппаратуры, микропроцессорное устройство формирования текущих функций преобразования аппаратуры [3, с. 44].

Рисунок 3. Основные компоненты структуры устройства оценки качества функционирования низкочастотной аппаратуры

Для окончательного формирования математических моделей и усилительной аппаратуры и устройства оценки качества предложена новая автоматизированная система научных исследований на основе National Instruments с LabVIEW версии 10.0. На рисунке 4, а представлена структура АСНИ с основными модулями оценки качества функционирования низкочастотной усилительной аппаратуры, а на рисунке 4, б – программная реализация АСНИ, дополненная блоками сопряжения с аппаратными модулями ввода-вывода DAQ6221.

Рисунок 4. Автоматизированная система научных исследований: а) Состав АСНИ, б) Программное обеспечение АСНИ

Организация моделирования и исследования процессов оценки качества проводится соединением АСНИ и исследуемым усилителем с фиксацией времени оценки качества функционирования.

Моделирование на АСНИ показало, что разработанная модель (рис. 2) и реализованная структура устройства оценки качества (рис. 3) позволяет сократить время оценки коэффициента усиления усилителя более чем на два порядка (рис. 5) [2. c. 75].

Рисунок 5. Результаты моделирования оценки времени оценки качества функционирования усилительной аппаратуры

Таким образом, проведенные исследования доказывают возможность сокращения времени оценки отклонения от требуемого функционирования усилительной аппаратуры в АСУТП более, чем на два порядка.

Список литературы:

1. Соловьев А.М. Автоматизированная система научных исследований : дис. … канд. техн. наук. – Орел, 2015. – 211 с.

2. Соловьев А.М. О результатах исследования процесса оценки качества функционирования усилителей низкой частоты // Информационные системы и технологии. – 2014. – № 4 (84). – С. 69–78.

3. Раков В.И. О структурном контроле технических средств управления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2005. – № 12. – С. 44–48.