Информационные технологии в телекоммуникациях

" Информационные технологии в телекоммуникациях"

Введение

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) на сегодняшний день является необходимым критерием каждого крупного предприятия. Наличие подобных систем на производстве позволяет с высокой точностью задавать различные параметры и поддерживать их в заданных интервалах. В последние годы крупные производители все большее внимание уделяют именно автоматизации. И это не удивительно. Высокая конкуренция заставляет руководителей более серьезно относиться к внедрению высоких технологий на своем предприятии. Автоматизация технологических процессов _-это, прежде всего, экономия денежных средств за счет оптимизации расхода сырья и энергоресурсов. Высокая производительность, минимизация брака, увеличение КПД производства, улучшение качества продукции, вот ряд преимуществ АСУ ТП.

1.Техническое задание

Общие сведения Наименование системы Полное наименование системы Автоматизация системы передачи видеосигнала по симметричной линии связи Краткое наименование системы ТКС АСУТП АСПВПСЛС, Система.

Основание для проведения работ Работа выполняется на основании договора № 156 857 от 11.04.13 между ЗАО ИТ фирмой «ЭКЗОРЦИСТ» и «МАУ»

Наименование организаций — Заказчика и Разработчика Заказчик Заказчик: «Международные Авиалинии Украины». Адрес фактический: г. Киев ул. Свободы, 7-А. Телефон / Факс: 0(445) 245 91 87.

WEB-адрес: www.vidonaglad.com

Разработчик: ЗАО ИТ фирма «ЭКЗОРЦИСТ». Адрес фактический: г. Сумы, ул. Свободы 25. Телефон / Факс: 0 (5242) 211 271.

Плановые сроки начала и окончания работы Начало выполнения работ 11.04.13

Окончание выполнения работ 21.05.2014

Источники и порядок финансирования Подробно рассматривается в Договоре.

Порядок оформления и предъявления заказчику результатов работ Работы по созданию ТКС АСУТП АСПВПСЛС сдаются Разработчиком поэтапно в соответствии с календарным планом Проекта. По окончании каждого из этапов работ Разработчик сдает Заказчику соответствующие отчетные документы этапа, состав которых определены Договором.

2.Техничиский проект

2.1 Назначение и цели создания системы. Назначение системы

ТКС АСУТП АСПВПСЛС предназначена для повышения оперативности и качества принимаемых решений сотрудниками Заказчика. Основным назначением ТКС АСУТП АСПВПСЛС является автоматизация информационно-аналитической деятельности в сборе и анализе данных видеонаблядения Заказчиком.

2.2 Цели создания системы

ТКС АСУТП АСПВПСЛС создается с целью: — обеспечения сбора и первичной обработки исходной информации; - повышения качества (полноты, точности, достоверности, своевременности, согласованности) информации;

— обеспечение безопасности; В результате создания ТКС АСУТП АСПВПСЛС должны быть улучшены значения следующих показателей:

— время сбора и первичной обработки исходной информации;

— количество информационных систем, используемых для подготовки аналитической отчетности;

— время, затрачиваемое на информационно-аналитическую деятельность;

2.3 Требования к системе

Требования к структуре и функционированию системы ТКС АСУТП АСПВПСЛС должна быть централизованной. т. е. все данные должны располагаться в центральном сервере. ТКС АСУТП АСПВПСЛС должна иметь трехуровневую архитектуру (первый — источник, второйхранилище, третий-отчетность).) В Системе предлагается выделить следующие функциональные подсистемы:

— подсистема сбора, обработки и загрузки данных, которая предназначена для реализации процессов сбора данных из систем источников, приведения указанных данных к виду, необходимому для наполнения подсистемы хранения данных;

— подсистема хранения данных, которая предназначена для хранения данных в структурах, нацеленных на принятие решений; - подсистема формирования и визуализации отчетности, которая предназначена для формирования данных и отчетности.

2.4 Требования к режиму функционирования системы

Система должна поддерживать следующие режимы функционирования:

— Основной режим, в котором подсистемы ТКС АСУТП АСПВПСЛС выполняют все свои основные функции;

— Профилактический режим, в котором одна или все подсистемы ТКС АСУ ТП АСПВПСЛС не выполняют своих функций.

В основном режиме функционирования система обеспечивает: — работу пользователей в режиме — 24 часа в день, 7 дней в неделю (24×7); - выполнение своих функций — сбор, обработка и загрузка данных; хранение данных, предоставление отчетности по показателям. В профилактическом режиме система обеспечивает возможность проведения следующих работ:

— техническое обслуживание; - модернизация аппаратно-программного комплекса; - устранение аварийных ситуаций.

2.5 Требования к защите информации от несанкционированного доступа

автоматизированный управление информация

Требования к информационной безопасности Обеспечение информационное безопасности ТКС АСУТП АСПВПСЛС должно удовлетворять следующим требованиям: — Защита Системы должна обеспечиваться комплексом программно-технических средств и поддерживающих их организационных мер. — Защита Системы должна обеспечиваться на всех технологических этапах обработки информации и во всех режимах функционирования, в том числе при проведении ремонтных и регламентных работ. — Программно-технические средства защиты не должны существенно ухудшать основные функциональные характеристики Системы (надежность, быстродействие, возможность изменения конфигурации). — Разграничение прав доступа пользователей и администраторов Системы должно строиться по принципу «что не разрешено, то запрещено» .

2.6 Требования к антивирусной защите

Средства антивирусной защиты должны быть установлены на всех рабочих местах пользователей и администраторов ТКС АСУТП АСПВПСЛС. Средства антивирусной защиты рабочих местах пользователей и администраторов должны обеспечивать: — централизованное управление сканированием, удалением вирусов и протоколированием вирусной активности на рабочих местах пользователей; - централизованную автоматическую инсталляцию клиентского ПО на рабочих местах пользователей и администраторов; - централизованное автоматическое обновление вирусных сигнатур на рабочих местах пользователей и администраторов; - ведение журналов вирусной активности; - администрирование всех антивирусных продуктов.

2.7 Требования по сохранности информации при авариях

В Системе должно быть обеспечено резервное копирование данных. Выход из строя трех жестких дисков дискового массива не должен сказываться на работоспособности подсистемы хранения данных.

3.Основные технические решения

3.1 Решения по структуре системы, подсистем, средствам и способам связи для информационного обмена между компонентами системы

3.1.1 Логическая и компонентная архитектура системы

Перечень используемых для создания Системы программных средств приведен ниже:

— GPRS device server;

— связь с помощью технологии GPRS;

— Fix;

— Модули сбора даннях (Serial device);

Логическая и компонентная архитектура представлены на рисунке ниже:

Рис.

В состав разрабатываемой системы будут включены следующие технологические компоненты: — программное обеспечение поддержки модели данных представляет собой программное обеспечение, автоматизирующее разработку и поддержку модели — Fix; - сервера с базами данных, хранящими информацию о перелетах;

— связь между диспетчерами, контролирующими координаты путей перелетов;

3.1.2 Функциональная структура системы

Рис.

— подсистема сбора, обработки и загрузки данных, которая предназначена для реализации процессов сбора данных из систем видеонаблюдения, приведение полученных данных к необходимому виду, для проведения отчетов;

— подсистема хранения данных для оценки и принятия верных решений;

— подсистема формирования и визуализации отчетности которая дает возможность адекватно давать оценку предстоящим ситуациям в зонах видеонаблюдения.

3.2 Решения по взаимосвязям АС со смежными системами, обеспечению ее совместимости

Таблица

3.3 Решения по режимам функционирования, диагностированию работы системы

Предлагается следующая реализация решений по режимам функционирования системы: — Основной режим, в котором все подсистемы выполняют свои основные функции. — Профилактический режим, в котором одна или все подсистемы не выполняют своих функций. В данный режим работы система переходит в следующих случаях: возникновение необходимости модернизации аппаратно-программного комплекса; возникновение необходимости проведения технического обслуживания; выход из строя аппаратно-программного комплекса, вызванный выходом из строя элементов аппаратной или программной базы; выход из строя сети передачи данных и другие аварийные ситуации. В основном режиме функционирования система обеспечивает: — работу пользователей в режиме — 24 часа в день, 7 дней в неделю (24×7); - выполнение своих функций — сбор, обработка и загрузка данных; хранение данных, предоставление отчетности по показателям. В профилактическом режиме система обеспечивает возможность проведения следующих работ: — техническое обслуживание; - модернизация аппаратно-программного комплекса; - устранение аварийных ситуаций.

3.4 Сведения об обеспечении заданных в техническом задании потребительских характеристик системы, определяющих ее качество

Таблица

3.5 Техническиt комплексs Fix

Рис.

Рис.

4.Среда передачи данных — GPRS

GPRS англ. General Packet Radio Service — «пакетная радиосвязь общего пользования») — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн.

Служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM. На структурном уровне систему GPRS можно разделить на две части: подсистему базовых станций (BSS) и опорную сеть GPRS (GPRS Core Network).

В BSS входят все базовые станции и контроллеры, которые поддерживают пакетную передачу данных. Для этого BSC (Base Station Controller) дополняется блоком управления пакетами — PCU (Packet Controller Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) — кодирующим устройством GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP.

Шлюзы с внешними сетями (Internet, intranet, X.25) называют GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмен информацией между SGSN и GGSN происходит на основе IP-протоколов.

Также в состав GPRS Core входят DNS (Domain Name System) и Charging Gateway (шлюз для связи с системой тарификации).

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом, что именно является приоритетом передачи — голосовой трафик или передача данных — выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловный приоритет голосового трафика перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.

Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink; DL) — от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) — от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 кбит/с по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10 или 4+2 всего 5). Новейшие телефоны (февраль 2009) поддерживают class 12 (или 4+4, всего 5).

Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из 8) таймслотов на частоте, итого — до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай — пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота (class 10) или 4+4 (class 12).

Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1—CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала. По той же схеме и используя то же самое оборудование, работает и технология EDGE. Но внутри таймслота EDGE используется другая, более плотная, упаковка информации (модуляция 8PSK).

GPRS по принципу работы аналогична Интернету: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернетом незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернете (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, XMPP и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

Применение:

— Мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных.

— Мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удалённым базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.

— Телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефтеи газопроводов).

— Спутниковый мониторинг транспорта

5. Программное обеспечение SCADA Fix

Фирма Intellution основана в 1980 г. Она занимает заметное место на рынке SCADA-систем всех развитых стран. С 1984 года Intellution выпускает SCADA-системы с общим названием FIX (Fully Integrated Control System). Сначала выпускались пакеты под DOS, затем для различных версий Windows. Сейчас продолжают развиваться только 32-разрядные пакеты, работающие на платформах Windows 95/98/NT/2000/XP. В настоящее время под управлением пакетов FIX в мире работает свыше 150 000 компьютеров практически во всех отраслях промышленности, включая ядерные электростанции и нефтепроводы.

Вся группа 32-разрядных продуктов разделена на два семейства: семейство FIX и семейство iFIX. Оба семейства содержат ряд функционально аналогичных пакетов:

SCADA-пакет FIX (iFIX);

FIX VisualBatch (iBatch) — программное обеспечение, предназначенное для автоматизации периодических серийных процессов;

FIX WEB Server (iWeb Server) — Internet-пакет для дистанционного наблюдения в реальном времени за контролируемым технологическим процессом;

FIX Broadcast Network (iWebCast) — Internet-пакет для автоматической пересылки данный на настольный компьютер;

FIX Paradym-31 (iLogic) — программный пакет для управления контроллерами на основе персональных компьютеров.

Кроме перечисленных в семействе FIX имеется пакет:

^ FIX PlantTV — универсальное средство просмотра данных, осуществляющее доступ к поступающей в реальном масштабе времени информации от разнообразных источников: архивных файлов, DDE-серверов, записанного и прямого видеоизображения, от реляционных баз данных и т. д.

А в семействе iFIX:

iHistorian — исторический архив предприятия;

infoAgent — web-клиент, предназначенный для представления и анализа данных iHistorian;

iClientTS — ПО для поддержки многосеансовой и многопользовательской терминальной работы с iFIX на платформе Windows 2000/XP. Работа клиента в терминальном режиме осуществляется через web-броузер и практически ничем не отличается от работы обычного клиента, при этом не требуется установки дополнительного ПО на клиентский компьютер;

VisiconX — объект ActiveX для доступа к реляционным БД по протоколу OLEDB (начиная с версии 2.5 включен в состав iFIX;

iDownTime — программное обеспечение для выявления и минимизации простоев оборудования;

iVisualize — средство создания человеко-машинного интерфейса на платформе Windows СЕ.

Главное отличие между этими родственными семействами заключается в том, что FIX состоит из отдельный 32-разрядных приложений, обменивающихся между собой по внутренним интерфейсам, а iFIX построен на современной компонентно-объектной архитектуре. В iFIX реализован улучшенный интерфейс среды разработки, поддерживается объектная модель графических форм и многое другое, благодаря чему значительно повышены возможности контроля и отображения процессов.

Узлы разных семейств могут совместно использоваться в сети.

Пакет FIX состоит из двух типов узлов — узлов-серверов и узлов чистых клиентов. Серверы FIX (называющиеся SCADA или HMI) поддерживают связь с контроллерами и ведут базу данных реального времени. Клиенты (называются View Client) отображают экранные формы и реализуют диалог АРМ.

Серверы и клиенты могут иметь модификацию Development (Разработка) или Runtime (Исполнение). Модификация Development позволяет разрабатывать проект, в том числе в «горячем» режиме (без отключения SCADA-системы), и исполнять его. Модификация Runtime поддерживает только среду исполнения.

SCADA-пакет iFIX состоит их следующих типов узлов: «слепых» серверов, т. е. серверов без функций АРМ (без поддержки экранных форм), серверов (SCADA-серверы), клиентов (i-Client) и узлов HMI Pak, соединяющих функции серверов и клиентов. SCADA-серверы iFIX имеют модификацию только Runtime, а узлы i-Client и HMI Pak могут быть типа Development или Runtime.

Особенность архитектуры пакетов FIX и iFIX состоит в том, что база данных реального времени является истинно распределенной. В отличие от псевдораспределенной базы данных, когда клиент фактически связывается с сосредоточенной локальной базой данных, копируемой с удаленных серверов на машину клиента, в архитектуре FIX узлы-клиенты не ведут локальных копий баз данных. Они получают только сообщения, тревоги и отображаемую в экранных формах информацию в соответствии со своей конфигурацией. Такая архитектура не накладывает ограничений на соединение серверов и клиентов, снижает нагрузку на сеть, облегчает масштабирование системы и повышает ее надежность.

Разработка проекта включает следующие основные этапы: настройка драйверов на обмен данными с контроллерами, построение базы данных, создание экранных форм, разработка стратегий генерации тревог и ограничения доступа. Практически все эти этапы можно реализовать без программирования, а лишь путем конфигурирования приложений. Только для нестандартных функций в экранных формах и для организации обработки событий может потребоваться написание сравнительно несложных скриптов.

Проекты в FIX и iFIX отличаются друг от друга. Пакет iFIX в отличие FIX имеет новые возможности визуализации на узле-клиенте:

новый дизайн среды разработки Intellution WorkSpace с деревом проекта, иерархией экранных объектов, настраиваемыми панелями инструментов и другими возможностями;

каждый элемент экранной формы iFIX — это объект со свойствами, методами и событиями, к которым есть доступ как на этапе конфигурирования, так и на этапе выполнения;

WorkSpace является ActiveX-контейнером, причем с безопасным внедрением (это означает, что сбой внедренного ActiveX-элемента не приведет к останову системы в целом);

WorkSpace может являться ОРС-клиентом и получать информацию не только от своей базы данных, но и от любого ОРС-сервера;

одно из важнейших отличий состоит в том, что язык скриптов в экранных формах iFIX — это стандартный язык Visual Basic for Applicftions (VBA). С помощью VBA можно реализовать любые анимационные эффекты.

Кроме того, в iFIX есть новая подсистема Sheduler (Планировщик), который по времени или по событиям может запускать программы на VBA.

Для разработчика проект на iFIX по сравнению с проектом на FIX означает большую «прозрачность» экранных форм, благодаря применению дерева проектов и стандартному языку VBA; большую гибкость и мощность анимации и др.

Для регистрации событий в SCADA-пакетах Intellution применяются два вида понятий — тревоги и сообщения. Сообщения (message) содержат некритическую информацию, которая не требует вмешательства операторов. Тревога (alarm) — это сообщение о потенциально опасных изменениях в процессе, которое требует реакции оператора. Наиболее универсальным средством отображения тревог на экране оператора является специальный объект — «Сводка тревог». Он позволяет просматривать и квитировать тревоги, отображать их приоритет цветом и др.

Тревоги и сообщения рассылаются адресатам тревог, к которым относятся, например, принтеры, файлы, объекты сводки тревог и др. В iFIX по сравнению с FIX есть дополнительный адресат тревог — реляционная база данных, куда тревоги передаются посредством ODBC-драйвера.

Система тревог имеет следующие характеристики. К стандартным тревогам аналоговых блоков относятся 6 типов тревог: тревоги верхняя и нижняя предупредительные, верхняя и нижняя критические, по скорости изменения и по отклонению от заданного значения. Дискретные блоки могут быть настроены на подачу тревог в случае изменения значения (с 0 на 1 и/или наоборот). Кроме того, при потере связи с объектом возникает соответствующая тревога.

Пакет iFIX, безусловно, является наиболее современным продуктом Intellution, в котором претворились в жизнь последние разработки и на котором сосредоточены основные усилия.

С другой стороны, для iFIX требуется достаточно мощный компьютер. Последняя версия iFIX 2.1 предполагает Pentium 300 с оперативной памятью 96 Мб.

Заключение

В данной работе была рассмотрена разработка телекоммуникационной системы АСУТП системы передачи видеосигнала по симметричной линнии связи. Как любая автоматизированная система ТКС система требуется в постоянной модернизации управления технологическим процессом. Наличие подобных систем позволяет с высокой точностью задавать различные параметры и поддерживать их в заданных интервалах. В последние вопрос безопасности авиаперевозок занимает лидирующие место. И это не удивительно. Высокая вероятность ошибок и сложность алгоритмизации процесса требует колоссального труда. Автоматизация технологических процессов — это, прежде всего, экономия денежных средств за счет оптимизации расхода сырья и энергоресурсов. Высокая производительность, минимизация брака, увеличение КПД производства, улучшение качества продукции, вот ряд преимуществ АСУ ТП.

1. http://rudocs.exdat.com/docs/index-43 660.html.

2. http://www.aquaauto.orc.ru/program.html.

3. http://www.prjexpforguildofwow.ru/patterns/pattern_tech_task.php.

4. http://www.insapovkjustic.ru/gost₃₄−602−89.html.

5.http://www.rugostpvpornoob.com/index.php?option=com_content&task=view&id=96&Itemid=53.