大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型設(shè)計(jì)

劉銘光++肖毅

摘 要： 在大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中，傳統(tǒng)任務(wù)合理調(diào)度模型調(diào)度穩(wěn)定性不好、通信性能較弱。為此，設(shè)計(jì)一種更為有效的大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型。所設(shè)計(jì)的模型通過分析大型電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的任務(wù)調(diào)度性質(zhì)，給出模型“并行分布”和“高度可擴(kuò)展性”的設(shè)計(jì)原則。根據(jù)設(shè)計(jì)原則，將模型中大型電氣設(shè)備的子設(shè)備開啟時(shí)間，調(diào)制到早于母設(shè)備的調(diào)度工作開始時(shí)間，并通過約束子設(shè)備適應(yīng)度，獲取到自動(dòng)化控制任務(wù)中最為合理的調(diào)度時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)任務(wù)合理調(diào)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的模型具有調(diào)度穩(wěn)定性好、通信性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 大型電氣設(shè)備； 自動(dòng)化控制； 任務(wù)合理調(diào)度模型； 并行分布

中圖分類號(hào)： TN606?34； TP393.03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）12?0056?03

Abstract： Since the traditional task scheduling model for automation control of large electrical equipment has poor scheduling stability and weak communication performance， an effective task reasonable scheduling model for automation control of large electrical equipment was designed. The nature of the task scheduling model for automation control of large electrical equipment is analyzed to give the "parallel distribution" and "high scalability" design principles of the task reasonable scheduling model. According to design principles， the opening time of the sub?equipment in the model for the large electrical equipment is modulated to the time earlier than that of the mother equipment. The fitness of the sub?equipment is restrained to acquire the most reasonable scheduling time in automation control task to realize the task reasonable scheduling. The experimental result shows that the designed scheduling model has the advantages of perfect scheduling stability， and strong communication performance.

Keywords： large electrical equipment； automation control； task reasonable scheduling model； parallel distribution'

0 引 言

隨著國際自動(dòng)化水平的不斷提升，大型電氣設(shè)備在我國各領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣。在大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中，任務(wù)合理調(diào)度的有序進(jìn)行，是增強(qiáng)大型電氣設(shè)備應(yīng)用性能、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵[1?3]。任務(wù)合理調(diào)度問題也一直是各國科研人員研究的難點(diǎn)課題之一，科研人員曾設(shè)計(jì)出一些大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型，但這些模型均存在一定的問題，無法給予大型電氣設(shè)備精準(zhǔn)、高效的自動(dòng)化控制[4?6]。任務(wù)合理調(diào)度問題一直是各國科研人員研究的難點(diǎn)課題之一，本文設(shè)計(jì)一種調(diào)度穩(wěn)定性好、通信性能強(qiáng)的大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型。

1 大型電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中的任務(wù)調(diào)度性質(zhì)分析

大型電氣設(shè)備由一個(gè)母設(shè)備與多個(gè)子設(shè)備組成，其實(shí)質(zhì)是一種異構(gòu)的星型網(wǎng)絡(luò)。在大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中，使用表示含有個(gè)子設(shè)備的大型電氣設(shè)備總集合（是一個(gè)自然數(shù)，表示隨機(jī)提取的子設(shè)備序列號(hào)，），其中，表示大型電氣設(shè)備中的母設(shè)備，余下的均為子設(shè)備。用表示大型電氣設(shè)備中母設(shè)備對子設(shè)備的自動(dòng)化控制通道長度，那么，大型電氣設(shè)備自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

由圖1可知，大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制任務(wù)全部存儲(chǔ)于母設(shè)備中，由于每條子設(shè)備控制通道的長度均不相同，因此母設(shè)備的自動(dòng)化控制效率處于不斷變化當(dāng)中，這使得任務(wù)合理調(diào)度形成了一種“大面積、分散式”的工作性質(zhì)，這種工作性質(zhì)要求所設(shè)計(jì)的任務(wù)合理調(diào)度模型需要通過“并行分布”原則給予大型電氣設(shè)備精準(zhǔn)、高效的自動(dòng)化控制。

同時(shí)，由于自動(dòng)化控制效率的不同將導(dǎo)致大型電氣設(shè)備中的個(gè)子設(shè)備，無法同時(shí)接收到母設(shè)備分配出的自動(dòng)化控制任務(wù)。因此，大型電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中任務(wù)調(diào)度的工作量是隨時(shí)間而不斷增長，這一性質(zhì)要求所設(shè)計(jì)的任務(wù)合理調(diào)度模型也應(yīng)該擁有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，以維持大型電氣設(shè)備的應(yīng)用性能。

2 自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型設(shè)計(jì)

根據(jù)第1節(jié)給出的“并行分布”和“高度可擴(kuò)展性”的設(shè)計(jì)原則，對大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

假設(shè)大型電氣設(shè)備中的母設(shè)備獲取到的自動(dòng)化控制任務(wù)調(diào)度順序?yàn)?，（為自?dòng)化控制任務(wù)的數(shù)量），將按照上述調(diào)度順序進(jìn)行調(diào)度工作的子設(shè)備設(shè)為，用表示這些子設(shè)備的開啟時(shí)間。為了增強(qiáng)所設(shè)計(jì)大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型的通信性能，并同時(shí)獲取優(yōu)異的調(diào)度穩(wěn)定性，規(guī)定子設(shè)備的開啟時(shí)間必須早于母設(shè)備調(diào)度工作開始時(shí)間，由此設(shè)計(jì)出的任務(wù)合理調(diào)度模型和模型工作流程如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可得，所設(shè)計(jì)的任務(wù)合理調(diào)度模型將大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中總?cè)蝿?wù)量，經(jīng)由母設(shè)備向子設(shè)備依照調(diào)度順序進(jìn)行分配，有：

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

仿真實(shí)驗(yàn)使用3臺(tái)相同規(guī)格、型號(hào)的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分別寫入本文模型、星型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)合理調(diào)度模型和總線型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)合理調(diào)度模型，并對同一大型電器設(shè)備依次進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。每臺(tái)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備都擁有兩個(gè)通信接口，實(shí)驗(yàn)前，將兩個(gè)通信接口的帶寬范圍分別設(shè)為[0 Mb/s，1.5 Mb/s]和[1.5 Mb/s，3.0 Mb/s]?，F(xiàn)進(jìn)行三個(gè)任務(wù)合理調(diào)度模型調(diào)度穩(wěn)定性和通信性能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)共計(jì)進(jìn)行6 h。

3.2 模型調(diào)度穩(wěn)定性驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)中，每隔1 h對三個(gè)系統(tǒng)在兩個(gè)通信接口中的任務(wù)吞吐量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并制成曲線圖，如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可得，在帶寬范圍為[0 Mb/s，1.5 Mb/s]的通信接口1中，三個(gè)模型的任務(wù)吞吐量曲線波動(dòng)均不明顯，本文模型的任務(wù)吞吐量曲線幾乎為直線狀態(tài)。而在帶寬范圍為[1.5 Mb/s，3.0 Mb/s]的通信接口2中，星型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)合理調(diào)度模型和總線型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)合理調(diào)度模型的任務(wù)吞吐量曲線波動(dòng)情況明顯變大，并且下降情況嚴(yán)重。而本文模型的任務(wù)吞吐量曲線僅僅存在細(xì)微波動(dòng)，并無明顯下降，表明本文模型的調(diào)度穩(wěn)定性較好。

3.3 模型通信性能驗(yàn)證

在大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中，通信性能較強(qiáng)的任務(wù)合理調(diào)度模型不容易受到網(wǎng)絡(luò)入侵的影響，并且傳輸速率更快，是增強(qiáng)大型電氣設(shè)備應(yīng)用性能的基礎(chǔ)保障。因此，模型通信性能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)每隔1 h變換一次網(wǎng)絡(luò)入侵類型，每隔10 min記錄下三個(gè)模型在兩個(gè)通信接口中的傳輸速率。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，如圖6、圖7所示。

由圖6、圖7可得，在兩個(gè)通信接口中，本文模型在網(wǎng)絡(luò)入侵下的傳輸速率均高于星型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)合理調(diào)度模型和總線型網(wǎng)絡(luò)任務(wù)合理調(diào)度模型，即網(wǎng)絡(luò)入侵對本文模型的傳輸速率幾乎無影響，表明本文模型具有通信性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié) 論

任務(wù)合理調(diào)度問題一直是各國科研人員研究的難點(diǎn)課題之一，本文設(shè)計(jì)一種調(diào)度穩(wěn)定性好、通信性能強(qiáng)的大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制中任務(wù)合理調(diào)度模型。本文模型將大型電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制看作一種異構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)，并通過模擬網(wǎng)絡(luò)中母設(shè)備與子設(shè)備之間工作關(guān)系，獲取任務(wù)調(diào)度中最為合理的調(diào)度時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)任務(wù)合理調(diào)度。將本文模型與兩種傳統(tǒng)的任務(wù)合理調(diào)度模型進(jìn)行性能對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的模型調(diào)度穩(wěn)定性好，并且通信性能強(qiáng)。

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