[ Министерство образования и наук
и Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Неделя Науки СПбГПу
Материалы
научно-практической
конференции
с международным участием
2–7 декабря 2013 года
ИнстИтут ИнформацИонных
технологИй И управленИя Санкт-Петербург•2014 УДК 004+681 ББК 32.81 Н 42 Неделя науки СПбГПУ : материалы научно-практической конференции c международным участием. Институт информационных технологий и управления СПбГПУ. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2014. – 396 с.
В сборнике публикуются материалы докладов студентов, аспирантов, молодых ученых и сотрудников Политехнического университета, вузов Санкт-Петербурга, России и других стран, а также учреждений РАН, представленные на научнопрактическую конференцию, проводимую в рамках ежегодной Недели науки СанктПетербургского государственного политехнического университета. Доклады отражают современный уровень научно-исследовательской работы участников конференции в области информатики, кибернетики, приборостроения, информационных технологий и управления.
Представляет интерес для специалистов в различных областях знаний, учащихся и работников системы высшего образования и Российской академии наук.
Редакционная коллегия Института информационных технологий и управления СПбГПУ:
М. В. Окрепилов (директор института), С. А. Фёдоров (отв. ред.), И. Г. Черноруцкий, С. М. Устинов, А. Е. Васильев, В. М. Ицыксон, А. Н. Фирсов, Н. В. Сорокина, Н. В. Ростов, М. А. Будылина, С. В. Лавров, Д. А. Тыжненко, Е. Н. Селиванова, Т. В. Леонтьева, К. К. Семенов, Н. М. Вербова, П. В. Трифонов, Е. Б. Маховенко, А. В. Мандрик, М. В. Дюльдин, И. В. Борщ (ред. англ. языка) Конференция проведена при финансовой поддержке Комитета по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.
© Санкт-Петербургский государственный ISBN 978-5-7422-4355-7 политехнический университет,
СЕКЦИЯ «КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ПРОГРАММНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Подсекция «Автоматика и управление»УДК 004.383.8, 004.384, 004. Д. Ф. Кабесас Тапиа, Я. Д. Садин, А. Е. Васильев (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)
ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО
МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ АРХИТЕКТУРОЙ
Авторами получены новые научные и практические результаты в области разработки новых архитектур встраиваемых вычислительных систем, обеспечивающих эффективную реализацию алгоритмов управления.Функционально-ориентированные контроллеры (ФОК) представляют собой специализированные вычислители, содержащие архитектурные, алгоритмические, схемотехнические и иные решения, направленные на эффективное (в смысле минимизации трудозатрат разработчика целевой системы, времени выполнения алгоритма, затрат памяти и др.) решение относительно узкого (специального) класса задач управления [1].
Типичными областями применения ФОК являются бортовые системы управления, автономные системы связи, распределенные системы сбора данных, персональные коммуникаторы и др.
Несмотря на многообразие ФОК, имеющихся на рынке изделий микроэлектроники, в ряде случаев потребитель заинтересован в создании уникального ФОК для решения узкоспециальных задач. В связи с этим целесообразным является предоставление разработчику целевой встраиваемой системы средств создания (либо конфигурирования) ФОК с определяемыми потребностями разработчика возможностями [2].
Тем самым преодолевается противоречие между существующим представлением о микроконтроллерах (о ФОК в том числе) как о вычислительных системах, чья функциональная гибкость обеспечивается исключительно путем изменения программной составляющей при неизменной архитектуре аппаратных средств, и потребностью изменять эту архитектуру в зависимости от решаемой задачи. В распоряжение разработчика должен быть предоставлен инструмент, позволяющий вначале создать наиболее соответствующую задаче архитектуру аппаратной платформы ФОК, и далее разработать для этой платформы необходимое программное обеспечение.
Основная идея построения инструментального комплекса базируется на использовании расширяемых параметризируемых библиотек описания ядра и периферийных устройств ФОК для программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). С применением средств САПР для ПЛИС разработчик, исходя из требований к архитектуре создаваемого ФОК, выбирает существующие модули, хранящиеся в библиотеке готовых решений, создает недостающие модули (при необходимости пополняя ими эту библиотеку) и объединяет существующие и вновь созданные модули для получения описания нового ФОК. После отладки, трансляции этого описания в машинную форму и его занесения в память ПЛИС, последняя начинает выполнять функции аппаратного обеспечения разрабатываемого ФОК.
В качестве примера средств САПР для ФОК, построенных с применением указанных подходов, приведем комплекс FOХ-51, разработанный в лаборатории встраиваемых интеллектуальных систем управления (ВИСУ) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (рис. 1).
Рис. 1. Комплекс FOX-51 лаборатории ВИСУ С применением комплекса возможна разработка ФОК с определяемой пользователем архитектурой. Так, например, экспериментальный ФОК, показанный на рис. 2, содержит два последовательных порта UART, таймер-счетчик и контроллер шины SPI, обслуживающий внешние АЦП и ЦАП. ФОК обеспечивает загрузку пользовательской целевой программы и данных для нее через UART0 и выполняет генерацию гармонического сигнала с амплитудой, определяемой уровнем аналогового сигнала, и с частотой, задаваемой посредством UART1.
Особый интерес представляет разработка ФОК со встроенными специализированными вычислителями (сопроцессорами) [3].
Так, важной практической задачей является разработка ФОК со встроенным сопроцессором нечетких вычислений [4] со структурой, показанной на рис. 3.
Авторами ведутся разработки реконфигурируемого ФОК с параметризируемым нечетким сопроцессором. Его применение во встраиваемых системах адаптивного управления позволит улучшить стоимостные и надежностные показатели устройств управления, снизить трудоемкость их разработки и повысить качество управления [5].
Рис. 2. Пример структуры реконфигурируемого ФОК и результатов его работы 1. Контроллер // Большая Российская Энциклопедия. – М.: Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 2010. Т. 15.– С. 152 – 2. А. И. Водяхо, В. Б. Смолов, В. У. Плюснин и др. Функционально-ориентированные процессоры. – Л.: ЛО Машиностроение, 1988.– 224 с.
3. А. Е. Васильев. Автоматизированные информационно-управляющие системы. Встраиваемые интеллектуальные системы нечеткого управления. – СПб.: Издательство Политехнического университета, 2013.– 106 с.
4. М. Т. Джонс. Программирование искусственного интеллекта в приложениях: [перевод с английского]. – М.: ДМК Пресс, 2006.– 312 с.
5. С. Рассел, П. Норман. Искусственный интеллект. Современный подход: [перевод с английского]. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2006.– 1408 с.
УДК 004.71, 004. (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)
РАЗРАБОТКА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КЛАССА HOME
AUTOMATION НА ПЛАТФОРМЕ Z-WAVE
В работе исследованы возможности технологии Z-Wave для проектирования распределенных систем управления (СУ), реализован ряд прототипов устройств класса Home Automation.Повсеместное распространение информационных и коммуникационных технологий делает возможным использование сложных телемеханических систем не только в высокотехнологичных отраслях, но и для относительно простых и недорогих задач. Распределенные СУ, в частности, применяются для автоматизации работы инженерных систем в здании (отопление, вентиляция, кондиционирование, освещение, электропитание, охрана, механизация). Традиционно инженерные системы здания существовали как совокупность автономных систем, не взаимодействующих между собой и требующих индивидуального обслуживания. Комплексная автоматизация таких систем позволяет организовать рациональный контроль и управление ресурсами, учитывая взаимосвязь различных подсистем, и разработать наиболее эффективные режимы эксплуатации оборудования. В то же время, комплексная автоматизация может повлечь увеличение количества потенциальных точек отказа и повышение уровня требований к квалификации пользователя, связанные с усложнением конструкции. Отметим также, что обеспечение взаимодействия инженерных систем, созданных разными производителями, зачастую представляет собой нетривиальную задачу и влечет повышение стоимости внедрения.
Высокая потребность в автоматизации инженерных систем зданий и отсутствие универсального решения для интеграции таких систем стимулируют появление на рынке новых продуктов, предназначенных для домашней автоматизации (англ. Home Automation) и ориентированных на использование в квартирах, коттеджах, небольших офисах и т. п.
Системы класса Home Automation, как и другие распределенные СУ, всё шире используют беспроводные технологии коммуникации. К достоинствам беспроводного обмена данными относятся: возможность связи между мобильными абонентами, возможность обеспечения связи в труднодоступных местах, снижение накладных расходов на эксплуатацию системы за счет отсутствия необходимости обслуживания кабельного хозяйства сети. С учетом специфики решаемых системами Home Automation задач нивелируются типичные ограничения беспроводной коммуникации. Так, высокая пропускная способность не является обязательным требованием в системах домашней автоматизации, т. к. трафик составляют только небольшие управляющие команды, отчеты о состоянии объектов и т. д. Ограничения на количество узлов сети и расстояния между ними также не критичны при автоматизации помещений площадью до 1000 м2.
Среди более чем двадцати технологий, предназначенных для разработки систем беспроводной автоматизации помещений, можно выделить несколько наиболее распространенных:
OneNet, ZigBee, Z-Wave, KNX RF, 6LoWPAN, DASH7, EnOcean, Insteon. Перечисленные технологии различаются по физическим характеристикам канала связи (частота, скорость и дальность передачи данных) и особенностям протокола, в числе которых топология и размер сети, возможность шифрования данных и др. Рассмотрим подробнее особенности технологии Z-Wave, одного из наиболее распространённых протоколов радиопередачи данных, предназначенного для домашней автоматизации:
– рабочий диапазон частот (до 1 ГГц) менее загружен, чем традиционно используемый для беспроводных устройств (2.4 ГГц), в результате связь более надежна;
– сеть обладает ячеистой топологией, а каждый узел может служить ретранслятором, что позволяет более гибко прокладывать маршрут в сети;
– низкое энергопотребление устройств Z-Wave (в режиме сна менее 1 мкА, а при передаче – от 17 до 22 мА) и поддержка различных режимов энергосбережения позволяют реализовать автономные устройства с батарейным питанием [3];
– жесткая стандартизация всех уровней обмена: от физического до уровня приложений.
Нижние уровни поставляются в скомпилированном виде и недоступны для разработчика, что обеспечивает совместимость устройств от разных производителей.
Поскольку протокол на нижнем уровне является закрытым, разработка Z-Wave устройств возможна только на оригинальной аппаратной платформе. Кристаллы Z-Wave базируются на совместимом с архитектурой 8051 ядре и содержат интегрированный приемопередатчик и набор типовых периферийных модулей [3]. Поскольку разработчик не имеет возможности самостоятельно выбирать аппаратную платформу, а нижние уровни протокола недоступны для изменения, в процессе разработки может использоваться ограниченное количество средств САПР; обязательно соблюдение правил построения архитектуры приложения и использование функций из программных библиотек Z-Wave [2].
Каждая сеть Z-Wave может содержать до 232 узлов, каждый из которых имеет уникальный идентификатор сети HomeID и идентификатор узла NodeID. Существует два основных типа узлов сети Z-Wave: Контроллеры (Controller) и Ведомые (Slave) [1]. Узлы типа Контроллер могут поддерживать весьма широкий набор функций, в числе которых включение и исключение из сети других устройств, генерация и хранение маршрутов и т. п. Ведомые узлы способны только отвечать на пришедшие запросы и принимать команды, такие устройства используются в качестве датчиков или исполнительных устройств. Технология предусматривает и другие специализированные типы Ведомых узлов [4].
Авторами реализовано несколько СУ на основе технологии Z-Wave (рис. 1, 2). Каждая система представляет собой беспроводную сеть, узлами которой являются модули на базе микроконтроллеров ZW0201, функциональные возможности которых определяются разработанным программным обеспечением.
В первом варианте беспроводная сеть состоит из узла типа Контроллер и простейшего Ведомого. Ведомый узел опрашивает геркон – датчик открытия/закрытия двери – и по запросу от Контроллера отправляет отчет о состоянии двери. Контроллер, в свою очередь, обрабатывает данные и передает соответствующую информацию по последовательному интерфейсу на внешний модуль, подключенный к сети Интернет. Описанная система была внедрена в распределенную СУ, где по изменению состояния двери на территориально удаленном объекте включается и выключается видеорегистратор.
В другой реализации системы Ведомый узел выполняет функцию управляющего устройства. В соответствии с командами, получаемыми от Контроллера, на ведомом узле формируется ШИМ-сигнал, кодирующий заданный угол поворота сервопривода, подключенного к модулю Z-Wave.
В ходе развития системы для всех Z-Wave модулей была добавлена поддержка интерфейса UART и создана программная надстройка, позволяющая получать сторонними устройствами, оснащенными UART, информацию о роли узла в сети, регистрировать трафик, связанный с узлом, подавать управляющие команды на модуль.
Наконец, третьей реализацией системы стало добавление в сеть дополнительного узла – модуля Z-Stick производства компании Sigma Design на базе микроконтроллера ZW0301. В сети он выполняет роль второго Контроллера и позволяет использовать для управления сетью Z-Wave сервисы от сторонних производителей, предназначенные в том числе для удаленного доступа (Z-Cloud, Fibaro, Vera) [5].
Авторы продолжают развивать описанную систему: на сегодняшний день увеличено количество узлов сети, для них разрабатываются новые программные модули, предназначенные для поддержки различного рода датчиков и управляющих устройств и ориентированные на создание системы полноценного климат-контроля в помещении. Также на микроконтроллерных узлах внедряются более сложные механизмы маршрутизации с применением Z-Wave API и алгоритмы управления и анализа данных с использованием методов нечеткой обработки информации, расширяются функциональные возможности системы, увеличивается надежность и эффективность работы управляющей сети.
1. Sigma Designs, INS10244, Z-Wave Node Type Overview and Network Installation Guide [Электронный ресурс] // Техническая поддержка Z-Wave [Офиц. сайт]. URL: http://z-wavesupport.sigmadesigns.com (дата обращения: 20.10.2013).
2. Sigma Designs, INS11095, Z-Wave ZW0201-ZW0301 Programmers Guide v4_52_01 [Электронный ресурс] // Техническая поддержка технологии Z-Wave [Офиц. сайт]. URL: http://zwavesupport.sigmadesigns.com (дата обращения: 20.10.2013).
3. Sigma Designs, ZW0201 Z-Wave Single Chip [Электронный ресурс] // Российский портал Z-Wave.
URL: http://www.z-wave.ru/ (дата обращения: 5.11.2013).
4. Ptz, Christian. How to develop Z-Wave devices [Электронный ресурс] / перевод С. Г. Полторака.
URL: http://rus.z-wave.me/z-wave-knowledge-base/about-z-wave/z-wave-manufacturing/how-to-develop-zwave-devices/(дата обращения: 15.08.2013).
5. Z-Way Manual. Version 1.07.2011, beta [Электронный ресурс] URL:http://ru.zwave.me/docs/zway_manual_en.pdf (дата обращения: 25.10.2013).
УДК 004. (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДВУХКОЛЕСНОГО РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА
В работе создана математическая модель двухколесного робота-манипулятора (ДРМ), произведено моделирование статических режимов работы ДРМ, определены коэффициенты ПД регулятора, обеспечивающего устойчивую работу ДРМ.Двухколесные роботы-манипуляторы (ДРМ) состоят из платформы — балансирующего двухколесного робота и закрепленного на этой платформе манипулятора, чаще всего состоящего из двух или трех звеньев. На рисунке 1 приведен вариант реализации ДРМ [1].
По сравнению с шагающими роботами-манипуляторами, такие роботы имеют ряд преимуществ [2, 3]:
– при перемещении по ровной поверхности (как с грузом, так и без него) снижается амплитуда колебаний – обеспечивается перемещение с большей скоростью;
– снижается потребление электроэнергии.
По этим причинам ДРМ находят все больше применения на практике.
Балансирующие роботы при анализе представляются относительно простой математической моделью перевернутого маятника, ДРМ же имеют более сложную модель, приближенную к модели двойного перевернутого маятника [4, 5].
Можно выделить следующие основные режимы работы, отображаемые моделью:
– балансирование на месте как с грузом, так и без него;
– балансирование на месте при подъеме или опускании – следование по заданной траектории (здесь следует различать равномерное движение, движение с ускорением или замедлением).
Одним из обязательных этапов разработки ДРМ является этап создания математической модели. Автором произведена разработка математической модели ДРМ с тремя звеньями в среде MATLAB/Simulink, пригодная для синтеза системы управления.
Использован подход, позволяющий упростить модель, применяемый, в частности в [2]. При этом подходе схему ДРМ с тремя звеньями можно заменить схемой двойного перевернутого маятника (рис. 2 и рис. 3).
Исходная схема описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений (НДУ) 10-го порядка, полученных с использованием уравнения Лагранжа, приведенная схема — системой НДУ 6-го порядка. Вектор переменных состояния включает в себя переменные q0, d, xR и их производные.
Созданная модель позволяет получить данные о ряде состояний системы, в частности, о переходном процессе при возврате в вертикальное положение, когда принудительно задается отклонение на заданный угол (на рис. 4 приведен пример при отклонении на угол 5).
Рис. 4. Переходный процесс при возврате в вертикальное положение Таким образом, в ходе работы была построена математическая модель ДРМ и проведены вычислительные эксперименты, позволяющие исследовать динамические характеристики при использовании различных регуляторов (в частности, линейных и нелинейных ПД-регуляторов). Разработанная модель будет использована в дальнейшем при синтезе более сложных систем управления.
1. M. Stilman, J.Wang,K.Teeyapan, R. Marceau : Optimized control strategies for wheeled humanoids and mobile manipulators. Published in: Humanoid Robots, 2009. Humanoids 2009. 9th IEEE-RAS International Conference. Date of Conference: 7 – 10 Dec. 2009. Page(s): 568 – 573. Paris. Available from:
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=5379514&abstractAccess=no&userType=inst (дата обращения: 12.11.2013).
2. W. Abeygunawardhana, P. Kumara : Motion control of two-wheel mobile manipulator with passive joint.
http://iroha.scitech.lib.keio.ac.jp:8080/sigma/handle/10721/198 (дата обращения: 12.11.2013).
3. M. D. Ngo, N. T. Phuong, V. H. Duy, H. K. Kim and S. B. Kim (2007). Control of two Wheeled Welding Mobile Manipulator, International Journal of Advanced Robotic Systems. Available from:
http://www.intechopen.com/journals/international_journal_of_advanced_robotic_systems/control_of_two_w heeled_welding_mobile_manipulator (дата обращения: 12.11.2013).
4. Bogdanov Alexander, 2004, “Optimal Control of a Double Inverted Pendulum on a Cart”, Technical Report CSE-04 – 006.Y. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.78.6105 (дата обращения: 12.11.2013).
5. Лутманов С. В., Куксенок Л. В., Попова Е. С. Задачи управления двухзвенным манипулятором с вращательными кинематическими парами // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6 (часть 4).
– С. 886 – 891; URL: www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=10000866 (дата обращения: 12.11.2013).
УДК 004. (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)
РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ НА
ОСНОВЕ SCADA-РЕШЕНИЙ
В работе предложены программные средства оперативно-диспетчерского контроля и управления подстанциями на электрических сетях, обеспечивающие повышение эффективности работы оперативного персонала.В настоящее время в связи с развитием и усложнением систем управления технологическими объектами возникает необходимость удобного для оператора представления информации об объектах автоматизации с целью оперативного анализа ситуации и принятия решения обслуживающими диспетчерскими службами [1].
В настоящее время часть объектов электроэнергетики в нашей стране, в частности электроподстанции (ПС), имеют устаревшую систему оперативно-диспетчерского контроля и управления, основанную на технических решениях, созданных непосредственно для данного конкретного объекта [2]. Это обусловлено тем, что на момент создания системы диспетчерского контроля специализированные инструментальные средства для создания таких систем находились на начальном этапе развития. В настоящее время существуют специализированные инструментальные проблемно-ориентированные средства для систем сбора данных и оперативно-диспетчерского контроля и управления — SCADA-системы (Supervisory Control And Data Acquisition [3]). С течением времени SCADA-системы постоянно развивались и совершенствовались, вытесняя традиционные методы создания систем диспетчерского управления. Преимущество SCADA-систем заключается в наличие системных модулей, специально ориентированных на задачи оперативно-диспетчерского персонала. Результаты сравнительного анализа SCADA-решений и традиционных решений для систем оперативного управления представлены в табл. 1 [4].
Таблица 1. Сравнение SCADA-решений и традиционных решения для систем оперативно-диспетчерского контроля и управления Критерий сравнения Специализированное решение SCADA Срок и трудоемкость Высокие — из-за необходимости со- Ниже (в разы) — за счёт использоваразработки здания большого количества типовых ния значительного количества готомодулей с использованием преимуще- вых проблемно-ориентированных рественно библиотек и инструменталь- шений и их высокой тиражируемости и модернизации Качество решения Низкое — из-за малой тиражируемо- Высокое — вследствие большой тисти и использования только в конкрет- ражируемости систем Функциональность Только необходимая функциональ- Широкий набор функций с возможсистемы ность, зачастую неудобная для конеч- ностью выбора наиболее подходященого пользователя го решения под необходимую задачу Таким образом, целью данной работы является улучшение надежностных, стоимостных и эргономических характеристик системы оперативно-диспетчерского контроля и управления применительно к системе управления электроподстанциями в диспетчерском пункте Кингисеппского района (ДП КнЭС) филиала ОАО «Ленэнерго» «Кингисеппские электрические сети» на основе SCADA InTouch.
Сравнение основных особенностей существующей и предлагаемой к реализации систем представлено в табл. 2 [5].
Таблица 2. Сравнение существующего и предлагаемого решений Сложная структура БД архивирования парамет- Стандартное решение по архивированию данных с Только текстовое представление информации Качественное представление информации с исдиспетчерам и сотрудникам служб пользованием анимации, трендов, диаграмм и Сложно анализируемые журналы оперативных Для предоставления информации оперативному Информация представляется в том виде, в кото- Преобразование графического представления инром приходит формации к виду, удобному для восприятия — Большие сроки и стоимость модификации си- За счёт стандартных средств разработки модифистемы кации имеют низкую стоимость Отсутствие возможности интеграции с система- Взаимодействие с системами более высокого ми более высокого уровня уровня осуществляется на основе стандартных Низкая надежность Высокая надежность за счет стандартных решений в части резервирования в SCADA-системах Основные требования к системе:
– объединение функций диспетчерского и технологического мониторинга и управления;
– обеспечение надежных механизмов ведения архивов значений технологических параметров и журналирования событий;
– обеспечение надежной передачи первичной информации с объектов района электрической сети на диспетчерский пункт районных электрических сетей.
При разработке системы оперативно-диспетчерского контроля необходимо создать и сконфигурировать ряд основных модулей системы. Перечень этих модулей и трудоемкость реализации приведены в [6]. Внешний вид фрагмента пользовательского интерфейса среды оперативно-диспетчерского контроля и управления представлен на рис. 1.
Рис. 1. Фрагмент пользовательского интерфейса среды оперативно-диспетчерского На настоящий момент разработана одна из основных компонент систем - графическая среда для удобного представления диспетчеру информации о текущем состоянии технологического оборудования системы, оповещения персонала и предоставления диагностической информации о работе системы, обеспечения оперативного доступа к требуемым архивным данным или событиям журналов. Особое внимание в работе уделяется разработке иерархии графических страниц, составу графических страниц на каждом уровне и анимации графических объектов на странице. Эти свойства наиболее значимы для оперативного персонала.
Таким образом, результатом работы является создание современной и надежной системы оперативно-диспетчерского контроля и управления электроподстанциями на основе SCADA. Данная система позволяет оперативному персоналу сократить время, затрачиваемое на решение технологических задач. Современные решения, используемые в разработке, позволят, как ожидается, в 3 – 4 раза сократить стоимость и сроки на создание и/или модернизацию системы. В перспективе планируется оснащение системы дополнительными модулями, реализующими функции генерации отчетов и архивирования данных.
1. Ю. А. Асанбаев, Т. Г. Горелик, В. Г. Филатов. Современные системы комплексной автоматизации подстанции. – СПб.: Изд-во НИИПТ, 2007. - 141 с.
2. С. И. Чичёв, В. Ф. Калинин, Е. И. Глинкин. Система контроля и управления электротехническим оборудованием подстанций. – М.: Спектр, 2011. - 140 с.
3. В. Г. Давыдов, Чыонг Динь Тяу. Проектирование компьютерных систем управления на основе SCADA-систем. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. - 152 с.
4. Принципы создания АСУТП на подстанциях ЕНЭС, Интернет-ресурс:
http://masters.donntu.edu.ua/2011/etf/suchorukov/library/b.pdf. Дата обращения: 12.11.2013.
5. Invensys Systems, Inc., Руководство по общей концепции InTouch® HMI, Интернет-ресурс:
http://klinkmann.com. Дата обращения: 12.11.2013.
6. Системы диспетчерского управленияи сбора данных (SCADA-системы), Интернет-ресурс:
http://www.asutp.ru/?p=600365. Дата обращения: 12.11.2013.
УДК 004. (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ARM-АРХИТЕКТУРЫ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОУПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ
В работе решена задача разработки специализированных устройств управления и измерения на базе микроконтроллеров с архитектурой ARM.Современные системы сбора данных и управления основаны на средствах вычислительной техники. При применении в качестве основы такой системы персонального компьютера (ПК), последний должен быть снабжён устройством сопряжения с объектом – специальной платой ввода-вывода. Данный подход обладает высокими требованиями к быстродействию компьютера и программному обеспечению (ПО) для работы системы в режиме реального времени (РВ). Альтернативным решением является использование модуля на основе микроконтроллера (МК). В этом случае быстродействие систем сбора информации и управления полностью определяется быстродействием МК, исполняющего указанные задачи в режиме жёсткого РВ, а ПК реализует интерфейсные функции [1].
Таким образом, целью работы являлась разработка экономичного и простого в эксплуатации универсального измерительно-управляющего комплекса второго типа.
Комплекс состоит из двух основных частей: инструментальной ЭВМ и модуля с МК.
Инструментальная ЭВМ включает компоненты ПО, обеспечивающие взаимодействие пользователя с комплексом через графический интерфейс. В качестве операционной системы (ОС) может быть применена любая из семейства Windows с поддержкой USB.
Микроконтроллерный модуль на основе платы «Махаон» фирмы Терраэлектроника включает в себя МК и дополнительное схемотехническое окружение, обеспечивающее подключение к объекту управления и инструментальной ЭВМ, питание модуля и управление МК в режиме автономной работы.
Расположенный на плате МК STM32F103RE [2] обладает следующими значимыми для системы характеристиками: ядро Cortex M3, работающее на частоте 72 МГц, три 12-разрядных АЦП (общее число каналов – 21) с частотой до 14 МГц (настроена 12 МГц), два 12-разрядных ЦАП, восемь 16-разрядных таймеров и 512 кБ флэш-памяти и 64 кБ SRAM.
Важной особенностью работы АЦП является возможность задания длительности выборки сигнала [3] (от 1.5 до 239.5 тактов преобразователя), что определяет максимальное
«