Распределенные системы управления реферат
Обновлено: 05.07.2024
Введение
Особенности распределенного управления и распределенных систем
Следует отметить довольно большое количество работ в области распределенных систем, меньше в области распределенных технологий и совсем мало в области распределенного управления. Различают распределенные информационные системы [5], распределенные информационно аналитические системы [6], распределенные интеллектуальные системы [7], распределенные системы поддержки принятия решений [8], распределенные базы данных (распределенные информационные системы хранения информации) [9], асинхронные распределенные системы [10].
Как показывает анализ, распределенные информационные системы на самом деле в большинстве случаем являются сетевыми коммуникационными системами, основная функция которых не управление, а сетевой обмен.
Основная особенность распределенных технологий и систем – гетерогенность [5]. Гетерогенность требует обеспечение унифицированного доступа к семантически разнородным данным, хранящимся в различных технологически разнородных базах данных и информационных серверах. Унификация требует интеграции информационных ресурсов. Интеграция информационных ресурсов должна обеспечиваться не только на техническом уровне, но и на уровне их семантики. Другими словами должно обеспечиваться полное информационное соответствие [11] в системе. Информационное соответствие имеет различные виды. Важным для распределенного управления является структурное и семантическое информационное соответствие.
Информационное соответствие в распределенных системах и технологиях должно обеспечиваться не только на техническом уровне, но и на уровне их семантики. Информационное соответствие дает возможность сделать распределенные данные доступными для распределенной обработки и обеспечить возможность их корректной интерпретации. При этом существуют две проблемы, связанные с гетерогенностью систем и технологий — это структурная неоднородность и семантическая неоднородность [12].
Структурная неоднородность имеет место, когда разные узлы информационной системы используют различные структурные информационные единицы для хранения или организации данных. В этом случае констатируют структурное несоответствие как частный вид информационного несоответствия.
Семантическая неоднородность означает информационное несоответствие или нарушение информационного соответствия на уровне смыслового значения семантической информационной единицы [13]. В этом случае констатируют семантическое несоответствие как частный вид информационного несоответствия или нарушения семантического информационного соответствия.
Принципы распределенного управления
Распределенное управление основано на применении гетерогенных систем. Распределенное управление включает структурные, технологические и модельные компоненты (рис.1). Структура развивается от иерархической (наиболее простой) к сетевой — наиболее сложной.
Рис.1. Компоненты распределенного управления.
Современно распределенное управление включает цифровые, информационные и когнитивные технологии. В соответствии с технологиями используют модели управления. Субсидиарное распределенное управление [14, 15] является наиболее развитым видом распределенного управления.
Распределенное иерархическое управление
Распределенное иерархическое управление отличается от иерархического включением дополнительных центров управления. Эта схема приведена на рис.2.
Рис.2. Схема формирования распределенного управления.
Ядром системы является главный центр управления (ГЦУ). Между объектами управления (ОУ) и главным центром управления находятся распределенные центры управления (РЦУ), которые снижают информационную нагрузку на главный центр управления и повышают оперативность управления и действий. Например, директору завода нет необходимости знать, как токарь вытачивает деталь. За работником операционного уровня следит мастер и начальник цеха.
Одноконтурное субсидиарное управление
Такое управление является модификацией иерархического при котором контур управления замыкается в кольцо. Субсидиарность заключается в делегировании части функций управления из главного центра на периферию в РЦУ. То есть схема на рис.2 является иерархической распределенной схемой с элементами субсидиарности [15]. Развитие сетевых технологий позволило модифицировать такое распределенное управление и перейти к сетецентрическому субсидиарному управлению. Оно показано на рис.3
Рис.3. Схема одноконтурного сетецентрического распределенного управления.
Схема на рис.3 является повторением схемы рис.2 с введение контура управления по распределенным центрам управления.
В иерархической схеме управления [16] существуют нисходящие потоки и восходящие потоки. Свойством иерархического управления является рост масштаба элементов иерархической системы с ростом числа уровней. Это ведет к общему росту интенсивности информационных потоков. Поэтому при большом числе уровней, значительно возрастает общее время на прохождение директивных (нисходящих) и отчетных (восходящих) потоков.
Матричная схема управления
Рост времени на прохождение нисходящих и восходящих потоков, затрудняет применения иерархического управления в сложных ситуациях. Этот недостаток устраняет матричная система управления [16]. На рис.4 дана матричная схема управления.
Рис.4. Структура матричного управления
Матричное управлении содержит уровни иерархии и поэтому является не чистой матрицей, а модификацией иерархического управления. Матрица управления имеет размерность m x n , где n – число уровней , m — максимальное число элементом на нижнем уровне. Новым в матричном управлении в сравнении с иерархическим управлением является введение регулирующих горизонтальных потоков G, связывающих элементы одного уровня матрицы Регулирующие потоки снижают информационную нагрузку на высшие органы управления.
Сетецентрическое управление
Основой распределенного управления является сетецентрическое управление, приведенное на рис.5. Рис.5 можно рассматривать как модификацию матричного управления в котором уровни матрицы замкнуты в концентрические окружности.
Рис.5. Структура субсидиарного распределенного управления.
Уровней управления может быть много от 1 до n. По концентрическим уровням функционируют гармонизирующие или регулирующие потоки от ГП1 до ГПn. Система управления на рис.5 является гетерогенной. Гетерогенность проявляется в различие полномочий, в различии содержания управления и технических различиях. Кроме того объекты управления также могут различаться. Все это накладывает дополнительные требования к согласованию управленческих и отчетных потоков. Все уровни от 1 до n-1 являются управляющими. Уровень n является операционным.
Существенное отличие данной схемы от иерархической и матричной схемы проявляется в наличие на нижнем операционном уровне управления дополнительных связей между объектами управления. Элементы нижнего уровня также связаны, как и элементы верхних уровней. Это позволяет осуществлять передачу ресурсов на случае такой необходимости от объекта, у которого имеются избыточные ресурсы к объекту, у которого не хватает ресурсов. Таким образом, гетерогенность операционного уровня проявляется в распределенном управлении ресурсами. Гетерогенность верхних уровней управления проявляется в применении гармонизирующих информационных потоков, которые в разной степени воздействуют на нисходящие или восходящие информационные потоки. Этим существенно разгружается информационная логистика [17] и существенно повышается оперативность управления.
Такие простые, на первый взгляд, схемы управления существенно усложняют функционирование таких систем [18]. Адаптивное распределенное управление требует выполнения условия структурного изменения и возможности структурной перестройки [19]. Этим распределенное управление существенно отличается от эксплуатации сетевых систем, в которых структура сети неизменна и изменяются только потоки, их направление и их интенсивность. Распределенное управление по этой причине требует использования в качестве вспомогательной технологии относительно новую технологию – структурный менеджмент [20].
Распределенное управление существенно увеличивает число объектов управления в сравнении с матричной схемой и тем более в сравнении с иерархической схемой. Это обусловлено сокращением времени принятия решений [15] и введением адаптивной декомпозиции управленческих задач вместо фиксированной декомпозиции. Фиксированная декомпозиция характеризуется заданием структуры управления (рис.2) и заданием числа и структуры задач. Однако с течением времени при росте сложности задач такие структуры могут оказаться не эффективными.
Например, если одна большая задача разделена на множество независимых подзадач, то может оказаться, что их количество больше, чем число доступных управляющих узлов и это снижает эффективность управления. Противоположная информационная ситуация возникает при декомпозиции задачи на подзадачи которых меньше, чем число управляющих узлов. В этом случае эффективность распределенной системы также падает. Из этого вытекает необходимость согласования разбиения задач и физических узлов в аспекте информационного соответствия [11] по структуре и по интенсивности информационных потоков [18, 19].
В тоже время распределенное управление существенно увеличивает количество объектов управления и на порядки снижает требования к количеству ресурсов. Идеологически распределенные системы управления тесно связаны с сетевыми. Однако сетевые ориентированы на коммуникацию а распределенные системы управления на упраление.
В аспекте взаимодействия с пользователем близкими к распределенным системам управления являются распределенные базы данных (РБД) [9]. Они имеют сходство в аспекте структуры и информационного взаимодействия. Физически РБД [21] представляет собой набор узлов, связанных между собою коммуникационной сетью, в которой каждый узел обладает своими собственными независимыми от других узлов ресурсами и своими локальными пользователями. Любой из узлов способен независимо обрабатывать запросы, однако для такой системы характерна однородность или тенденция к однородности.
Технологически РБД можно рассматривать как способ совместной работы отдельных локальных узлов (БД), расположенных в сети. Акцент информационного взаимодействия в такой распределенной системе направлен из периферии в центр. Узлы в такой информационной системе стараются сделать однородными по программному обеспечению и по форматам данных.
Распределенная система управления может быть рассмотрена также как способ совместной работы отдельных локальных узлов, расположенных в сети. Акцент информационного взаимодействия в такой распределенной системе направлен из центра на периферию. Узлы в такой системе стараются сделать не однородными по правам принятия решений, по задачам и по функциям обработки информации.
Заключение
Распределенное управление основано на принципе субсидиарности [15], в противном случае оно становится не эффективным. Распределенное управление требует введения нескольких новых понятий и соответственно требований к системе управления. Необходимо применять и реализовывать три вида информационного соответствия: по структуре, по интенсивности по семантике. Необходимо проектировать и использовать гармонизирующие информационные потоки. Необходимо использовать сетецентрические [22] структуры управления. Отличительными особенностями распределенного управления является регулируемый параллелизм информационных потоков. В тоже время распределенные информационные системы в отличие от конвейеров или матричных систем параллельных вычислений [23] могут быть реализованы как асинхронные распределенные системы. Такие системы не накладывают никаких временных ограничений, и, благодаря этому, идеально подходят для работы в сети и решения неоднородных гетерогенных задач. Для пользователя распределенные системы управления создают много удобств, но их техническая реализация намного сложнее, чем обычных систем управления.
Библиографический список
Параметры выхода
Open Access Journal
Язык журнала: русский, английский
Территория распространения — РФ, зарубежные страны
Возрастная категория сайта: 6+
В реферате рассмотрены основные понятия и положения распределённых систем управления, их система и структура. Наша страна в силу географического положения и размеров вынуждена применять распределенные системы управления (РСУ). Они легко расширяются, основаны на открытых стандартах и протоколах, обеспечивают интеграцию своих ресурсов с другими РСУ, предоставляют пользователям простые интерфейсы. В данной работе рассмотрены основные понятия РСУ, её виды, назначения, структура и состав. Так же приведены примеры современных РСУ, включая датчики и контроллеры , которые используются как составные части. РСУ предоставляют возможность работать с технической частью предприятия на расстоянии, что открывает огромные возможности для клиента-серверной архитектуры. Так же в понятие распределенная система входит клиент-серверная архитектура широко используемая в настоящее время.
Введение
С ростом количества датчиков, увеличением площади территории, на которой расположена автоматизированная система, становится более эффективным решением — применение Распределенных Систем Управления (РСУ). Онализируя современный рынок РСУ можно выделить несколько корпараций как использующие распределённые системы управления, так и разрабатывающие её состовляющие.
ABB (Asea Brown Boveri) — швейцарская корпорация, специализирующаяся в области электротехники и энергетического машиностроения. На предприятиях используются компьютеры и информационные базы на основе Microsoft, для создания и поддержки серверов с информацией. Для управления процессами используется технология OLE которая является отраслевым стандартом связи. Создала новую систему 800xA для максимальной функциональности с помощью полевой шины. Сейчас техника полевой шины использовалась для интеграции приложений мониторинга машин, приводов, качества и состояния в одну РСУ с системой Valmet DNA. [1]
Анализируя всё вышесказанно можно сделать выводы что РСУ уже зарекомендовали себя по всему миру как надёжная система использующаяся во многих отросляж производства. Задача моей работы состоит в том, чтобы более подробно расскрыть тему РСУ, её структуру, общие понятия, требования , задачи и т. д.
Общее понятие распределённых систем управления.
РСУ - система, состоящая из множества устройств, распределённых в пространстве, каждое из которых не зависит от остальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи. Система управления технологическим процессом, отличающаяся построением распределённой системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных. Элементы системы могут находиться на довольно большом расстоянии, а связь между ними может выполняться через интернет.[2]
Одни из первых инструментальных средств, для создания РСУ были представлены на рынок в 1975 году компаниями Honeywell и Yokogawa.
Обычно распределенная система управления включает большое количество связок менеджер - агент, которые дополняются рабочими станциями операторов сети, с помощью которых они получают доступ к менеджерам.
Каждый агент собирает данные и управляет определенным элементом сети. Менеджеры, собирают данные от своих агентов, обобщают их и хранят в базе данных. [3]
Рисунок 1 – Распределённая система управления
Наличие нескольких менеджеров позволяет распределить между ними нагрузку по обработке данных управления, обеспечивая масштабируемость системы (рис. 1).
Как правило, связи между агентами и менеджерами носят более упорядоченный характер, чем тот, который показан на картинке выше. Чаще всего используются два подхода к их соединению - одноранговый и иерархический. В случае одноранговых связей (рис.2) каждый менеджер управляет своей частью сети на основе информации, получаемой от нижележащих агентов. [4]
Рисунок 2 –Одноранговые РСУ
Одноранговое построение системы управления (рис.2) сегодня считается неэффективным и устаревшим.
Рисунок 3 –Иерархическое РСУ
Гораздо более гибким является иерархическое построение связей между менеджерами (рис.3). Каждый менеджер нижнего уровня выполняет также функции агента для менеджера верхнего уровня.
Отличия РСУ от ССУ
Во многих случаях термин "распределенная" является антонимом к термину "сосредоточенная". Так как: Сосредоточенные системы управления (ССУ), состоят из отдельных элементов, занимающих относительно небольшой объем пространства и реализующих некоторую функцию преобразования. В свою очередь распределённые системы управления (РСУ), состоят из элементов, связывающих некоторые сосредоточенные элементы между собой. Их основная задача не преобразование, а передача чего-либо в системе от одного элемента к другому.
Требования ксовременным РСУ.
· Масштабируемость (единая конфигурационная база данных).
· Простота разработки и конфигурирования.
· Поддержка территориально распределённой архитектуры.
· Развитый человеко-машинный интерфейс.
После выполнения и проверки всех вышесказанных требований, РСУ обязана выполнять её основные задачи:
· Соединение пользователей с ресурсами.
Как правило, существует три типа распределенных вычислительных систем соследующими целями:
· Распределенные информационные системы
· Распределенные всеобъемлющие системы
· А также распределенные вычислительные системы
Анализ сложных РСУ позволяет выделить в них несколько уровней иерархии.
Нижний уровень. Включает в себя датчики и исполнительные устройства
Второй уровень. Состоит из программируемых логических контроллеров с модулями ввода-вывода, которые обмениваются информацией по промышленной сети.
Сферы применения РСУ
· Пищевая промышленность: молочная, сахарная, пивная и т.д.
Заключение.
В данной статье была широко раскрыта тема распределённых систем управления, их: общее понятие системы, структура, отличие от ССУ, современные требования, основные задачи, типы РСУ, уровни иерархии, тема децентрализации и распределённости, сферы применения, контролеры использующиеся на современныx распределённых системах управления, современный рынок РСУ с примерами компаний, как производителей, так и потребителей.
На основе проведенного анализа показано, что РСУ является передовой системой управления для современных предприятий и имеет широкие возможности для модернизации, включая не только совершенствование оборудования, датчиков и контроллеров, но и саму структуру, разрабатывая новую архитектуру распределенных систем управления с централизацией на основе SCADA - систем.
Устройства определенного ввода и вывода информации. Распределённая система управления на предприятии. Конфигурирование двунаправленной коммуникации между шиной мастера и полевыми устройствами. Система автоматизации датчиков измерительных приборов.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.12.2013 |
| Размер файла | 2,2 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Подобные документы
Обработка информации компьютерами. Средства преобразования информации в цифровую форму и обратно. Основные устройства компьютера: системный блок, жесткий диск, материнская плата. Устройства ввода и вывода информации: клавиатура и манипулятор мышь.
курсовая работа [18,4 K], добавлен 25.11.2010
Анализ структуры и управления предприятием. Функции, виды деятельности, организационная и информационная модели предприятия, оценка уровня автоматизации. Перспективы развития автоматизированных систем обработки информации и управления на предприятии.
отчет по практике [243,3 K], добавлен 10.09.2012
Классификация периферийных устройств ввода и вывода данных для обмена информацией между компьютером и внешним миром. Системы распознавания магнитных знаков, символов. Принцип работы мониторов и принтеров. Вид манипуляторов для управления курсором.
реферат [272,7 K], добавлен 01.04.2014
Принципы Дж. фон Неймана: однородности памяти, адресности, программного управления, двоичного кодирования. Назначение периферийного оборудования. Устройства ввода, вывода, обмена, хранения информации. Способы их функционирования. Сравнение шин ISA и EISA.
курсовая работа [26,7 K], добавлен 07.11.2014
Разнообразие выпускаемых устройств ввода. Основные устройствами ввода информации в компьютер: клавиатуры, мыши, трекболы, графические планшеты, сканеры и джойстики. Основные параметры клавиатур. Подключение мыши к компьютеру. Оптическая система сканера.
курсовая работа [4,5 M], добавлен 17.03.2011
Основные составляющие системного блока. Назначение материнской платы. Базовая система ввода-вывода – Bios. Понятие периферийного устройства. Запоминающие устройства и их виды. Открытая архитектура в устройстве ПК. Устройства для ввода и вывода данных.
реферат [478,5 K], добавлен 18.12.2009
Периферийные устройства ввода-вывода информации, перспективы их развития. Мышь, джойстик, тачпад, клавиатура, web-камеры, сканер, мониторы и принтеры. Устройства бесконтактного ввода. Сенсорный экран, "интеллектуальная" среда. Стереодисплеи и 3D принтеры.
Распределенные системы управления (РСУ) — DCS
к.т.н., эксперт по автоматизации производства,
Школа Fine Start
В данной статье рассмотрим такое эффективное решение, как
распределенная система управления
(РСУ) — DCS.
Подробно изучим: понятие, сферы применения, задачи и преимущества РСУ.
Итак, начнём!
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).
Распределенные системы 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.
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.
Распределённая система управления (РСУ) (Distributed Control System, DCS) —
система управления технологическим процессом, отличающаяся построением распределённой системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных.
РСУ (Рис.1) можно определить — как систему, состоящую из множества устройств, разнесенных в пространстве, 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.
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.
В 1979 году компания Fisher & Porter представила свою систему DCI-4000, а Invensys систему SPECTRUM.
В 1980 году компания Bailey представила систему NETWORK 90, а компания Alfa Laval систему SattLine.
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.
Читайте также: