XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

С ростом количества датчиков, увеличением площади территории, на которой расположена автоматизированная система и усложнением алгоритмов управления, становится более эффективным решением — применение Распределенных Систем Управления (РСУ) [1].

РСУ состоят из множества территориально разнесенных контроллеров и модулей ввода-вывода. При таком подходе структура распределенной системы и структура алгоритма ее работы становятся подобны структуре самого объекта автоматизации, а функции сбора, обработки данных, управления и вычисления оказываются распределенными среди множества контроллеров. При этом, каждый контроллер работает со своей группой устройств ввода-вывода и обслуживает определенную часть объекта управления. Тенденция децентрализации управления и приближения контроллеров к объектам управления является общей для всех систем автоматизации. Кроме того, сосредоточенная система является частью или частным случаем распределенной, поэтому появление распределенных систем является следствием естественного развития от частного к общему [1].

Общие понятия распределенных систем управления

РСУ можно определить - как систему, состоящую из множества устройств, разнесенных в пространстве (рис.1), каждое из которых не зависит от остальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи. В предельном случае элементы системы могут находиться на разных континентах земного шара, а связь между ними может выполняться через интернет [2].

Рис.1 – Пример структуры РСУ.

В качестве «множества устройств» могут выступать любые микропроцессорные устройства, например, ПЛК или разнесенные в пространстве модули ввода-вывода одного контроллера. Однако в последнем случае только сбор данных можно рассматривать как распределенный, в то время как функция управления является сосредоточенной в одном контроллере [1].

Первые инструментальные средства для создания DCS были представлены на рынок в 1975 году компаниями Honeywell (система TDC 2000) и Yokogawa (система CENTUM). Американский производитель Bristol Babcock в том же году представил свои универсальные контроллеры UCS 3000. Иногда к DCS относят систему Contronic 3 фирмы Schoppe & Faeser [3].

В 1979 году компания Fisher & Porter представила свою систему DCI-4000, а Invensys систему SPECTRUM, а в 1980 году компания Bailey представила систему NETWORK 90, а компания Alfa Laval систему SattLine [3].

Системы управления реляционными базами данных (СУРБД) хранят информацию в таблицах, имеющих отношения, или связанных, друг с другом. Запись и извлечение информации с использованием таких таблиц выполняется более эффективно, чем в случае записи данных в одну большую таблицу. Microsoft SQL Server является реляционной базой данных [4].

Принципы работы распределенных систем управления

РСУ основаны на следующих основных принципах, которые обеспечивают их эффективную работу и надежность.

Децентрализация означает, что управление и контроль системы распределены между несколькими узлами или компонентами. Каждый узел имеет свою собственную логику работы и принимает решения на основе локальной информации. Это позволяет системе быть более гибкой и устойчивой к отказам, так как отказ одного узла не приведет к полной остановке системы [5].

Коммуникация и синхронизация - без которой узлы РСУ не смогут работать, т.к. должны обмениваться информацией и координировать свои действия для достижения общей цели. Для этого используются различные протоколы и алгоритмы коммуникации, такие как протоколы передачи данных и алгоритмы согласования[6].

Распределенное хранение данных – осуществляется между несколькими узлами, что позволяет более эффективно использовать ресурсы системы и повышает надежность, так как отказ одного узла не приведет к потере всех данных. Для обеспечения целостности и доступности данных используются различные алгоритмы репликации и синхронизации данных [7].

Масштабируемость - способность эффективно работать при увеличении числа узлов или объема работы, что достигается путем распределения нагрузки между узлами и использования параллельных алгоритмов и структур данных [8].

Управление отказами – это принцип устойчивости к отказам и способности к восстановлению от сбоев. Для этого используются различные механизмы обнаружения и восстановления отказов, такие как резервирование, репликация данных и механизмы резервного копирования [9].

Все эти принципы взаимодействуют между собой и обеспечивают эффективную работу распределенных систем управления. Они позволяют системе быть гибкой, масштабируемой и надежной, что особенно важно в современных сложных и динамичных средах.

Преимущества и недостатки распределенных систем управления

Преимущества:

1. Масштабируемость – РСУ позволяют легко масштабировать ресурсы и обрабатывать большие объемы данных. Это особенно полезно в случаях, когда требуется обработка большого количества запросов или работа с большими объемами данных.

2. Гибкость: РСУ позволяют гибко настраивать и изменять конфигурацию системы в зависимости от требований. Это позволяет легко адаптироваться к изменяющимся условиям и требованиям.

3. Надежность: РСУ обеспечивают высокую надежность и отказоустойчивость. Если один компонент системы выходит из строя, другие компоненты могут продолжать работу без проблем. Это позволяет обеспечить непрерывность работы системы даже при возникновении сбоев.

4. Распределенность: РСУ позволяют распределять нагрузку и задачи между различными компонентами системы. Это позволяет повысить производительность и эффективность работы системы.

Недостатки:

1. Сложность разработки - РСУ требуют более сложного процесса проектирования и разработки, чем в случае централизованных систем. Это связано с необходимостью учитывать различные аспекты, такие как сетевая связь, синхронизация данных и обработка отказов.

2. Сложность отладки – РСУ требует тщательной отладки из-за сложности взаимодействия между различными компонентами системы. Ошибки и сбои могут быть вызваны различными факторами, такими как задержки в сети или неправильная синхронизация данных.

3. Зависимость от сети: РСУ требуют надежной и быстрой сетевой связи для обмена данными между компонентами системы. Если сеть нестабильна или медленная, это может негативно сказаться на производительности и надежности системы.

4. Сложность обеспечения безопасности: РСУ требуют дополнительных мер безопасности для защиты данных и обеспечения конфиденциальности. Это может быть сложной задачей, особенно при работе с большими объемами данных и множеством компонентов системы.

Несмотря на некоторые недостатки, распределенные системы управления являются мощным инструментом для обработки больших объемов данных и обеспечения высокой производительности и надежности системы.

Заключение

РСУ играют важную роль в системах автоматизации, обеспечивая эффективное управление сложными процессами и обработкой данных. Они позволяют достичь высокой производительности, отказоустойчивости и безопасности системы. РСУ являются важным инструментом для современных промышленных предприятий и организаций, помогая им повысить эффективность и конкурентоспособность.

Список литературы

1. Распределенные системы управления (РСУ) — DCS Сергей Рылов к.т.н., эксперт по автоматизации производства, школа fine start https://finestart.school/media/Distributed_control_systems (дата обращения 29.01.2024)

2. Распределенные системы управления в промышленности доцент, к.т.н. Вячеслав Витальевич Потехин https://synergy-network.ru/wp-content/uploads/2017/12/module-5-lecture-14.pdf

3. Окружнов А.В., Хайбунасов Р.Р., Хасанов И.Р., Андреева М.М. Обзор современного рынка распределенных систем управления в нефтяной и газаовой промышленности https://goo.su/XnNAX (дата обращения 29.01.2024)

4. Основы масштабируемых систем https://lyl.su/Agl (дата обращения 29.01.2024)

5. Расскажите о преимуществе распределенной системы управления https://studfile.net/preview/7303786/page:19/ (дата обращения 29.01.2024)

6. Что такое распределенная система? https://clck.ru/38RWCr (дата обращения 29.01.2024)

7. Распределенные системы управления: основные принципы и преимуществаhttps://clck.ru/38RVQs (дата обращения 29.01.2024)

8. Дудин, М.Н. Исследование систем управления (третье поколение-бакалавриат): Учебное пособие / М.Н. Дудин. - М.: Элит, 2014. - 276 c.

9.Бабичев,С. Л.  Распределенные системы: учебное пособие для вузов / С. Л. Бабичев, К. А. Коньков. -Москва: Издательство Юрайт, 2023. - 507 с.

Код для цитирования: Скопировать