Попадько В.Е. Курс лекций по АТП - файл n1.doc

Попадько В.Е. Курс лекций по АТП
скачать (3734.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3735kb.13.09.2012 15:17скачать

n1.doc

  1   2

  1. Расчет САР на заданную степень затухания.



Показатели качества переходного процесса.



  1.  ст – статическая ошибка

  2. tp – время регулирования

3. х1 – максимальная динамическая ошибка


  1. перерегулирование

5. степень затухания
Метод расширенных АФХ.

Решение однородного линейного дифференциального уравнения имеет вид:

если среди корней есть pi=-?jw

pi=-mwjw





Характеристика системы, когда вместо оператора р подставляется p=-mwjw, обозначается W(m,jw) и называется расширенной АФХ системы.

Совокупность параметров настройки регулятора, обеспечивая расположение корней характеристического уравнения на контуре АОВ образует в плоскости параметров настройки регулятора внутри области устойчивости так называемую линию равной степени затухания.

Характеристическое уравнение системы обычно имеет вид:



Запишем РАФХ:



В показательной форме:





Отсюда видно:



Методика расчета параметров настройки регулятора по методу РАФХ:

  1. задаемся степенью затухания: ??m

  2. записываем выражение для РАФХ объекта в показательной форме



  1. записываем выражение для РАФХ регулятора в показательной форме



  1. Приравниваем амплитуды и фазы объекта и регулятора:




  1. Решение системы уравнений относительно двух параметров относительно Ти и К представляем в виде:



  1. Подставляем численные значения k1, T1, T2, ?, m



  1. Для регулятора с двумя параметрами настройки, системы решения пункта 6 представляется на плоскости и называется линией равной степени затухания.



  1. Для ПИД-регулятора, задавшись численными значениями времени предварения Тп=const, строят семейство линий равной степени затухания, которые образуют поверхность равной степени затухания.



2. Расчет оптимальных настроек в одноконтурной САР



апериодическое звено колебательный процесс



J – функционал, когда каждому виду функций соответствует число.

Задача поиска оптимальных параметров настройки можно было сформулировать следующим образом: найти k*, Ти*, Тп* при которых обеспечивается минимум функционала.




  1. Понятие каскадной системы: расчет основного регулятора

Если среди вспомогательных параметров координат объекта, можно выделить такую, которая отзывается на возмущение быстрее, чем основной регулируемый параметр, то путем введения дополнительного контура можно построить так называемую каскадную систему регулирования.

Каскадными принято называть системы, в которых выходной сигнал одного из регулятора направляются в качестве задания на другой регулятор.



В качестве параметра, который отзывается на возмущение быстрее, чем регулируемый параметр, здесь расход.

Принцип действия каскадной системы: основные возмущения системы компенсируются быстродействующим регулятором Р1, а оставшиеся возмущения – Р2 путем изменения задания регулятору Р1. (Р1 – вспомогательный или стабилизирующий регулятор, Р2 – основной или корректирующий регулятор)

? – регулирующее воздействие

W?y – передаточная функция по основному каналу

W?z – передаточная функция по вспомогательному каналу.

Расчет двухконтурной системы сводится к расчету двух одноконтурных систем.

Необходимо выполнение условий wр1>>wp2





Если на рабочей частоте wp2 выполняется условие :



Далее рассчитывают параметры настройки регулятора любым из известных методов.

4. Понятие каскадной системы: расчет вспомогательного регулятора.

Если среди вспомогательных параметров координат объекта, можно выделить такую, которая отзывается на возмущение быстрее, чем основной регулируемый параметр, то путем введения дополнительного контура можно построить так называемую каскадную систему регулирования.

Каскадными принято называть системы, в которых выходной сигнал одного из регулятора направляются в качестве задания на другой регулятор.



В качестве параметра, который отзывается на возмущение быстрее, чем регулируемый параметр, здесь расход.

Принцип действия каскадной системы: основные возмущения системы компенсируются быстродействующим регулятором Р1, а оставшиеся возмущения – Р2 путем изменения задания регулятору Р1. (Р1 – вспомогательный или стабилизирующий регулятор, Р2 – основной или корректирующий регулятор)

? – регулирующее воздействие W?y – передаточная функция по основному каналу

W?z – передаточная функция по вспомогательному каналу.

Расчет двухконтурной системы сводится к расчету двух одноконтурных систем.

Необходимо выполнение условий wр1>>wp2





5. Разомкнутая инвариантная система.
Инвариантные системы- принцип инвариантности (независимости) заключается в достижении независимости регулируемого параметра от внешнего возмущ. воздействия путем ее полной компенсации.

FY- компенсатор. Система практически нереализуема, на нее действуют несколько возмущений, а компенсируется только одно.



Хв(p) не равно 0

В промышленности отдельно взятые инвариантные системы не применяются. Обычно исполняют комбинированные инвариантные системы, которые включают регулятор по отклонению и возмущению.

6. Комбинированная инвариантная система: 1 вариант.

Инвариантные системы- принцип инвариантности (независимости) заключается в достижении независимости регулируемого параметра от внешнего возмущ. воздействия путем ее полной компенсации. Комбинированные инвариантные системы включают регулятор по отклонению и возмущению.

FY- компенсатор

Выход компенсатора подается на вход объекта.

(6) и (7) для достижения инвариантности основного регулируемого параметра Y(p). Параметры настройки регулятора рассчитываются независимо от компенсатора.

7. Комбинированная инвариантная система: 2 вариант.

Инвариантные системы- принцип инвариантности (независимости) заключается в достижении независимости регулируемого параметра от внешнего возмущ. воздействия путем ее полной компенсации. Комбинированные инвариантные системы включают регулятор по отклонению и возмущению.

FY- компенсатор

Выход компенсатора подается на вход регулятора.




для достижения инвариантности основного регулируемого параметра Y(p) необходимо соблюдение условия: Исходя из (5) : параметры настройки регулятора рассчитываются независимо от компенсатора. При выборе и реализации компенсатора на основании (7) необходимо учитывать вид и параметры настройки регулятора.

Такую систему можно рассматривать как двуступенчатый фильтр из разомкнут. и замкн. Контуров через которые пропуск. возмущения для достижения его полной компенсации.


8. Техническая реализация инвариантной системы.

Инвариантные системы- принцип инвариантности (независимости) заключается в достижении независимости регулируемого параметра от внешнего возмущ. воздействия путем ее полной компенсации.

При технич. Реализации могут возникнуть трудности, в частности, могут быть 2 случая, когда они технически нереализуемы.

  1. p>в





  1. в выражении передаточной функции компаратора порядок числителя больше порядка знаменателя.



идеальное диф.звено в жизни не реализуемо.


9) Система несвязного регулирования двух взаимосвязных величин?

Структурная схема объекта.

W11, W22 – передаточные функции по основным каналам W122, W21- Передаточные функции по перекрестны каналам



(2)
При проектировании систем автоматизации таких объектов существует два подхода:

  1. Построение несвязанных м/у собой одноконтурных систем регулирования для каждого из регулируемого параметра.

  2. Введение дополнительных перекрестных связей м/у рег-рами одноконтурных систем с целью компенсации их взаимного влияния.




Структурная схема для расчета регулятора Wрег11(р)



(3)
(4)

…………………….

WВ(P)

WЭ1=Wоб11(p)*[1+Wв(p)*WА2(p)] (5)
(6)

путем аналогичных рассуждений можно получить:



WЭ2=Wоб22(p)*[1+Wв(p)*WА1(p)] (8)

(9)

Расчет параметров настройки регуляторов в такой системе осуществляется в 2 этапа:

-на первом этапе рассчитываются параметры настройки регуляторов без учета перекрестных связей на основании выражений (6) и (9)

-на втором этапе передаточные функции эквивалентных объектов рассчитываются по (5) и (6), на основании (6), (9) и вновь считаются параметры настройки.

Наличие перекрестных связей означает ухудшение устойчивости системы.

Пусть связи очень сильны:

Wоб11(P)=Wоб22(P)=Wоб12(P)=Wоб21(P)=Wоб(P) (10)

Wрег11(P)=Wрег22(P)=Wрег(P) (11)

У1(Р)=Wоб(P)*Xв(P)-Wоб(P)*Wрег(P)*У1(Р)-Wоб(P)*Wрег(P)*У2(Р) (12)

У2(Р)=Wоб(P)*Xв(P)-Wоб(P)*Wрег(P)*У1(Р)-Wоб(P)*Wрег(P)*У2(Р) (13)

Принимаем У12

У1(Р)= Wоб(P)*Xв(P)-2Wоб(P)*Wрег(P)*У1(Р)

(14)
10) Система автономного регулирования двух взаимосвязных велечин?

Построение таких систем основано на применении двух принципов

-принцип автономности

-принцип инвариантности

Принцип автономного регулирования заключается в достижении независимости двух взаимосвязных через объект регулирования параметров
Система автономного регулирования может быть построена на основе принципа инвариантности.

В нашем случае для получения автономной системы регулирования необходимо добиться инвариантности У2 по отношению Х1 и У1 по отношению Х2

С этой целью в схему вводятся динамические компенсаторы, выходные сигналы которых поступают на соответствующие входы объекта.

(1)

(2)

Хк12(Р)=Wk12(P)*Xp1(P) (3) Хк21(Р)=Wk21(P)*Xp2(P) (4)

Подставим 3 и 4 в 1

(5)

Для достижения инвариантности У1(Р) по отношению к Хр2 необходимо:

Wоб21(Р)-Wоб11(Р)*Wк21(Р)=0 (6)

(7)Путем аналогичных рассуждений можно получить:


(8) Выражение 7 и 8 соответствуют выражениям для степеней связи объекта по перекрестным каналам.

Запишем уравнение для регуляторов

Хр1=Wр1(Р)*[(У13(Р)-У2(Р)] (9)

Xp2=Wp2(P)*[У23(Р)-У2(Р)] (10)

Подставим 9 в 5 с учетом 6:

(11)

Путем аналогичных преобразований можно получить:

(12)

Как видно из выражений 11 и 12 расчет параметров настройки регуляторов Р1 и Р2 можно вести независимо друг от друга что соответствует принципу автономности. Однако характеристическое уравнение записано для каждой системы включает передаточные функции компенсаторов, что усложняет расчет регуляторов. На основании опыта расчета подобных систем выбор типа регулирования несвязное или автономное рекомендуется выбирать в соответствии со значением степени взаимосвязи, рассчитываемой при ?=0 и рабочих частотах регуляторов ?р1 и ?р2

(13)
При К?0,2 можно ограничиться несвязным регулированием. При К?0,2 рекомендуется в систему включить динамический компенсатор.

12. Автономная сис-ма регулир-ия смногомерным компенсатором.
Автономная система- это система в которой мы добиваемся независимости двух величин





13. Основные технические харак-ки И.У.

Для несжимаемой жидкости, проходящей через И.У. справедливо соотношение

14.

15. Алгоритм расчета и выбора И.У.


16. Методика расчета MAX-ой пропускной способности ИУ

Схема расчетного участка

Рнп, Ркп – приведенные давл. в начале и конце расчетного участка.

Рн, Рк – давление в начале и в конце расчетного участка.

0 — 0 - ось магистральных фланцев.

2, 4 – участок трубопровод-ной сети до ИУ и после ИУ

3 – собственно ИУ

Расчет МАХ-ой пропускной способности ИУ

Qmax – МАХ-ый расход, который может пропусти-ть ИУ.

КvПР – предварительный



- если есть явле-ние ковитации, то КvПРМАХ носит предвар-ный хар-р.

Завис-ть расхода жидкости Q от перепада давления на ИУ имеет следующий вид:

Перепад давления, при котором данная жидкость входит в режим ковитации определяется соотношением: ?Pков = Кс * ( Р1min - Рп )

Рп – давление насыщенных паров жидкости при температуре дросселирования

Кс – коэффициент начала ковитации

Для обеспечения бесковитационного режима необходимо соблюдение условий:

min ? ?Pков 1) если условие выполняется, то КvПРМАХ ? КvМАХ

2) если условие не выполняется, то рассчитываем перепад давлений ?Рm, при котором еще можно регулировать расход: m = Кm * ( Р1 – r * Рп ), где Кm – коэф. ковитации , r – поправочный коэф.

Полученные КvПРМАХ проверяется на режим течения среды через ИУ по так назыв-му ИНДЕКСУ ВЯЗКОСТИ «Z» (модефи-цированный коэффициент Рейнольдса)

Vt – кинематическая вязкость, а – коэф. зависящий от типа ИУ.

Если Z ? 104 – турбул-ый режим и КvПРМАХ ? КvМАХ

Если Z ? 104 , то необходимо внести поправку на вязкость:

КvМАХ = КvПРМАХ * v , где vопределяется по графикам.

  1. Методика выбора пропускной характеристики

Различают расходную и пропускную характеристики.


Т.к. расход. хар-ка определяет реальные значения коэф. усиления ИУ, то необходимо выбрать МАХ пропускную хар-ку, чтобы при ее изменении под действием среды обес-печивалось постоянство коэф. усиления ИУ. Поэтому выбор типа пропускной хар-ки пропускной хар-ки осущ-ся в 2 этапа:

1) выбор типа предпочтительной пропускной хар-ки, обеспечивающей постоянство коэф. усиления во всем диапазоне хода затвора;

2) выбор типа пропускной хар-ки, обеспечивающей при данных пар-рах среды, выбранный в пункте 1 тип расходной хар-ки

1.) а) Если возмущения в сис-ме влекут изменения расхода среды через ИУ при фиксиро-ванном положении затвора, то для сохранения постоянства коэф. усиления предположительна равнопроцентная расходная хар-ка.

б) если изменение расхода среды через ИУ происходит только при перемещении затвора, то предпочтительна линейная хар-ка.

2) Выбор типа пропускной хар-ки производиться путем введе-ния понятия гидравлического модуля системы n :




--- Кvt – пропускная способность оставшейся части трубопровода

Рекомендации

1) при предварительно выбранной на этапе 1 предпочтительной расходной равнопроцен-тной хар-ки наилучшее приближение даст равнопроцентная пропускная хар-ка.

2)в случае предварительно выбранной на этапе 1 предпочтительной линейной хар-ки необходимо оценивать приближение к ней как линейной, так и равнопроцентной пропускных хар-к.

В качестве критерия приближения расходной и пропускной хар-к принимается МАХ-ая величина относительного коэф-та усиления К в случае линейной хар-ки, Кр – в случае равнопроцентной хар-ки.


Алгоритм вычисления этапа 2.





2.) Определение qMIN , qMAX при n – расчетном ( n = 4 )

( ближе к линейной равнопроцентная хар-ка )

3.) К или Кр - считаются

4.) ?К , ?Кр

5.) ?к , ?кр
Тип пропускной хар-ки выбирается по min – ой величине ?к , ?кр ( по линейной и по равнопроцентной )

  1. Методика разработки однотактной системы логического управления.

Для управл-ия технолог-ми объектами применяют однотактные и многотактные сис-мы.

Однотактные – сис-мы реализуют так называемые комоинационные логические ф-ии. В таких сис-мах наличие сигнала на выходе определяется только комоинацией значений сигнала на выходе.

Порядок разработки СЛУ заключается в следующем:

  1. На основании заданных условий работы автоматического устройства составляется структурная формула, описывающая его работу.

  2. На основании законов алгебры-логики полученная структурная ф-ла упрощается ( минимизируются )

  3. На основании упрощенной ф-лы составляется схема реализации проектир-го уст-ва.

Методика разработки ОС на основе таблицы состояний

Нр – резервный насос

ЗАДАНИЕ: необходимо спроектировать блок-управления резервным насосом, выполняю-щий его включение при остановке 2-х любых рабочих насосов. В остальных случаях резерв-ный насос должен быть выключен.

ИМ – исполнительный ТАБЛИЦА СОСТОЯНИЙ

механизм

БУ – блок управления

1-ый этап: составление структурной ф-лы

При составлении структурной ф-лы применяют правило истинности( единиц ) или правило ложности ( нулей ). По правилу единиц для строк табл. состояний, где вых-ая величина = 1 определяют произведения вх-ых величин и складывают их. Если значение входной вел-ны =1, то берут ее инверсию. По правилу нулей определяют суммы вх-ых сигналов для строк, в кот-ых вых-ая величина = 0 и перемножают их. Если значения вх-ой величины = 1, то берут ее инверсию. _ _ _

По правилу единиц : x = a*b*c v a*b*c v a*b*c v a*b*c

2-ой этап: минимизация _ _ _

x = a*b*c_v a*b*c v a*b*c v a*b*c

x = b*c*(a v a) v a*c*(b v b) v a*b(c v c)

x = b*c v a*c v a*b

3-ий этап: реализация

1) на релейно-контактных элементах

Логическим переменным без инверсий соответствует замыкающийся контакт, а логичес-ким переменным с инверсией соответствует размыкающий контакт. Произведение логических переменных реализуется последовательным соединением контактов, а логич. сумма – параллельным соединением.




2) на бесконтактных элементах ( И-НЕ , ИЛИ - НЕ )

Для реализации структурной ф-лы элементами И-НЕ берется двойная инверсия исходной логической ф-ии, а затем одна из инверсий преобразуется по правилу Де-Моргана.



Для реализации элементами ИЛИ – НЕ берется двойная инверсия переменных, затем одна из них раскрывается по правилу Де-Моргана и затем берется общая двойная инверсия.



  1. Методика разработки многотактной системы логического управления.




а – включение элемента х

b – выключение элемента х


Циклограмма – графическое изображение последовательной работы отдельных элементов управляющего логического устройства во времени.

Такт – период времени, в течении которого на циклограмме не изменяется значение ни одного из сигналов.

Период включения элемента – непрерывный ряд тактов, в течении которых этот элемент находится во включенном состоянии.

Период отключения элемента – непрерывный ряд тактов, в течении которых этот элемент находится в выключенном состоянии.

Включающий такт – такт, предшествующий периоду включения.

Отключающий такт – такт, предшествующий периоду отключения.

Включающий период – состоит из включающего такта и периода включения, без отключающего такта.

Отключающий период – состоит из отключающего такта и периода отключения, без включающего такта.

Условия включения вых-го элемента Х обозначаются f | (x) и определяется изменением состояния вх-ых элементов во включающем такте, которые вызывают включение вых-го элемента. (f | (x) ? f | (x) = а )

Условия отключения вых-го элемента Х обозначаются f | (x) и определяется изменением состояния вх-ых элементов в отключающем такте, которые вызывают отключение вых-го элемента. (f || (x) ? f || (x) = b )

Условия включения вых-го элемента Х:

- наличие условия включения и отсутствие условия отключения.


20.
21. Назначение и общие принцыпы организации АСУТП

АСУТП-человеко-машинная система,в которой человек принимает содержательное участие в выработке решения

АСУТП осуществляет воздействие на объект в том же ,что и протекающие в нем процессы, т.е. АСУТП работает в режиме реального времени.

В АСУТП в качестве объекта выступает ТОУ (технологический объект управления).

ТОУ представляет собой совокупность технологического оборудования и реализуемого на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса производства целевого продукта.

В качестве ТОУ в АСУТП рассматриваются технологические установки,отдельные производства и технологические процессы всего предприятия.

При создании АСУТП необходимо определить цель этой системы.

Степень достижения поставленной цели принято характеризовать с помощью КРИТЕРИЯ УПРАВЛЕНИЯ.

Критерий управления должен быть обязательно выражен количественно и зависеть от выбранных управляющих воздействий.

22. АСУТП реализует свои функции с помощью подсистем Виды подсистем.

  1. Сбор и первичная обработка инф-ции

  1. Контроль состояния объекта.

  1. Автоматическое регулирование и оптимальное управление.

  1. Расчет технико-экономических показателей.

    • Расчет себестоимости продукции;

    • Расчет материального баланса;

  2. Связь с АСУ П (АСУ предприятия).

Состав АСУ ТП



Оперативный персонал состоит из операторов технологов осуществляющих контроль и управление объектом,и эксплуатационного персонала, обеспечивающего функционирование технических средств систем.

Организационное обеспечение представляет собой совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования оперативного персонала.

Сюда входят: 1) технологич. Инструкции и регламенты,определяющие ведение процесса в норм.предаварийной и аврийной ситуации;

2) инструкции по эксплуатации системы.

В состав программного обеспечения входят:

23. Централизованное АСУ ТП.

Схема централизованного АСУТП.



УСО-Устройство связи с объектом

В состав УСО входят : -- АЦП , -- ЦАП, -- коммутатор.

Минусы; -- многочисленные кабели,связывающие датчики с объектом.

-- поломка ЭВМ (много резервов)

24 Распределенные АСУ ТП



С появлением цифровых датчиков появилась возможность не только обрабатывать информацию в цифровой форме, но и передавать эту информацию в цифровой форме.

Цифровая передача данных между отдельными устройствами сделала основой построения АСУ вычислительную сеть. Такая вычислительная сеть используется для создания резервов для пользователей, расположенных на небольшой территории, поэтому такая сеть называется локальной.

В настоящее время различают 2 типа распределения систем управления

1- SCADA - системы

2- DCS – системы
SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition – система сбора данных и управления.
DCS – Distributed Control System.

25 Сбор и первичная обработка информации.




x(t) – сигнал измерительной информации

g(t) – выходная величина преобразователя (полезный сигнал)

z – влияющие факторы

g(t) – смесь полезного сигнала и помехи

к – коммутатор



t – температура горячего спая – x

t0 – температура холодного спая z0

Если z0 - номинальная статическая характеристика


Далее идет квантование по уровню, в результате чего получаем y*(j t0)

Группа алгоритмов, хранящейся в ЭВМ в числовом значении параметра, называется первичная обработка информации.

Это

  1. Контроль достоверности информации

  2. Интерполяция и экстраполяция

  3. фильтрация сигналов измерительной информации

  4. Аналитическая градуировка датчиков

  5. Коррекция восстановительных значений.

26 Фильтрация сигналов измерительной информации.


Помеха считается аддитивной функцией :




Эту автокорреляционную функцию обычно аппроксимируют экспонентой.



Выражение для спектральной плотности



Два условия

  1. Оценка математического ожидания должна быть несмещенной



  1. Дисперсия ошибки фильтрации должна быть минимальной





Задана АФХ фильтра, которая зависит параметров фильтра



Из статистики известно :


Тогда



Дисперсия ошибки фильтрации Dф :



В промышленных системах часто применяются следующие виды фильтров:

1. Экспоненциальный фильтр

2. статистический фильтр

3. фильтр скользящего среднего.

27 Контроль достоверности информации, задача экстрополяции.


  1. Контроль достоверности информации. Наиболее часто встречающимся причинами недостоверности информации является

  1. неисправности датчиков и преобразователей

  2. влияние помех в линиях связи

  3. ухудшение метрологических характеристик ИП


Осуществляется путем сравнения



контроль по верхним и нижним пределам

Если скорость изменяется по температуре => сбой




  1. Интерполяция и экстрополяция.




применяют ступенчатую интерполяцию (интерполяцию нулевого порядка). Поскольку интервалы очень малы, то



28. Экспоненциальный фильтр сигналов измерительной инф-ии.

В пром-х системах наиболее часто применяются следующие виды фильтров:

Выбирается структура фильтра:
АФХ фильтра:



Проверяем на несмещенность получили смещенную

Пусть K=1 оценку



При программой реализации экспоненциального фильтра используется выражение:


Отсюда эксоненциальное сглаживание

Yф- значение отфильтрованного сигнала на следующем шаге

-значение отфильтрованного сигнала на предыдущем шаге

g(j) -измеренное значение на j-шаге
29. Статический фильтр сигналов измерительной инф-ии.

Статические фильтры представляют собой в аналоговом варианте параллельное соединение (n+1) цепочек, состоящих из усилительного звена и звена чистого запаздывания.
При n=0







- используется при программной реализации

30.

31. Эталонная модель взаимодействия систем.

Протоколом называется совокупность правил регламентирующих способ представления данных в сети, обеспечивающий их передачу в нужном направлении и правильную интерпретацию этих данных всеми участниками процесса обмена информацией. Иными словами, поведение функциональных блоков сети при передаче сообщений не является произвольным и находится в строгом соответствии с протоколом.

Протоколы стандартизованы и делятся на уровни. К каждому уровню относят родственные функции информационного обмена. Стандартизация протоколов функционирования телекоммуникационных и вычислительных сетей позволяет делать их архитектуру открытой, что обеспечивает правильность взаимодействия узлов различных сетей при их сопряжении. К числу протоколов, получивших наиболее широкое распространение, следует отнести протоколы, разработанные для сети ARPANET и применяемые в сети Internet. Эти протоколы объединены под названием ТСР/IР.

Успешное развитие и внедрение компьютерных сетей неразрывно связано с указанной стандартизацией их программного и аппаратного обеспечения, проводимой названными организациями совместно с ведущими фирмами-производителями сетевых средств. Координацию всех работ по стандартизации компьютерных систем осуществляет один из подкомитетов ISО. Его важнейшей разработкой стал стандарт 7498, определяющий, так называемую, базовую эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС). (Стандарт принят за основу всеми организациями, занимающимися компьютерными сетями).

Под термином система подразумевается сервер (компьютер с модемом, например) предоставляющий или потребляющий сетевые ресурсы.

В соответствие со стандартом 7498 ISО открытой системой считается система, отвечающая требованиям ЭМВОС, реализующая стандартный набор и поддерживаемая стандартными протоколами.

Основной задачей модели ЭМВОС является описание множества функции, определяющих правила взаимодействия открытых систем. При этом используется понятие процесс, определяемый как динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки информации. Взаимодействие процессов осуществляется путём обмена сообщениями, которые представляют собой блоки данных определённой структуры.

Промежуток времени, в течении которого процессы взаимодействуют между собой, принято называть сеансом обмена. Ввод данных, необходимый процессу, и вывод данных производится в форме сообщений через логические точки, называемые портами.

Протоколы ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Базовая ЭМВОС— это модель, принятая ISO для описания общих принципов взаимодействия информационных систем. ЭМВОС признана всеми международными организациями в качестве основы для стандартизации протоколов информационных сетей.

В ЭМВОС информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без переделок на других уровнях, что значительно упрощает модернизацию этих средств, определяемую потребностями практики.

ЭМВОС содержит семь уровней. Определим выполняемые ими функции.

1-й уровеньфизический: предоставляет механические, электрические, функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разъединения логических соединений между логическими объектами 2-го канального уровня. Физический уровень реализует функции передачи битов данных через физические среды, устанавливает заданную последовательность передачи бит и оповещает об окончании связи. Именно на этом уровне осуществляются представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразования формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.

2-й уровеньканальный. Этот уровень выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок, возникающих на предыдущем, физическом уровне. Кадром называется пакет канального уровня, поскольку пакет па последующих уровнях может состоять из одного или многих кадров.

Канальный уровень предоставляет следующие виды услуг: организацию обмена данными между логическими объектами последующего 3-го (сетевого) уровня; организацию требуемой последовательности блоков данных и их передачу; управление потоками между смежными узлами; идентификацию конечных пунктов канальных соединений; оповещение об ошибках, которые не были исправлены на канальном уровне.

3-й уровеньсетевой. На этом уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. При этом сетевой уровень осуществляет идентификацию конечных точек сетевых соединений, управление потоками блоков данных и обеспечение последовательностей их доставки, обнаружение ошибок и формирование сообщений о них, разъединение сетевых соединений.

Другими словами, на сетевом уровне маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называется виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятие логического канала не обязательно должно соответствовать некоторому физическому соединению линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения.

Еще одной важной функцией сетевого уровня, кроме маршрутизации, является контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети.

4-й уровеньтранспортный: предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных. На этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами. Иными словами, транспортный уровень служит для обеспечения передачи данных между двумя взаимодействующими открытыми системами и организации процедуры сопряжения абонентов сети с системой передачи данных. На этом уровне определяется взаимодействие абонентских систем: источника и приёмника данных (адресата данных) и организуется и поддерживается логический канал (транспортное соединение) между абонентами.

К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заданного уровня услуг. К числу последних, кроме уже перечисленных, относятся: обеспечение требуемой скорости и надежности передачи, установление и разъединение транспортных соединений, формирование блоков данных. В качестве услуг, предоставляемых этим уровнем, следует назвать также обеспечение взаимодействия сеансовых соединений с транспортными соединениями, управление последовательностью передачи блоков данных и обеспечение их целостности во время передачи, обнаружение и исправление ошибок и выдача сообщений о неисправленных ошибках, предоставление приоритетов в передаче блоков данных и т.д.

5-й уровеньсеансовый: предназначен для организации и синхронизации диалога, ведущегося объектами (станциями) сети. На этом уровне определяются тип связи (дуплексная или полудуплексная), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.

Фактическим назначением 5-го уровня является организация сеансов связи между прикладными процессами, расположенными в различных абонентских системах. На данном уровне создаются порты для приёма и передачи сообщений и организуются соединения - логические каналы между процессами. Необходимость протоколов 5-го уровня определяется относительной сложностью сети передачи данных и стремлением обеспечить высокую надёжность передачи информации.

В число услуг, предоставляемых этим уровнем, входят: обслуживание сеансов и передача данных в диалоговом режиме, установление, синхронизация и завершение сеансового соединения, обмен данными и управление им, выдача сообщений об исключительных ситуациях,

6-й уровеньпредставительный, или представления данных. На этом уровне реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование). Этот уровень определяет единый для всех открытых систем синтаксис передаваемой информации. Необходимость данного уровня обусловлена различиями в форме представления информации в сети передачи данных и компьютерах. Данный уровень играет важную роль в «открытости» систем, позволяя им общаться между собой независимо от их внутреннего языка.

К числу услуг этого уровня относятся: выбор вида представления данных, интеграция и преобразование передаваемых данных в удобный для прикладных процессов вид, преобразование синтаксиса данных и их формирование.

7-й уровень - прикладной включает средства управления прикладными процессами; эти процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий, обмениваться между собой данными. Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети.

В число услуг прикладного уровня входит управление: терминалами, файлами, диалогом и сетью в целом. Кроме того, этот уровень обеспечивает целостность информации, с его помощью может быть организована электронная почта и т.д.

Четыре нижних уровня образуют транспортную службу компьютерной сети, которая обеспечивает передачу (транспортировку) информации между абонентскими системами, освобождая более высокие уровни от решения этих задач.

Три верхних уровня, в свою очередь, обеспечивают логическое взаимодействие прикладных процессов и функционально объединяются в абонентскую службу.

С точки зрения пользователя основным является 7-й уровень. Он обеспечивает выполнение прикладных процессов пользователей и определяет смысловое содержание информации (семантику), которой обмениваются открытые системы в процессе их взаимодействия. С этой целью данный уровень кроме протоколов взаимодействия прикладных процессов поддерживает, в дополнение к перечисленным выше, протоколы передачи файлов, электронной почты, виртуального терминала и т.д.

В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функций, тогда соответственно в сети имеется лишь часть уровней. Так, в простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней. В то же время сложность функций канального уровня делает целесообразным его разделение в ЛВС на два подуровня: управление доступом к каналу и управление логическим каналом.

32.

33.

34. Методы доступа абонентских систем к передающей среде

Эффективность взаимодействия абонентских систем в локальных компьютерных сетях во многом определяется используемым правилом доступа: к общей передающей среде в сетях с шинной или кольцевой топологией, и к концентратору в древовидных и звездообразных сетях. В качестве критерия эффективности метода доступа чаще всего используется время доступа к передающей среде, представляющее собой промежуток времени между появлением запроса на передачу данных и собственно началом передачи информации. Это время зависит от того, какой метод доступа используется в сети. Дадим краткую характеристику наиболее распространённых методов доступа.

Управление доступом может быть централизованным и децентрализованным.

Централизованное управление доступом, как правило, осуществляется специальной управляющей станцией, подключаемой к передающей среде так же, как и любая другая абонентская система. При децентрализованном управлении каждая станция сама принимает решение о возможности доступа к передающей среде. Различают ЛС с детерминированным и случайным доступом. Метод детерминированного доступа предполагает наличие определённого алгоритма, в соответствие с которым абонентской системе предоставляется доступ к передающей среде. Алгоритм предоставления права передачи информации может быть достаточно гибким и учитывать приоритеты запросов на передачу и интенсивность самих запросов. Методы случайного доступа предполагают возможность для каждой абонентской системы произвольным образом, независимо от других АС обращаться к моноканалу. При этом возможно одновременное обращение нескольких абонентских систем к общей передающей среде, в связи с чем данный метод часто называют методом множественного доступа.

В случае одновременной передачи сообщений несколькими станциями происходит, так называемое, "столкновение" сообщений. Во избежание приёма ошибочной информации стандартный кадр данных дополняется контрольной суммой. Принимающая абонентская система выдает подтверждение только при приёме кадров с правильной контрольной суммой, остальные кадры ею игнорируются.

Одним из способов снижения конфликтов является предварительное прослушивание передающей среды и начало передачи сообщения только при наличии свободного канала. Такой режим передачи получил название множественного доступа с контролем несущей частоты (МДКН). Однако и в этом случае из-за конечного времени распространения сигналов и их неизбежных задержек полностью устранить конфликты не удается.

С целью своевременного обнаружения конфликтов АС в процессе передачи информации постоянно контролирует передающую среду и при появлении "столкновения" прекращает передачу. Через определённый промежуток времени АС осуществляет повторную, передачу информации. Интервал выдержки времени определяется с помощью специальных алгоритмов, направленных на снижение вероятности повторного конфликта. Этот режим передачи получил название множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением столкновений (МДКН/ОС).

Методы детерминированного доступа подразделяются на методы разделения времени и методы передачи полномочий. Сущность методов разделения времени заключается в разделении времени работы канала связи на отдельные временные интервалы, каждый из которых предоставляется какой-либо абонентской системе согласно определённому правилу. Большинство методов разделения времени предусматривает наличие в сети диспетчера, основной функцией которого является контроль и планирование времени доступа.

В локальных сетях с большим числом абонентов достаточно широко используется метод детерминированного доступа, получивший название множественного доступа с передачей полномочий (или метод маркерного доступа). В этом варианте построения локальной сети от одной АС к другой последовательно передаётся специальная управляющая информация - маркер, при поступлении которой абонентские системы получают разрешение на передачу данных. После окончания передачи АС обязана передать маркер следующей абонентской системе. При отсутствии необходимости в передаче сообщения АС, получившая маркер, передает его следующей абонентской системе.
  1   2


Расчет САР на заданную степень затухания
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации