RU2634455C2 - System and detecting method of modeling errors - Google Patents

System and detecting method of modeling errors Download PDF

Info

Publication number
RU2634455C2
RU2634455C2 RU2016105563A RU2016105563A RU2634455C2 RU 2634455 C2 RU2634455 C2 RU 2634455C2 RU 2016105563 A RU2016105563 A RU 2016105563A RU 2016105563 A RU2016105563 A RU 2016105563A RU 2634455 C2 RU2634455 C2 RU 2634455C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
state
control
technological
cybernetic
elements
Prior art date
Application number
RU2016105563A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016105563A (en
Inventor
Сергей Владимирович Гордейчик
Андрей Борисович Лаврентьев
Андрей Петрович Духвалов
Original Assignee
Акционерное общество "Лаборатория Касперского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Лаборатория Касперского" filed Critical Акционерное общество "Лаборатория Касперского"
Priority to RU2016105563A priority Critical patent/RU2634455C2/en
Publication of RU2016105563A publication Critical patent/RU2016105563A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634455C2 publication Critical patent/RU2634455C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/50Monitoring users, programs or devices to maintain the integrity of platforms, e.g. of processors, firmware or operating systems
    • G06F21/55Detecting local intrusion or implementing counter-measures

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: invention relates to systems and protection methods of critical infrastructure objects by monitoring the status of such critical infrastructure object as a process system, through a cybernetic control system. The invention is intended for testing a cybernetic control system for the presence of modeling errors. Testing of the cybernetic control system that determines the ideal states of the technological system is carried out by recognizing the ideal state of the technological system defined by the cybernetic system for the time point and deviating from the real state of the technological system, the modeling error based on the confirmed preservation of the functional interrelation of the elements of the technological system.
EFFECT: quality of cybernetic control system testing that determines the ideal conditions of the technological system is increased.
19 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к системам и способам защиты объектов критической инфраструктуры путем контроля состояния такого объекта критической инфраструктуры как технологическая система посредством кибернетической системы контроля.The invention relates to systems and methods for protecting critical infrastructure facilities by monitoring the status of such a critical infrastructure facility as a technological system through a cybernetic monitoring system.

Уровень техникиState of the art

Интерес злоумышленников к объектам критической инфраструктуры за последние несколько лет экспоненциально вырос. Поэтому актуальной стала задача защиты уязвимых для атак объектов критической инфраструктуры, например атак на отказ в обслуживании.The interest of attackers in critical infrastructure over the past few years has grown exponentially. Therefore, the task of protecting vulnerable critical infrastructure objects, such as denial of service attacks, has become urgent.

Самыми популярными методами защиты технологических объектов критической инфраструктуры являются моделирование и фильтрация управляющих параметров, воздействующих на технологические объекты. Варианты имплементации данных методов разнообразны.The most popular methods for protecting technological objects of critical infrastructure are modeling and filtering control parameters that affect technological objects. The options for implementing these methods are diverse.

Например, публикация US 20060034305 описывает способы обнаружения аномалий в работе объектов критической инфраструктуры. Описываемое изобретение позволяет обнаружить фальсификацию управляющих параметров, используемых для управления объектами инфраструктуры. Аномалия (отклонение от нормального функционирования) обнаруживается с помощью мониторинга трафика. Для обнаружения аномалий создается модель нормальной активности объектов критической инфраструктуры.For example, publication US 20060034305 describes methods for detecting anomalies in the operation of critical infrastructure facilities. The described invention allows to detect falsification of control parameters used to control infrastructure. An anomaly (deviation from normal functioning) is detected by monitoring traffic. To detect anomalies, a model of normal activity of critical infrastructure objects is created.

Публикация US 20140189860 описывает способы обнаружения атак путем обнаружения отклонений функционирования системы от нормы, где для обнаружения отклонений используются различные методы, также определяются вектора атаки. Также отписываются способы отличия аномалий от "шумов" (noisy), вызывающих отклонения в частном случае установлением пороговых значений.Publication US 20140189860 describes methods for detecting attacks by detecting deviations in the functioning of the system from the norm, where various methods are used to detect deviations, and attack vectors are also determined. Also, ways to distinguish anomalies from "noisy" are written off, causing deviations in the particular case by setting threshold values.

Таким образом, из уровня техники известно множество методов защиты, а именно известны разные способы построения моделей и способы осуществления контроля, разные способы объединения моделей. Но ни один из предложенных методов не использует систему контроля, позволяющую контролировать управляющие и другие воздействия в АСУ ТП, для разных подсистем/уровней в заданный момент времени.Thus, many methods of protection are known from the prior art, namely, different methods for constructing models and methods for monitoring, different methods for combining models are known. But none of the proposed methods uses a control system that allows controlling and other influences in ACS TP, for different subsystems / levels at a given point in time.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Настоящее изобретение предназначено для тестирования кибернетической системы контроля на наличие ошибок моделирования.The present invention is intended to test a cybernetic control system for the presence of simulation errors.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении качества тестирования кибернетической системы контроля, определяющей идеальные состояния технологической системы, путем признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой для момента времени и отклоняющегося от реального состояния технологической системы ошибкой моделирования на основании подтверждения сохранения функциональной взаимосвязи элементов технологической системы.The technical result of the present invention is to improve the quality of testing a cybernetic control system that determines the ideal state of the technological system by recognizing the ideal state of the technological system defined by the cybernetic system for a point in time and deviating from the real state of the technological system by a modeling error based on confirmation of the preservation of the functional relationship of the elements of the technological system .

Система признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой ошибкой моделирования, при реализации управляющих воздействий субъектами управления многоуровневой подсистемы управления технологической системы на объект управления содержит: технологическую систему, реализующую через изменение состояний субъектов управления изменение состояния объекта управления, при этом технологическая система представляет функционально взаимосвязанную совокупность элементов, таких как объект управления и субъекты управления, которые образуют многоуровневую подсистему управления объектом управления; кибернетическую систему контроля, состоящую из взаимосвязанных кибернетических блоков, где каждый кибернетический блок в отдельности моделирует изменение состояния отдельного элемента технологической системы, при этом взаимосвязь кибернетических блоков в кибернетической системе повторяет взаимосвязь элементов технологической системы, изменение состояния которых блоки моделируют, кибернетическая система контроля предназначена для определения идеального состояния технологической системы и ее элементов для момента времени путем моделирования, а также для определения идеального состояния элементов технологической системы путем моделирования при заданном состоянии одного из элементов технологической системы; и модуль контроля, связанный с технологической системой и с кибернетической системой контроля, предназначенный для:The system for recognizing the ideal state of a technological system defined by a cybernetic system as a modeling error when implementing control actions by control entities of a multi-level control subsystem of a technological system on a control object contains: a technological system that implements a change in the state of the control object through a change in the state of control subjects, while the technological system is functionally interconnected collection of elements such as an object is managed Oia and the subjects of management, which form a multi-level subsystem of management of the control object; a cybernetic control system consisting of interconnected cybernetic blocks, where each cybernetic block individually models the state change of an individual element of the technological system, while the interconnection of cybernetic blocks in the cybernetic system repeats the interconnection of the elements of the technological system, the state of which the blocks are simulated, the cybernetic control system is designed to determine ideal condition of the technological system and its elements for a moment in time by modeling, as well as to determine the ideal state of the elements of the technological system by modeling at a given state one of the elements of the technological system; and a control module associated with the technological system and with the cybernetic control system, intended for:

- получения реального состояния технологической системы и ее элементов в произвольный момент времени, где реальное состояние технологической системы определяется совокупностью состояний ее элементов;- obtaining the real state of the technological system and its elements at an arbitrary point in time, where the real state of the technological system is determined by the set of states of its elements;

- инициализации кибернетической системы контроля путем синхронизации кибернетической системы контроля с технологической системой по времени или по состоянию одного из элементов технологической системы;- initialization of the cybernetic control system by synchronizing the cybernetic control system with the technological system in time or as one of the elements of the technological system;

- сравнения полученного реального состояния технологической системы и ее элементов с идеальным состоянием технологической системы и ее элементов, определенным кибернетической системой контроля;- comparing the obtained real state of the technological system and its elements with the ideal state of the technological system and its elements, determined by the cybernetic control system;

- обнаружения в результате сравнения отклонения реального состояния технологической системы от идеального состояния, определенного кибернетической системой контроля;- detection, as a result of comparison, of deviations of the real state of the technological system from the ideal state determined by the cybernetic control system;

- проверки целостности функциональной взаимосвязи состояний элементов технологической системы, где сравнивают идеальное состояние субъектов управления технологической системы, определенное кибернетической системой при заданном состоянии объекта управления, с реальным состоянием субъектов управления технологической системы при том же состоянии объекта управления;- checking the integrity of the functional relationship between the states of the elements of the technological system, which compares the ideal state of the control subjects of the technological system determined by the cybernetic system for a given state of the control object with the real state of the control subjects of the technological system with the same state of the control object;

- признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой для момента времени, ошибкой моделирования на основании подтвержденной сохраненной функциональной взаимосвязи элементов технологической системы.- recognition of the ideal state of the technological system, defined by the cybernetic system for a moment in time, as a modeling error based on the confirmed preserved functional relationship of the technological system elements.

Способ признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой ошибкой моделирования, при реализации управляющих воздействий субъектами управления многоуровневой подсистемы управления технологической системы на объект управления, где субъекты управления и объект управления являются функционально взаимосвязанными элементами технологической системы, а совокупность функционально взаимосвязанных состояний субъектов управления и объекта управления определяют реальное состояние технологической системы в момент времени, в котором на первом шаге инициализируют кибернетическую систему контроля, путем синхронизации кибернетической системы контроля с технологической системой по времени или по состоянию элемента технологической системы. Далее получают реальное состояние технологической системы и ее элементов в произвольный момент времени; определяют идеальное состояние технологической системы и ее элементов для того же момента времени путем моделирования выполненного кибернетической системой контроля. Полученное реальное состояние технологической системы сравнивают с идеальным состоянием технологической системы определенным кибернетической системой для того же момента времени. Обнаруживают в результате сравнения отклонение реального состояния технологической системы от идеального состояния определенного кибернетической системой контроля, при этом если отклонение не обнаружено, повторяют шаги от получения реального состояния. После обнаружения отклонения проверяют целостность функциональной взаимосвязи состояний элементов технологической системы, где:A method for recognizing the ideal state of a technological system determined by a cybernetic system as a modeling error when implementing control actions by control subjects of a multi-level control subsystem of a technological system on a control object, where control subjects and control object are functionally interconnected elements of the technological system, and a set of functionally interconnected states of control subjects and object controls determine the real state of technological system at the point in time at which the cybernetic control system is initialized in the first step by synchronizing the cybernetic control system with the technological system in time or according to the state of the technological system element. Then get the real state of the technological system and its elements at an arbitrary point in time; determine the ideal state of the technological system and its elements for the same moment in time by modeling the control performed by the cybernetic system. The obtained real state of the technological system is compared with the ideal state of the technological system by a specific cybernetic system for the same moment in time. As a result of comparison, the deviation of the real state of the technological system from the ideal state determined by the cybernetic control system is detected, and if the deviation is not detected, the steps from obtaining the real state are repeated. After detecting deviations, check the integrity of the functional relationship of the states of the elements of the technological system, where:

- инициализируют кибернетическую модель реальным состоянием объекта управления, полученным ранее;- initialize the cybernetic model with the real state of the control object obtained earlier;

- определяют идеальное состояние субъектов управления при состоянии объекта управления, полученном на шаге б), путем моделирования, выполненного кибернетической системой контроля;- determine the ideal state of the control subjects with the state of the control object obtained in step b), by modeling performed by the cybernetic control system;

- сравнивают идеальное состояние субъектов управления технологической системы, определенное кибернетической системой для состояния объекта управления, полученного на шаге б), с реальным состоянием субъектов управления технологической системы, полученным ранее;- compare the ideal state of the control entities of the technological system defined by the cybernetic system for the state of the control object obtained in step b) with the real state of the control entities of the technological system obtained earlier;

- обнаруживают отсутствие функциональной взаимосвязи между элементами технологической системы, когда в результате сравнения идеального состояния субъектов управления технологической системы, определенного кибернетической системой для реального состояния объекта управления, полученного ранее, с реальным состоянием субъектов управления технологической системы, полученными тогда же, отклонение не обнаружено.- detect the absence of a functional relationship between the elements of the technological system when, as a result of comparing the ideal state of the control subjects of the technological system defined by the cybernetic system for the real state of the control object obtained earlier with the real state of the control subjects of the technological system obtained at the same time, the deviation is not detected.

Признают идеальное состояние технологической системы, определенное кибернетической системой для момента времени ранее ошибкой моделирования на основании подтвержденного сохранения функциональной взаимосвязи элементов технологической системы.The ideal state of the technological system determined by the cybernetic system for a point in time earlier is recognized as a modeling error based on the confirmed preservation of the functional relationship of the elements of the technological system.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сопровождающие чертежи включены для обеспечения дополнительного понимания изобретения и составляют часть этого описания, показывают варианты осуществления изобретения и совместно с описанием служат для объяснения принципов изобретения.The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention and form part of this description, show embodiments of the invention, and together with the description serve to explain the principles of the invention.

Заявленное изобретение поясняется чертежами:The claimed invention is illustrated by drawings:

Фиг. 1а схематично изображен пример технологической системы;FIG. 1a schematically shows an example of a technological system;

Фиг. 1б схематично изображен частный случай имплементации технологической системы;FIG. 1b schematically shows a special case of the implementation of a technological system;

Фиг. 2 схематично изображена кибернетическая система контроля;FIG. 2 schematically depicts a cybernetic control system;

Фиг. 3 схематично изображена система контроля над функционированием технологической системы посредством кибернетической системы;FIG. 3 schematically shows a control system over the operation of a technological system by means of a cybernetic system;

Фиг. 4 изображен способ работы системы контроля;FIG. 4 shows a method of operating a control system;

Фиг. 5 изображен способ проверки целостности функциональной взаимосвязи состояний элементов технологической системы.FIG. 5 depicts a method for checking the integrity of the functional relationship of the states of elements of a technological system.

Фиг. 6 изображен пример системы контроля.FIG. 6 shows an example of a control system.

Фиг. 7 изображен пример компьютерной системы общего назначения.FIG. 7 shows an example of a general purpose computer system.

Хотя изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, характерные признаки, показанные в качестве примера на чертежах, будут описаны подробно. Следует понимать, однако, что цель описания заключается не в ограничении изобретения конкретным его воплощением. Наоборот, целью описания является охват всех изменений, модификаций, входящих в рамки данного изобретения, как это определено приложенной формуле.Although the invention may have various modifications and alternative forms, the characteristic features shown by way of example in the drawings will be described in detail. It should be understood, however, that the purpose of the description is not to limit the invention to its specific embodiment. On the contrary, the purpose of the description is to cover all changes, modifications that are included in the scope of this invention, as defined by the attached formula.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Объекты и признаки настоящего изобретения, способы для достижения этих объектов и признаков станут очевидными посредством отсылки к примерным вариантам осуществления. Однако настоящее изобретение не ограничивается примерными вариантами осуществления, раскрытыми ниже, оно может воплощаться в различных видах. Приведенное описание предназначено для помощи специалисту в области техники для исчерпывающего понимания изобретения, которое определяется только в объеме приложенной формулы.The objects and features of the present invention, methods for achieving these objects and features will become apparent by reference to exemplary embodiments. However, the present invention is not limited to the exemplary embodiments disclosed below, it can be embodied in various forms. The above description is intended to help a person skilled in the art for a comprehensive understanding of the invention, which is defined only in the scope of the attached claims.

Объект управления - технологический объект, на который направляются внешние воздействия (управляющие и/или возмущающие) с целью изменения его состояния, в частном случае такими объектами являются устройство или технологический процесс (или его часть).Control object - a technological object, to which external influences (control and / or disturbing) are directed in order to change its state, in the particular case, such objects are a device or a technological process (or part of it).

Технологический процесс (ТП) - процесс материального производства, заключающийся в последовательной смене состояний материальной сущности (предмета труда).Technological process (TP) - the process of material production, which consists in the sequential change of states of a material entity (subject of labor).

Внешнее воздействие - способ изменения состояния элемента, на которое направлено воздействие (например, элемента технологической системы (ТС)), в определенном направлении, воздействие от элемента ТС к другому элементу ТС передается в виде сигнала.External impact - a method of changing the state of the element that the impact is directed to (for example, an element of a technological system (TS)) in a certain direction, the effect from the TS element to another TS element is transmitted in the form of a signal.

Состояние объекта управления - совокупность его существенных свойств, выраженных параметрами состояний, изменяемых или удерживаемых под влиянием внешних воздействий, в том числе и управляющих воздействий со стороны подсистемы управления. Параметр состояния - одно или несколько числовых значений, характеризующих существенное свойство объекта, в частном случае параметр состояния является числовым значением физической величиной.The state of the control object is a set of its essential properties expressed by the parameters of states that are changed or held under the influence of external influences, including control actions from the control subsystem. A state parameter is one or more numerical values characterizing an essential property of an object; in a particular case, a state parameter is a numerical value of a physical quantity.

Формальное состояние объекта управления - состояние объекта управления, соответствующее технологической карте и другой технологической документации (если речь идет о ТП) или расписанию движения (если речь идет об устройстве).The formal state of the control object is the state of the control object that corresponds to the flow chart and other technological documentation (if it is a TP) or a timetable (if it is a device).

Управляющее воздействие - целенаправленное (цель воздействия - воздействие на состояние объекта) легитимное (предусмотренное ТП) внешнее воздействие со стороны субъектов управления подсистемы управления на объект управления, приводящее к изменению состояния объекта управления или удержанию состояния объекта управления.Control action - targeted (the purpose of the impact is the impact on the state of the object) is the legitimate (provided by TP) external impact from the control entities of the control subsystem on the control object, leading to a change in the state of the control object or to the state of the control object.

Возмущающее воздействие - целенаправленное или нецеленаправленное нелегитимное (непредусмотренное ТП) внешнее воздействие на состояние объекта управления, в том числе и со стороны субъекта управления.Indignant impact - targeted or unfocused illegitimate (unintended TP) external impact on the state of the control object, including from the control subject.

Субъект управления - устройство, которое направляет управляющее воздействие на объект управления или передает управляющее воздействие другому субъекту управления для преобразования перед непосредственным направлением на объект.Management subject - a device that directs a control action to a control object or transfers a control action to another control subject for conversion before directing it to an object.

Многоуровневая подсистема управления - включающая несколько уровней совокупность субъектов управления.A multi-level management subsystem - including several levels of a set of management entities.

Технологическая система (ТС) - функционально взаимосвязанная совокупность субъектов управления многоуровневой подсистемы управления и объекта управления (ТП или устройство), реализующая через изменение состояний субъектов управления изменение состояния объекта управления. Структуру технологической системы образуют основные элементы технологической системы (взаимосвязанные субъекты управления многоуровневой подсистемы управления и объект управления), а также связи между этими элементами. В том случае, когда объектом управления в технологической системе является технологический процесс, конечной целью управления является: через изменение состояния объекта управления изменить состояние предмета труда (сырья, заготовки и т.д.). В том случае, когда объектом управления в технологической системе является устройство, конечной целью управления является изменение состояния устройства (транспортное средство, космический объект). Функциональная взаимосвязь элементов ТС подразумевает взаимосвязь состояний этих элементов. При этом непосредственной физической связи между элементами может и не быть, например, физическая связь между исполнительными механизмами и технологической операцией отсутствует, но та же скорость резания функционально связана с частотой вращения шпинделя, несмотря на то, что физически эти параметры состояний не связаны.A technological system (TS) is a functionally interconnected set of control subjects of a multilevel control subsystem and a control object (TP or device) that implements, through a change in the state of control subjects, a change in the state of the control object. The structure of the technological system is formed by the basic elements of the technological system (interconnected control subjects of a multi-level control subsystem and the control object), as well as the relationships between these elements. In the case where the control object in the technological system is a technological process, the ultimate goal of control is: through changing the state of the control object to change the state of the subject of labor (raw materials, billets, etc.). In the case when the control object in the technological system is a device, the ultimate goal of control is to change the state of the device (vehicle, space object). The functional relationship of the elements of the TS implies the relationship of the states of these elements. In this case, there may not be a direct physical connection between the elements, for example, there is no physical connection between the actuators and the technological operation, but the same cutting speed is functionally related to the spindle speed, despite the fact that these state parameters are not physically connected.

Состояние субъекта управления - совокупность его существенных свойств, выраженных параметрами состояний, изменяемых или удерживаемых под влиянием внешних воздействий.The state of the subject of control is the totality of its essential properties, expressed by the parameters of states that are changed or held under the influence of external influences.

Существенными свойствами (соответственно и существенными параметрами состояния) субъекта управления являются свойства, оказывающие непосредственное влияние на существенные свойства состояния объекта управления. При этом существенными свойствами объекта управления являются свойства, оказывающие непосредственное влияние на контролируемые факторы (точность, безопасность, эффективность) функционирования ТС. Например, соответствие режимов резания формально заданным режимам, движение поезда в соответствии с расписанием, удержание температуры реактора в допустимых границах. В зависимости от контролируемых факторов выбираются параметры состояния объекта управления и соответственно связанные с ними параметры состояний субъектов управления, оказывающих управляющее воздействие на объект управления.The essential properties (respectively, and the essential state parameters) of the control subject are properties that directly affect the essential properties of the state of the control object. In this case, the essential properties of the control object are those that have a direct impact on the controlled factors (accuracy, safety, efficiency) of the functioning of the vehicle. For example, the correspondence of cutting modes to formally specified modes, the movement of the train in accordance with the schedule, and the retention of the temperature of the reactor within acceptable limits. Depending on the controlled factors, the state parameters of the control object and, accordingly, the associated state parameters of the control entities that have a control effect on the control object are selected.

Состояние элемента технологической системы - состояние субъекта управления, объекта управления.The state of the element of the technological system is the state of the subject of control, the control object.

Реальное состояние элемента технологической системы - состояние элемента технологической системы в некоторый момент времени воздействия на объект управления, определенное путем измерения параметров состояний и перехвата сигналов (трафика) между элементами ТС. Измерение параметров состояния осуществляется, например, с помощью датчиков установленных в ТС.The real state of the element of the technological system is the state of the element of the technological system at some point in time of the impact on the control object, determined by measuring the state parameters and intercepting signals (traffic) between the elements of the vehicle. The measurement of state parameters is carried out, for example, using sensors installed in the vehicle.

Реальное состояние технологической системы - совокупность взаимосвязанных реальных состояний элементов технологической системы.The real state of the technological system is a set of interconnected real states of the elements of the technological system.

Кибернетический блок - элемент кибернетической системы контроля, описывающий процесс функционирования (моделирующий изменение состояния) элемента технологической системы.A cybernetic block is an element of a cybernetic control system that describes the functioning process (simulating a state change) of an element of a technological system.

Идеальное состояние элемента технологической системы (состояние кибернетического блока) - состояние элемента технологической системы в некоторый момент времени воздействия на объект управления, определенное кибернетическим блоком в результате моделирования.The ideal state of an element of a technological system (state of a cybernetic block) is the state of an element of a technological system at some moment of time affecting a control object determined by a cybernetic block as a result of modeling.

Кибернетическая система контроля - совокупность взаимосвязанных (связь состояний) кибернетических блоков, моделирующая изменение состояния технологической системы в целом, взаимосвязь кибернетических блоков в кибернетической системе повторяет взаимосвязь соответствующих блоков элементов в технологической системе. Кибернетические блоки соединены связями, связь носит сигнальный характер. Сигнал между кибернетическими блоками - идеальный эквивалент внешнего воздействия на элемент в ТС, тождественный блоку (сигналу между элементами ТС).A cybernetic control system is a set of interconnected (state relationships) cybernetic blocks, simulating a change in the state of the technological system as a whole, the interconnection of cybernetic blocks in a cybernetic system repeats the interconnection of the corresponding blocks of elements in the technological system. Cybernetic blocks are connected by links, the connection is of a signal nature. The signal between the cybernetic blocks is the ideal equivalent of the external influence on the element in the vehicle, identical to the block (signal between the elements of the vehicle).

Идеальное состояние технологической системы (состояние кибернетической системы контроля) - состояние технологической системы, определенное кибернетической системой контроля в результате моделирования.The ideal state of the technological system (the state of the cybernetic control system) is the state of the technological system determined by the cybernetic control system as a result of modeling.

Пространство состояний - способ формализации изменения состояний динамической системы (технологической системы или кибернетической системы).The state space is a way of formalizing changes in the states of a dynamic system (technological system or cybernetic system).

Ошибка моделирования - идеальное состояние, полученное в результате моделирования, которое не соответствует реальному состоянию, при этом реальное состояние соответствует формально заданному состоянию. Например, температура в печи 1000°С (реальное состояние), технология также предусматривает в данный момент времени температуру в печи 1000°С (формальное состояние), а в результате моделирования прогнозируемая температура в печи в данный момент времени должна равняться 1200°С. Таким образом, смоделированное значение температуры в печи в данный момент времени (идеальное состояние) является ошибочным или имеет место ошибка моделирования.Simulation error - an ideal state obtained as a result of modeling that does not correspond to the real state, while the real state corresponds to the formally given state. For example, the temperature in the furnace is 1000 ° С (real state), the technology also provides for a temperature in the furnace at 1000 ° С (formal state) at the given moment, and as a result of the simulation, the predicted temperature in the furnace at the given time should be equal to 1200 ° С. Thus, the simulated temperature value in the furnace at a given time (ideal state) is erroneous or a simulation error occurs.

На Фиг. 1а схематично изображен пример технологической системы 100, технологическая система включает в себя элементы 110а и 110б, где элементы ТС: объект управления 110а; субъекты управления 110б, образующие многоуровневую подсистему управления 120; горизонтальные связи 130а и вертикальные связи 130б. Субъекты управления 110б сгруппированы по уровням 140.In FIG. 1a, an example of a technological system 100 is schematically shown, the technological system includes elements 110a and 110b, where the elements of the vehicle are: control object 110a; control entities 110b forming a multi-level control subsystem 120; horizontal ties 130a and vertical ties 130b. Management entities 110b are grouped into 140 levels.

На Фиг. 1б схематично изображен частный случай имплементации технологической системы 100'. Объектом управления 110а' является ТП или устройство, на объект управления 110а' направляются управляющие воздействия, которые вырабатываются и реализуются автоматизированной системой управления (АСУ) 120', в АСУ различают три уровня 140', состоящих из субъектов управления 110б', взаимосвязанных между собой как по горизонтали горизонтальными связями (связи внутри уровня, на фигуре не указаны), так и по вертикали вертикальные связи 130б' (связи между уровнями). Взаимосвязи являются функциональными, т.е. в общем случае изменение состояния субъекта управления 110б' на одном уровне вызывает изменение состояний связанных с ним субъектов управления 110б' на этом уровне и других уровнях. Информация об изменении состояния субъекта управления передается в виде сигнала по горизонтальным и вертикальным связям, установленным между субъектами управления, т.е. информация об изменении состояния рассматриваемого субъекта управления является внешним воздействием по отношению к другим субъектам управления 110б'. Уровни 140' в АСУ 120' выделяют в соответствии с назначением субъектов управления 110б'. Количество уровней может варьироваться в зависимости от сложности автоматизированной системы управления 120'. Простые системы могут содержать в себе один или несколько нижних уровней. Для физической связи элементов ТС (110а, 110б) и подсистем ТС 100 используются проводные сети, беспроводные сети, интегральные микросхемы, для логической связи между элементами ТС (110а, 110б) и подсистемами ТС 100 используются Ethernet, промышленный Ethernet, я промышленные сети. При этом промышленные сети и протоколы используются различных типов и стандартов: Profibus, FIP, ControlNet, Interbus-S, DeviceNet, P-NET, WorldFIP, LongWork, Modbus и др.In FIG. 1b schematically shows a particular case of the implementation of the technological system 100 '. The control object 110a 'is a TP or device, control actions that are generated and implemented by the automated control system (ACS) 120' are directed to the control object 110a ', three levels 140' are distinguished in the ACS, consisting of control entities 110b 'interconnected as horizontally by horizontal ties (ties within a level are not indicated in the figure), and vertically by vertical ties 130b '(ties between levels). Relationships are functional, i.e. in the general case, a change in the state of the control subject 110b 'at one level causes a change in the states of the associated control subjects 110b' at this level and other levels. Information about the change in the state of the control subject is transmitted in the form of a signal along the horizontal and vertical links established between the control subjects, i.e. information about the change in the state of the control subject under consideration is an external impact in relation to other control subjects 110b '. Levels 140 'in ACS 120' allocate in accordance with the purpose of the subjects of control 110b '. The number of levels may vary depending on the complexity of the automated control system 120 '. Simple systems can contain one or more lower levels. For physical communication between the elements of the TS (110a, 110b) and subsystems of the TS 100, wired networks, wireless networks, integrated circuits are used, for logical communication between the elements of the TS (110a, 110b) and subsystems of the TS 100, Ethernet, industrial Ethernet, and industrial networks are used. Industrial networks and protocols are used in various types and standards: Profibus, FIP, ControlNet, Interbus-S, DeviceNet, P-NET, WorldFIP, LongWork, Modbus, etc.

Верхний уровень (уровень supervisory control and data acquisition, SCADA) - это уровень диспетчерско-операторского управления, включает в себя, по меньшей мере, следующие субъекты управления: контроллеры, управляющие компьютеры, человеко-машинные интерфейсы (англ. human-machine interface, ΗΜΙ) (на Фиг. 1б изображены в рамках одного субъекта управления SCADA). Уровень предназначен для отслеживания состояний элементов ТС (110а', 110б'), получения и накопления информации о состоянии элементов ТС (110а', 110б') и при необходимости их корректировки.The upper level (supervisory control and data acquisition, SCADA) is the level of dispatch and operator control, includes at least the following control entities: controllers, control computers, human-machine interfaces (human human-machine interface, ΗΜΙ ) (in Fig. 1b are depicted within one SCADA control entity). The level is designed to track the state of the elements of the vehicle (110a ', 110b'), receive and accumulate information about the state of the elements of the vehicle (110a ', 110b') and, if necessary, adjust them.

Средний уровень (уровень CONTROL) - это уровень контроллеров, включает, по меньшей мере, следующие субъекты управления: программируемые логические контроллеры (англ. programmable Logic Controller, PLC), счетчики, реле, регуляторы. Субъекты управления 110б' типа «PLC» получают информацию с субъектов управления типа «контрольно-измерительное оборудование» и субъектов управления 110б' типа «датчики» о состоянии объекта управления 110а'. Субъекты управления типа «PLC» вырабатывают (создают) управляющее воздействие в соответствии с запрограммированным алгоритмом управления на субъекты управления типа «исполнительные механизмы». Исполнительные механизмы его непосредственно реализуют (применяют к объекту управления) на нижнем уровне. Исполнительный механизм - часть исполнительного устройства (оборудования).The middle level (CONTROL level) is the level of controllers, includes at least the following control subjects: programmable logic controllers (English programmable Logic Controller, PLC), counters, relays, controllers. The control entities 110b 'of the "PLC" type receive information from the control entities of the type "control and measuring equipment" and the control entities 110b' of the type "sensors" about the status of the control object 110a '. Control entities of the “PLC” type generate (create) a control action in accordance with the programmed control algorithm for control entities of the “executive mechanisms” type. Executive mechanisms directly implement it (apply to the control object) at the lower level. The actuator is part of the actuator (equipment).

Нижний уровень (уровень Input/Output) - это уровень таких субъектов управления как: датчики (англ. sensors) и измерительные устройства, контролирующих состояние объекта управления 110а', а также исполнительные механизмы (actuators). Исполнительные механизмы непосредственно воздействуют на состояние объекта управления 110а', для приведения его в соответствие с формальным состоянием, т.е. состоянием, соответствующим технологическому заданию, технологической карте или другой технологической документации (если речь идет о ТП) или расписанию движения (если речь идет об устройстве). На этом уровне осуществляется согласование сигналов от субъектов управления 110б' типа «датчики» с входами субъектов управления среднего уровня, и согласование вырабатываемых субъектами управления 110б' типа «PLC» управляющих воздействий с субъектами управления 110б' типа «исполнительные механизмы», которые их реализуют. Исполнительный механизм - это часть исполнительного устройства. Исполнительное устройство осуществляет перемещение регулирующего органа в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора или управляющего устройства. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического управления и в общем случае состоят из блоков:The lower level (Input / Output level) is the level of such control subjects as: sensors (English sensors) and measuring devices that monitor the state of the control object 110a ', as well as actuators (actuators). Actuators directly affect the state of the control object 110a ', to bring it into line with the formal state, i.e. the state corresponding to the technological task, the technological map or other technological documentation (if it is a TP) or a timetable (if it is a device). At this level, signals from control entities 110b 'of the “sensor” type are matched with inputs of middle-level control entities, and the control actions generated by control entities 110b' of the PLC type are matched with control entities of the 110b type of actuators that implement them. The actuator is part of the actuator. The actuator moves the regulatory body in accordance with the signals from the controller or control device. Actuators are the last link in the automatic control circuit and generally consist of blocks:

- устройства усиления (контактор, частотный преобразователь, усилитель, и т.п.);- amplification devices (contactor, frequency converter, amplifier, etc.);

- исполнительного механизма (электро-, пневмо-, гидропривод) с элементами обратной связи (датчики положения выходного вала, сигнализации конечных положений, ручного привода и т.п.);- an actuator (electric, pneumatic, hydraulic) with feedback elements (sensors of the position of the output shaft, alarm end positions, manual drive, etc.);

- регулирующего органа (вентили, клапаны, заслонки, шиберы и т.п.).- regulatory body (valves, valves, dampers, gates, etc.).

В зависимости от условий применения исполнительные устройства конструктивно могут различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств обычно относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.Depending on the conditions of use, actuators can be structurally different from each other. The main blocks of actuators usually include actuators and regulatory bodies.

В частном случае исполнительное устройство в целом называют исполнительным механизмом.In a particular case, the actuator is generally called the actuator.

На Фиг. 2 изображена кибернетическая система контроля (КСК) 200. КСК состоит из кибернетических блоков (КБ) 210. КСК 200 моделирует изменение состояние ТС посредством моделирования изменения состояний элементов ТС (110а и 110б). Каждый кибернетический блок 210 КСК однозначно соответствует (тождественен) элементу ТС. Горизонтальные связи 230а и вертикальные связи 230б между кибернетическими блоками однозначно соответствуют горизонтальным связям 130а и вертикальным связям 130б между тождественными элементами ТС (110а, 110б). Кибернетический блок 210 устанавливает причинно-следственные связи (зависимости) между входными и выходными сигналами. Входным сигналом кибернетического блока 210 является выходной сигнал кибернетического блока 210, занимающего логически или структурно более высокое положение по отношению к рассматриваемому кибернетическому блоку 210. В частном случае для кибернетических блоков 210 верхнего уровня входным является сигнал обратной связи блока самого нижнего уровня. Например, есть кибернетический блок, описывающий процессы электронагревательной печи. Входным сигналом этого блока является информация о напряжении нагревателя (напряжение нагревателя является параметром состояния нагревателя), а выходным сигналом этого блока информация о температуре печи (температура печи является параметром состояния печи), связь входа и выхода описывается функциональным оператором (дифференциальным уравнением). Выходной сигнал КБ 210 однозначно определяется состоянием данного КБ 210, т.е. параметры состояний КБ 210 и выходной сигнал функционально или корреляционно взаимосвязаны, в свою очередь параметры состояния однозначно определяются входным сигналом (управляющим воздействием), таким образом, для описания КБ 210 используется одна из форм описания связи входных и выходных параметров, такими формами являются модели. Варианты моделей и соответственно способы моделирования (описания причинно-следственной связи) могут быть разнообразными. При определении способа моделирования выбирают, по меньшей мере, между:In FIG. 2 shows a cybernetic control system (KSK) 200. KSK consists of cybernetic blocks (KB) 210. KSK 200 simulates a change in the state of a vehicle by modeling changes in the state of elements of a vehicle (110a and 110b). Each cybernetic block 210 KSK unambiguously corresponds (is identical) to a TS element. Horizontal communications 230a and vertical communications 230b between cybernetic blocks uniquely correspond to horizontal communications 130a and vertical communications 130b between identical TS elements (110a, 110b). The cybernetic block 210 establishes a causal relationship (dependency) between the input and output signals. The input signal of the cybernetic block 210 is the output signal of the cybernetic block 210, which is logically or structurally higher in relation to the considered cybernetic block 210. In the particular case of the upper level cybernetic blocks 210, the input signal is the feedback of the lowest level block. For example, there is a cybernetic unit that describes the processes of an electric heating furnace. The input signal of this block is information about the voltage of the heater (heater voltage is a parameter of the state of the heater), and the output signal of this block is information about the temperature of the furnace (the temperature of the furnace is a parameter of the state of the furnace), the input-output relationship is described by a functional operator (differential equation). The output signal of KB 210 is uniquely determined by the state of this KB 210, i.e. the state parameters of KB 210 and the output signal are functionally or correlated, in turn, the state parameters are uniquely determined by the input signal (control action), thus, to describe the KB 210, one of the forms for describing the relationship of input and output parameters is used, such forms are models. Variants of models and, accordingly, modeling methods (descriptions of a causal relationship) can be varied. In determining the modeling method, at least between:

- математической моделью;- a mathematical model;

- логической моделью;- a logical model;

- численной моделью;- numerical model;

- физической моделью;- a physical model;

- имитационной моделью.- a simulation model.

При выборе способа моделирования учитывают, по меньшей мере, следующие критерии:When choosing a modeling method, at least the following criteria are taken into account:

- сущность элемента ТС (110а или 110б), моделирование изменения состояний которого осуществляется кибернетическим блоком;- the essence of the TS element (110a or 110b), the simulation of the change of state of which is carried out by a cybernetic block;

- требуемую точность моделирования (допустимое отклонение моделируемых процессов от реальных процессов) изменения состояний элемента ТС (110а или 110б);- the required accuracy of the simulation (the tolerance of the simulated processes from real processes) changes in the state of the TS element (110a or 110b);

- набор исходных данных об элементах ТС (количество элементов ТС, тип элементов ТС, способ физической и логической связи между элементами ТС и т.д.);- a set of source data about the elements of the vehicle (the number of elements of the vehicle, the type of elements of the vehicle, the method of physical and logical connection between the elements of the vehicle, etc.);

- сложность формального описания процессов в технологической системе 100, где процесс есть изменение состояния элементов технологической системы (именно в таких условиях, когда невозможно или относительно сложно однозначно описать систему или ее поведение с помощью математических формул используются имитационные модели и соответственно корреляционные связи между КБ).- the complexity of the formal description of the processes in the technological system 100, where the process is a change in the state of the elements of the technological system (precisely in such conditions when it is impossible or relatively difficult to uniquely describe the system or its behavior using mathematical formulas, simulation models and, accordingly, correlation relationships between design bureaus are used).

Поэтому КСК 200 может включать кибернетические блоки 210, которые используют разные модели. Также для кибернетического блока 210 может применяться более чем одна модель, и в зависимости от ситуации осуществляют выбор между той или иной готовой (обученной) моделью для кибернетического блока (описано далее). В частном случае для обучения используется data-driven подход, в другом случае используется формальное описание технологического процесса и технологической системы (технологическая документация, программные проекты, описание конечных и клеточных автоматов и т.д.).Therefore, KSK 200 may include cybernetic blocks 210 that use different models. Also, for the cybernetic block 210, more than one model can be used, and depending on the situation, a choice is made between one or another ready-made (trained) model for the cybernetic block (described later). In a particular case, a data-driven approach is used for training, in another case, a formal description of the technological process and technological system is used (technological documentation, software projects, description of finite and cellular automata, etc.).

На Фиг. 3 изображена система контроля 300. Система контроля 300 предназначена для осуществления контроля над функционированием ТС 100 посредством КСК 200 при реализации управляющих воздействий субъектами управления 110б многоуровневой подсистемы управления 120 ТС 100 на объект управления 110а. При этом субъекты управления 110б и объект управления 110а являются функционально взаимосвязанными элементами технологической системы 100, а совокупность функционально взаимосвязанных состояний субъектов управления 110б и объекта управления 110а определяют реальное состояние ТС 100 в момент времени. Система контроля 300 содержит ТС 100, реализующую через изменение состояний субъектов управления 110б изменение состояния объекта управления 110а, при этом ТС 100 представляет функционально взаимосвязанную совокупность элементов, а именно:In FIG. 3, the control system 300 is shown. The control system 300 is designed to control the functioning of the TS 100 by means of KSK 200 when implementing control actions by the control entities 110b of the multi-level control subsystem 120 of the TS 100 on the control object 110a. In this case, the control entities 110b and the control object 110a are functionally interconnected elements of the technological system 100, and the set of functionally interconnected states of the control entities 110b and the control object 110a determine the real state of the vehicle 100 at a time. The control system 300 contains a TS 100 that implements, through a change in the state of control subjects 110b, a change in the state of a control object 110a, while the TS 100 represents a functionally interconnected set of elements, namely:

- объекта управления 110а;- control object 110a;

- субъектов управления 110б, образующих многоуровневую подсистему управления объектом управления 120.- management entities 110b, forming a multi-level subsystem for managing the control object 120.

Также система контроля 300 содержит КСК 200, состоящую из взаимосвязанных кибернетических блоков 210, где каждый КБ 210 в отдельности моделирует изменение состояния отдельного элемента ТС (110а или 110б), при этом взаимосвязь кибернетических блоков 210 в КСК 200 повторяет взаимосвязь элементов ТС (110а, 110б), изменение состояния которых блоки моделируют, но в отличие от взаимосвязей в ТС 100 (зависимости состояния одного элемента ТС от состояния другого элемента ТС), взаимосвязи между блоками в КСК 200 могут иметь корреляционный характер, функциональный характер, смешанный характер (часть блоков связана корреляционно, другая функционально). КСК 200 в рамках системы контроля 300 используется для:The control system 300 also contains KSK 200, consisting of interconnected cybernetic blocks 210, where each KB 210 individually models the state change of an individual TS element (110a or 110b), while the interconnection of cybernetic blocks 210 in KSK 200 repeats the interconnection of TS elements (110a, 110b ), the state of which the blocks model, but in contrast to the relationships in the TS 100 (the dependence of the state of one TS element on the state of another TS element), the relationships between the blocks in KSK 200 can be correlated, functional actor mixed character (part blocks associated correlation, other functionally). KSK 200 within the control system 300 is used for:

- определения идеального состояния технологической системы и ее элементов для момента времени путем моделирования;- determining the ideal state of the technological system and its elements for a point in time by modeling;

• при этом, в частном случае, сам процесс моделирования осуществляется непрерывно, и результаты сохраняется в базу идеальных состояний (БИС) 330, а для момента времени состояние предоставляется по запросу к БИС 330;• in this case, in a particular case, the modeling process itself is carried out continuously, and the results are stored in the base of ideal states (LSI) 330, and for a point in time the state is provided upon request to LSI 330;

- определения идеального состояния элементов ТС путем моделирования при заданном состоянии одного из элементов ТС.- determining the ideal state of the elements of the vehicle by modeling for a given state of one of the elements of the vehicle.

Система контроля 300 содержит модуль контроля 310, связанный с ТС 100 и с КСК 200, предназначенный для:The control system 300 includes a control module 310 associated with the TS 100 and with the KSK 200, designed for:

- получения реального состояния ТС и ее элементов в произвольный момент времени или непрерывно, где состояние ТС определяется совокупностью состояний ее элементов;- obtaining the real state of the vehicle and its elements at an arbitrary point in time or continuously, where the state of the vehicle is determined by the set of states of its elements;

• при этом при непрерывном получении реальных состояний элементов ТС результаты записываются в базу фиксации методов управления в технологической системе и реальных состояний (БФМУиРС) 340, а для момента времени состояние предоставляется по запросу к БФМУиРС 340;• in this case, while continuously receiving real states of TS elements, the results are recorded in the database of fixation of control methods in the technological system and real states (BFMUiRS) 340, and for a point in time the state is provided upon request to BFMUiRS 340;

- инициализации КСК 200 путем синхронизации КСК 200 с ТС 100 по времени или по состоянию одного из элементов технологической системы;- initialization of KSK 200 by synchronizing KSK 200 with TS 100 in time or as one of the elements of the technological system;

- сравнения полученного реального состояния ТС 100 и ее элементов с идеальным состоянием ТС 100 и ее элементов, определенных КСК 200;- comparing the obtained real state of the TS 100 and its elements with the ideal state of the TS 100 and its elements as determined by KSK 200;

- обнаружения в результате сравнения отклонения реального состояния ТС 100 от идеального состояния ТС 100, определенного КСК 200;- detection, as a result of comparison, of the deviation of the real state of the TS 100 from the ideal state of the TS 100 determined by KSK 200;

- проверки целостности функциональной взаимосвязи состояний элементов ТС (110а, 110б), где сравнивают идеальное состояние субъектов управления ТС 110б, определенное КСК 200 при заданном состоянии объекта управления 110а, с реальным состоянием субъектов управления ТС 110б при том же состоянии объекта управления 110а;- checking the integrity of the functional relationship between the states of the elements of the TS (110a, 110b), where the ideal state of the control entities of the TS 110b, determined by the KSK 200 for a given state of the control object 110a, is compared with the real state of the control entities of the TS 110b with the same state of the control object 110a;

- признания идеального состояния ТС 100, определенного кибернетической системой 200 для момента времени, ошибкой моделирования на основании подтвержденной сохраненной функциональной взаимосвязи элементов технологической системы (110а, 110б);- recognition of the ideal state of the TS 100, defined by the cybernetic system 200 for a point in time, as a modeling error based on the confirmed preserved functional relationship of the elements of the technological system (110a, 110b);

- окончания тестирования кибернетической системы контроля 200;- completion of testing the cybernetic control system 200;

- обнаружения аномалии в контролируемой ТС 100 на основании нарушенной функциональной взаимосвязи элементов технологической системы (110а, 110б).- detection of anomalies in the controlled TC 100 based on the disturbed functional relationship of the elements of the technological system (110a, 110b).

В частном случае модуль контроля 310 перед инициализацией КСК 200 выбирает модели (способ моделирования), которые будут инициализироваться из доступных, для каждого кибернетического блока 210. Например, математическую, имитационную и т.д. Выбор осуществляется на основании критериев, указанных выше, критерии для каждого случая указываются в техническом задании (англ. product requirements document, PRD) в виде качественных требований (точность контроля, эффективность контроля, скорость контроля и т.д.) к системе контроля 300 и существенных свойств элементов ТС (110а, 110б), контроль которой необходимо осуществить. В формализованном виде техническое задание хранится в базе данных 320.In the particular case, the control module 310 before initializing the KSK 200 selects the models (modeling method) that will be initialized from the available ones for each cybernetic block 210. For example, mathematical, simulation, etc. The selection is made on the basis of the criteria mentioned above, the criteria for each case are indicated in the technical task (English product requirements document, PRD) in the form of quality requirements (control accuracy, control efficiency, control speed, etc.) to the control system 300 and essential properties of the elements of the TS (110a, 110b), the control of which must be carried out. In a formalized form, the terms of reference are stored in the database 320.

Система контроля 300 дополнительно может содержать базу данных 320, хранящую формальное описание изменений состояния объекта управления 110а. Формальное описание такого объекта управления 110а как технологический процесс, например, может формализоваться (преобразоваться из одной формы представления информации, например, в виде электронной технологической документации, в другую форму, понятную системе контроля 300, например в базу данных или пространство состояний) на базе технологической документации, поступающей от автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) 120а', и храниться в базе данных 320 в виде пространства состояний. При этом пространство состояний - это частный способ формализации изменения состояний объекта управления 110а.The control system 300 may further comprise a database 320 storing a formal description of the state changes of the control object 110a. A formal description of such a control object 110a as a technological process, for example, can be formalized (transformed from one form of presentation of information, for example, in the form of electronic technological documentation, into another form understandable to the control system 300, for example, into a database or state space) based on the technological documentation coming from the automated enterprise management system (ACSM) 120a ', and stored in database 320 as a state space. Moreover, the state space is a particular way of formalizing the change in state of the control object 110a.

Дополнительно БФМУиРС 340 хранит информацию обо всех воздействиях, изменяющих состояние ТС 100 и ее элементов. БФМУиРС 340 связана как с модулем контроля 310, так и с ТС 100.Additionally, BFMUiRS 340 stores information about all the impacts that change the state of the vehicle 100 and its elements. BFMUiRS 340 is connected both with the control module 310 and with the TS 100.

Возможность получения (измерения, снятия) реальных состояний элементов ТС (110а, 110б) и получения информации о внешних воздействиях обеспечивается связями модуля контроля 310 системы контроля 300 с субъектами управления 110б и с перехватчиками (на фигурах не указаны), установленными на горизонтальных связях 130а и вертикальных связях 130б. Реализуются программными средствами, аппаратными средствами и программно-аппаратными средствами. Перехватчики перехватывают сигналы (трафик) между элементами ТС. Также перехватчики (в виде агентов) устанавливаются на HMI и перехватывают клавиатурный ввод, нажатие кнопок, реакцию оператора на некоторое событие в технологической системе. Состояния также получают от систем мониторинга (например у многих PLC состояние тэгов можно снимать по SNMP или HTTP), журналов событий, сообщений и журналов приложений и т.д. В общем случае перехватчики не затормаживают работу элементов ТС (110а, 110б) и перехват осуществляется без задержек.The possibility of obtaining (measuring, taking) the real states of the elements of the vehicle (110a, 110b) and obtaining information about external influences is provided by the connections of the control module 310 of the control system 300 with control entities 110b and with interceptors (not shown in the figures) installed on horizontal connections 130a and vertical ties 130b. It is implemented by software, hardware and software and hardware. Interceptors intercept signals (traffic) between the elements of the vehicle. Also, interceptors (in the form of agents) are installed on the HMI and intercept keyboard input, button presses, operator reaction to some event in the technological system. States are also obtained from monitoring systems (for example, many PLCs can tag status via SNMP or HTTP), event logs, message and application logs, etc. In the general case, interceptors do not inhibit the operation of vehicle elements (110a, 110b) and interception is carried out without delay.

На Фиг. 4 изображен способ работы системы контроля 300. Система контроля 300 работает в двух режимах, в режиме тестирования КСК 200 на выявление ошибок в моделировании и в режиме тестирования ТС на выявление аномалий (отклонений от нормального функционирования) в функционировании ТС. Оба режима работают параллельно в процессе реализации управляющих воздействий субъектами управления 110б многоуровневой подсистемы управления 120 ТС 100 на объект управления 110а. При этом субъекты управления 110б и объект управления 110а являются функционально взаимосвязанными элементами ТС 100, а совокупность функционально взаимосвязанных состояний субъектов управления 110б и объекта управления 110а определяют реальное состояние ТС 100 в момент времени. На этапе 410 инициализируют КСК 200, путем синхронизации КСК 200 с ТС 100 по времени. Так как модель КСК является идеальным описанием реальных процессов в ТС 100, то состояния ТС 100 (реальное состояние) и состояние КСК 200 (идеальное состояние) в результате инициализации должны совпасть. Допустимо отклонение значений реальных состояний от корреспондирующих им значений идеальных состояний, где допустимость устанавливается на основании технического задания к системе контроля, и значение отклонения рассчитывается как:In FIG. 4 shows the method of operation of the monitoring system 300. The monitoring system 300 operates in two modes, in the testing mode of KSK 200 for detecting errors in the simulation and in the testing mode of the vehicle for detecting anomalies (deviations from normal functioning) in the functioning of the vehicle. Both modes operate in parallel in the process of implementing control actions by the control entities 110b of the multilevel control subsystem 120 TS 100 on the control object 110a. In this case, the control entities 110b and the control object 110a are functionally interconnected elements of the TS 100, and the set of functionally interconnected states of the control entities 110b and the control object 110a determine the real state of the TS 100 at a time. At step 410, the KSK 200 is initialized by synchronizing the KSK 200 with the vehicle 100 in time. Since the KSK model is an ideal description of real processes in the TS 100, the states of the TS 100 (real state) and the state of KSK 200 (ideal state) should coincide as a result of initialization. The deviation of the values of real states from the corresponding values of ideal states is admissible, where the admissibility is established on the basis of the technical specifications for the control system, and the deviation value is calculated as:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Qid - идеальное состояние технологической системы (состояние КСК);where Q id is the ideal state of the technological system (KSK state);

Qr - реальное состояние технологической системы;Q r - the real state of the technological system;

Δ - допустимое отклонение.Δ is the tolerance.

Таким образом, синхронизация есть совмещение пространств состояний ТС 100 и КСК 200. В описанном случае инициализация осуществляется путем совмещения пространства состояний ТС 100 и пространства состояний КСК 200, по одному из параметров состояния, а именно времени. Синхронизация всей КСК 200 осуществляется путем синхронизации каждого кибернетического блока 210 КСК 200 с тождественным ему элементом ТС (110а или 110б).Thus, synchronization is a combination of the state spaces of the TS 100 and KSK 200. In the described case, initialization is carried out by combining the state space of the TS 100 and the state space of KSK 200, according to one of the state parameters, namely time. The synchronization of the entire KSK 200 is carried out by synchronizing each cybernetic block 210 of the KSK 200 with the identical TS element (110a or 110b).

Далее на этапе 420 получают реальное состояние технологической системы 100 и ее элементов (110а, 110б) в произвольный момент времени, а на этапе 430 определяют идеальное состояние технологической системы 100 и ее элементов (110а, 110б) для того же момента времени путем моделирования, выполненного КСК. Идеальным состоянием ТС 100 будет состояние КСК 200 для того же момента времени, так как обе системы должны функционировать синхронно, и КСК 200 изолирована от внешних воздействий в отличие от ТС 100. Поэтому состояние, получаемое от ТС 100, является реальным состоянием ТС 100 (подверженным возмущающим воздействиям), а состояние, определяемое КСК 200, является идеальным состоянием ТС 100 (неподверженным возмущающим воздействиям). После получения реального состояния на этапе 420 и определения идеального состояния ТС 100 на этапе 430 эти состояния сравниваются на этапе 440 (сравниваются параметры состояний). Для сравнения совокупность параметров состояний должна быть выражена определенным образом. Совокупность параметров может быть выражена в виде неупорядоченного набора параметров состояний, упорядоченного набора (кортежа) параметров состояний или в виде функции, значение которой будет отражать состояние системы. Например, при рассмотрении такого объекта управления как технологическая операция механической обработки на токарном станке, ее состояние характеризуется следующими параметрами состояний: глубиной резания (t), подачей (s) и скоростью резания (V). Соответственно совокупность может быть представлена в виде неупорядоченного набора (t,s,V), упорядоченного набора (кортежа) <t,s,V> либо мощности P(t,S,V), которая является функцией от перечисленных параметров состояний. Соответственно состояние технологической системы 100 есть совокупность состояний элементов ТС (110а, 110б), выраженных определенным образом. В свою очередь состояние ТС 100 может быть выраженно в виде последовательности (как упорядоченной, так и неупорядоченной) или функции состояний элементов ТС (110а, 110б).Next, at step 420, the real state of the technological system 100 and its elements (110a, 110b) is obtained at an arbitrary point in time, and at step 430, the ideal state of the technological system 100 and its elements (110a, 110b) is determined for the same point in time by modeling KSK. The ideal state of TS 100 will be the state of KSK 200 for the same time, since both systems must operate synchronously, and KSK 200 is isolated from external influences unlike TS 100. Therefore, the state received from TS 100 is the real state of TS 100 (subject to disturbances), and the state determined by KSK 200 is the ideal state of the TS 100 (unaffected by disturbances). After obtaining the real state at step 420 and determining the ideal state of the vehicle 100 at step 430, these states are compared at step 440 (state parameters are compared). For comparison, the set of state parameters should be expressed in a certain way. The set of parameters can be expressed as an unordered set of state parameters, an ordered set (tuple) of state parameters, or as a function whose value will reflect the state of the system. For example, when considering such a control object as a technological operation of machining on a lathe, its condition is characterized by the following state parameters: cutting depth (t), feed (s) and cutting speed (V). Accordingly, the set can be represented in the form of an unordered set (t, s, V), an ordered set (tuple) <t, s, V> or power P (t, S, V), which is a function of the listed state parameters. Accordingly, the state of the technological system 100 is a set of states of TS elements (110a, 110b), expressed in a certain way. In turn, the state of the TS 100 can be expressed in the form of a sequence (both ordered and disordered) or a function of the state of the elements of the TS (110a, 110b).

После сравнения на этапе 440 полученного реального состояния технологической системы 100 с идеальным состоянием технологической системы 100, определенным кибернетической системой контроля 200 для того же момента времени, если отклонение обнаружено (этап 450) проверяют целостность функциональной взаимосвязи состояний элементов ТС на этапе 460, иначе возвращаются на этап 420.After comparing, at step 440, the obtained real state of the technological system 100 with the ideal state of the technological system 100 determined by the cybernetic control system 200 for the same time, if a deviation is detected (step 450), the integrity of the functional relationship of the state of the elements of the vehicle is checked at step 460, otherwise they return to step 420.

Проверка целостности функциональной взаимосвязи состояний элементов ТС (110а, 110б) основана на единстве состояний элементов ТС (110а, 110б). Как указывалось выше, элементы ТС (110а, 110б) взаимосвязаны, а взаимосвязи являются функциональными, т.е. в общем случае изменение состояние субъекта управления 110б на одном уровне вызывает изменение состояний связанных с ним субъектов управления 110б на этом и других уровнях, а также объекта управления 110а. При нормальном функционировании ТС 100 взаимосвязь не должна нарушаться, т.е. должно быть сохранено единство состояний элементов ТС (110а, 110б) и в момент времени все состояния элементов ТС (110а, 110б) должны быть строго определены и взаимосвязаны. На Фиг. 5 описан способ проверки целостности функциональной взаимосвязи состояний элементов ТС (110а, 110б). На этапе 461 инициализируют КСК 200 реальным состоянием объекта управления 110а, полученным на этапе 420. В результате инициализации КСК 200 реальным состоянием объекта управления определяют идеальное состояние субъектов управления 110б (этап 462) путем моделирования, выполненного кибернетической системой контроля 200 при заданном состоянии объекта управления 110а. На этапе 463 определенные КСК 200 идеальные состояния субъектов управления ТС 110б сравнивают с реальными состояниями субъектов управления ТС 110б, полученными на этапе 420.Checking the integrity of the functional relationship between the states of the elements of the TS (110a, 110b) is based on the unity of the states of the elements of the TS (110a, 110b). As mentioned above, the elements of the TS (110a, 110b) are interconnected, and the interconnections are functional, i.e. in the general case, a change in the state of the control subject 110b at one level causes a change in the states of the associated control subjects 110b at this and other levels, as well as the control object 110a. With the normal functioning of the TS 100, the relationship should not be violated, i.e. the unity of the state of the elements of the TS (110a, 110b) should be maintained and at the time point all the states of the elements of the TS (110a, 110b) should be strictly defined and interconnected. In FIG. 5, a method for checking the integrity of the functional relationship between the states of the elements of the vehicle (110a, 110b) is described. At step 461, the KSK 200 is initialized with the real state of the control object 110a obtained at step 420. As a result of the initialization of the KSK 200 with the real state of the control object, the ideal state of the control subjects 110b is determined (step 462) by modeling performed by the cybernetic control system 200 at a given state of the control object 110a . At step 463, the specific states of the control entities of the TS 110b determined by the KSK 200 are compared with the real states of the control entities of the TS 110b obtained at step 420.

В том случае, если в результате сравнения идеальных состояний субъектов управления технологической системы 110б, определенных КСК 200 при заданном состоянии объекта управления 110а на этапе 462, с реальными состояниями субъектов управления ТС 110б, полученными на этапе 420, отклонений не обнаружено (или они допустимы), подтверждают сохранение функциональной взаимосвязи между элементами ТС (110а, 110б) (единство состояний не нарушено). Таким образом, отклонение, обнаруженное на этапе 450, является ошибкой моделирования и, соответственно, идеальное состояние ТС 100, определенное КСК 200 на этапе 430, признают ошибкой моделирования. Тестирование КСК заканчивается для последующей корректировки моделей (этап 481) КБ 210 (дообучения или переобучения), а для тестирования КСК 200 выбираются другие модели (этап 410). В частном случае дополнительно определяют КБ 210 КСК 200, модель которого спровоцировала ошибку моделирования, и корректируют или заменяют модель данного КБ 210, модели для остальных КБ 210 сохраняют неизменными. Указанный КБ 210 определяется попеременным сравнением реальных состояний субъектов управления 110б, полученных на этапе 420, с идеальными состояниями субъектов управления 110б, определенными на этапе 463.In the event that as a result of comparing the ideal states of the control entities of the technological system 110b determined by the KSK 200 with the given state of the control object 110a at step 462, with the real states of the control entities of the TS 110b obtained at step 420, no deviations are detected (or they are acceptable) , confirm the preservation of the functional relationship between the elements of the TS (110a, 110b) (the unity of states is not broken). Thus, the deviation detected at step 450 is a modeling error and, accordingly, the ideal state of the TC 100 determined by the KSK 200 at step 430 is recognized as a modeling error. Testing of the KSK ends for the subsequent adjustment of the models (step 481) of KB 210 (retraining or retraining), and other models are selected for testing of the KSK 200 (step 410). In the particular case, KB 210 KSK 200 is additionally determined, the model of which provoked a modeling error, and the model of this KB 210 is corrected or replaced, the models for the remaining KB 210 are kept unchanged. The specified KB 210 is determined by alternately comparing the real states of the control entities 110b obtained in step 420 with the ideal states of the control entities 110b determined in step 463.

В том случае, если в результате сравнения идеальных состояний субъектов управления технологической системы 110б, определенных КСК 200 при заданном состоянии объекта управления на этапе 462, с реальными состояниями субъектов управления ТС 110б, полученными на этапе 420, отклонение обнаружено (или оно выше допустимого), сохранение функциональной взаимосвязи между элементами ТС (110а, 110б) не подтверждают (единство состояний нарушено), и отклонение, обнаруженное на этапе 450, свидетельствует об отклонении ТС 100 от нормального функционирования, т.е. обнаруживают аномалию в ТС 100.In the event that, as a result of comparing the ideal states of the control entities of the technological system 110b determined by the KSK 200 with the given state of the control object at step 462, with the real states of the control entities of the TS 110b obtained at step 420, a deviation is detected (or it is higher than the permissible), the preservation of the functional relationship between the elements of the TS (110a, 110b) is not confirmed (the unity of states is violated), and the deviation detected at step 450 indicates a deviation of the TS 100 from normal operation, i.e. detect an anomaly in the TC 100.

На Фиг. 6 изображен пример системы контроля 300', которая предназначена для осуществления контроля над функционированием ТС 100'' посредством КСК 200'.In FIG. 6 depicts an example of a monitoring system 300 ', which is designed to monitor the functioning of the vehicle 100' 'through KSK 200'.

Система контроля 300' содержит пример ТС 100''. В ТС 100'' выделены следующие субъекты управления 110б'': SCADA, HMI, PLC, исполнительные механизмы (ИМ) токарного станка, в частности привод шпинделя (spindle), привод продольного перемещения суппорта (carriage), привод поперечной подачи (привод перемещения салазок (cross-slide) суппорта). SCADA и HMI образуют верхний уровень многоуровневой подсистемы управления 120'', PLC - средний уровень подсистемы управления, исполнительные механизмы образуют нижний уровень подсистемы управления. Объектом управления 110а'' является технологическая операция токарной обработки. Субъекты управления 110б'' и объект управления 110а'' характеризуются рядом существенных свойств, т.е. свойств, важных с точки зрения осуществления контроля над функционированием ТС 100'', изменение которых меняет ход функционирования ТС 100'' и соответственно отражается на факторах функционирования. Совокупность существенных свойств субъектов управления 110б'' или объекта управления 110а'', выраженных параметрами состояний, есть соответственно состояние субъекта управления 110б'' или состояние объекта управления 110а''. В качестве контролируемого фактора функционирования ТС 100'' в рамках технологической операции является точность и безопасность, а именно соответствие режимов резания формально заданным режимам и соответствие мощности резания (Р) предельно допустимой мощности. Следовательно, параметрами состояния объекта управления являются подача (s), скорость резания (V), глубина резания (t) и мощность (Р). Параметрами состояний для субъектов управления типа исполнительные механизмы соответственно являются: частота вращения привода шпинделя (непосредственно влияет на скорость резания), частота вращения привода продольного перемещения суппорта (непосредственно влияет на подачу), частота вращения привода поперечного перемещения салазок суппорта (непосредственно влияет на глубину резания). Параметры состояний для других субъектов управления 110б'' в целях простоты описываемого примера представляются абстрактно:The control system 300 'contains an example TC 100' '. The following control subjects 110b '' are distinguished in ТС 100 '': SCADA, HMI, PLC, lathe actuators (IM), in particular, a spindle drive, a support of longitudinal movement of a support (carriage), a drive of transverse feed (a drive for moving a slide) (cross-slide) caliper). SCADA and HMI form the upper level of the multi-level control subsystem 120 '', PLC - the middle level of the control subsystem, actuators form the lower level of the control subsystem. The control object 110 a ″ is a technological operation of turning. The control entities 110b ″ and the control entity 110a ″ are characterized by a number of essential properties, i.e. properties that are important from the point of view of exercising control over the functioning of the TS 100 ’, the change of which changes the course of functioning of the TS 100’ and, accordingly, affects the functioning factors. The set of essential properties of control entities 110b ″ or control entity 110a ″ expressed by state parameters is, respectively, the state of control entity 110b ″ or state of control entity 110a ″. As a controlled factor for the functioning of the TS 100 '' within the framework of a technological operation, accuracy and safety are specified, namely, the correspondence of cutting modes to formally specified modes and the correspondence of cutting power (P) to maximum permissible power. Therefore, the state parameters of the control object are feed (s), cutting speed (V), cutting depth (t) and power (P). The state parameters for control entities of the type actuators, respectively, are: spindle drive rotation speed (directly affects the cutting speed), rotational speed of the caliper longitudinal movement drive (directly affects the feed), rotational speed of the transverse caliper slide drive (directly affects the cutting depth) . State parameters for other control entities 110b '' are presented abstractly for the sake of simplicity of the described example:

S (s1,s2,s3), где si - некоторые параметры состояний, выражающие существенные свойства SCADA, состояние SCADA в момент времени есть S(tS), где tS - время;S (s 1 , s 2 , s 3 ), where s i are some state parameters expressing the essential properties of SCADA, the SCADA state at time is S (t S ), where t S is time;

H (h1,h2,h3), где hi - некоторые параметры состояний, выражающие существенные свойства HMI (отображаемая информация и команды), состояние HMI в момент времени есть Η(tH), где tH - время;H (h 1 , h 2 , h 3 ), where h i are some state parameters expressing the essential properties of the HMI (displayed information and commands), the HMI state at the point in time is Η (t H ), where t H is the time;

Ρ (р123), где pi - некоторые параметры состояний, выражающие существенные свойства PLC (состояния тегов, регистров), состояние PLC в момент времени есть P(tp), где tp - время;Ρ (p 1 , p 2 , p 3 ), where p i are some state parameters expressing the essential properties of the PLC (state of tags, registers), the PLC state at the time is P (t p ), where t p is the time;

M (nS,nC,nCS), где ni - некоторые параметры состояний, выражающие существенные свойства исполнительных механизмов (nS - частота вращения привода шпинделя, nC - частота вращения привода продольного перемещения суппорта, nCS - частота вращения привода поперечного перемещения салазок суппорта), состояние исполнительных механизмов в момент времени есть M(tM), где tM - время;M (n S , n C , n CS ), where n i are some state parameters expressing the essential properties of the actuators (n S is the spindle drive rotational speed, n C is the rotational speed of the caliper longitudinal drive, n CS is the rotational speed of the drive lateral movement of the caliper slide), the state of the actuators at time is M (t M ), where t M is the time;

О (Р (s,V,t)) - назначение данных параметров состояний описано выше, O(tO) - состояние объекта управления в момент времени;O (P (s, V, t)) - the purpose of these state parameters is described above, O (t O ) is the state of the control object at a time;

Q (S(tS), H(tH), P(tp), M(tM), O(tO)) - состояние ТС, при этом tS=tH=tp=tM.Q (S (t S ), H (t H ), P (t p ), M (t M ), O (t O )) is the state of the vehicle, with t S = t H = t p = t M.

Состояния субъектов управления и объекта управления функционально взаимосвязаны и имеет место суперпозиция (композиция) функциональных взаимосвязей (отображений) состояний и обратные функциональные взаимосвязи (отображения) состояний, а также транзитивность. Например, еслиThe states of the control subjects and the control object are functionally interconnected and there is a superposition (composition) of functional relationships (mappings) of states and inverse functional relationships (mappings) of states, as well as transitivity. For example, if

P(tp)=Ф1[S(tS),t] и M(tM)=Ф2[P(tp),t], тоP (t p ) = Ф 1 [S (t S ), t] and M (t M ) = Ф 2 [P (t p ), t], then

M(tM)=Ф3[S(tS),t], aM (t M ) = Ф 3 [S (t S ), t], a

S(tS)=Ф3 -1[M(tM),t].S (t S ) = Ф 3 -1 [M (t M ), t].

Это справедливо для одного и того же момента времени,This is true for the same point in time,

t=tS=tH=tp=tM t = t S = t H = t p = t M

Также система контроля 300' содержит КСК 200', состоящую из взаимосвязанных кибернетических блоков 210', где каждый КБ 210' в отдельности моделирует изменение состояния отдельного элемента ТС (110а' или 110б'), при этом взаимосвязь кибернетических блоков 210' в КСК 200' повторяет взаимосвязь элементов ТС (110а', 110б'), изменение состояний которых блоки моделируют. Число кибернетических блоков 210' в КСК 200' соответствует числу элементов ТС (110а' и 110б'). Для моделирования (определения состояний элементов) КБ используют разные модели, а соответственно, используется смешанный способ связей (зависимости между состояниями элементов). В частном случае в рассматриваемом примере в КБ ТО используется математическая модель, а для всех остальных блоков имитационные модели. Соответственно связь между КБ ТО и КБ ИМ является функциональной, все остальные связи являются корреляционными. Имитационные модели предварительно должны быть обучены. В самом простом варианте обучение является запоминанием состояний элементов ТС (data-driven learning) для моментов времени на протяжении осуществления технологических операций, при этом интервал измерения равен, например, 0,5 с. Запомненные результаты сохраняются в базу БИС 330'. В результате получаем состояния элементов ТС.The control system 300 'also contains KSK 200', consisting of interconnected cybernetic blocks 210 ', where each KB 210' individually models the state change of an individual TS element (110a 'or 110b'), while the relationship of cybernetic blocks 210 'to KSK 200' repeats the relationship of the elements of the vehicle (110A ', 110b'), the state changes of which the blocks are modeled. The number of cybernetic blocks 210 'in KSK 200' corresponds to the number of TS elements (110a 'and 110b'). To model (determine the states of elements), design bureaus use different models, and accordingly, a mixed method of relationships (dependencies between the states of elements) is used. In the particular case, in the example under consideration, the CB MOT uses a mathematical model, and for all other blocks simulation models. Accordingly, the relationship between the CB TO and the IM CB is functional, all other relationships are correlation. Simulation models must first be trained. In the simplest case, training is storing the states of TS elements (data-driven learning) for times during technological operations, while the measurement interval is, for example, 0.5 s. The stored results are stored in the BIS 330 'database. As a result, we obtain the state of the elements of the vehicle.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

В результате работа имитационной модели в частном случае представляет из себя последовательную смену состояний (конечный автомат или клеточный автомат) с определенным тактом (определяется интервалом измерения при обучении или периодичностью осуществления этапов 420-450, Фиг. 4). Состояние объекта управления определяется на основании состояния исполнительных механизмов, так как в данном случае упомянутые состояния имеют функциональные зависимости Oi(Mi)=Ф[Mi].As a result, the operation of the simulation model in a particular case is a sequential change of states (state machine or cellular machine) with a certain tact (determined by the measurement interval during training or the frequency of steps 420-450, Fig. 4). The state of the control object is determined based on the state of the actuators, since in this case the mentioned states have functional dependencies O i (M i ) = Ф [M i ].

КБ HMI: H1→H2→H3→H4→H5→H…→Hn KB HMI: H 1 → H 2 → H 3 → H 4 → H 5 → H ... → H n

КБ SCADA: S1→S2→S3→S4→S5→S…→Sn KB SCADA: S 1 → S 2 → S 3 → S 4 → S 5 → S ... → S n

КБ PLC: P1→P2→Р3→P4→Р5→P…→Pn KB PLC: P 1 → P 2 → P 3 → P 4 → P 5 → P ... → P n

КБ ИМ: М1→М2→М3→М4→М5→М…→Mn KB IM: M 1 → M 2 → M 3 → M 4 → M 5 → M ... → M n

КБ ТО: O1(M1)→O2(M2)→О33)→O44)→…→On(Mn)KB TO: O 1 (M 1 ) → O 2 (M 2 ) → O 3 (M 3 ) → O 4 (M 4 ) → ... → O n (M n )

При выявлении ошибок моделирования имитационная модель дообучается/корректируется (описано ниже) или, иначе говоря, добавляются состояния, не запомненные или не учтенные ранее. Для функциональных связей, таким образом, состояния связанных элементов определены ранее, для корреляционных связей состояния связанных элементов заранее не известны, и при таких связях необходимо предварительное обучение.When detecting modeling errors, the simulation model is retrained / corrected (described below) or, in other words, states that are not remembered or not taken into account are added. Thus, for functional relationships, the states of related elements are defined earlier; for correlation relationships, the states of related elements are not known in advance, and with such relationships, preliminary training is necessary.

Рассмотрим способ работы системы контроля 300', КСК 200' которой предварительно обучена, общий вид способа изображен на Фиг. 4. Инициализируют КСК 200', в одном частном случае берут момент времени операции, в который осуществляется синхронизация КСК, и для этого момента получают состояния элементов ТС 110а' и 110б' из БИС 200' и запускают КСК 200'. Например, модель инициализируется спустя 1,5с (синхронизация по времени) после начала операции, поэтому из БИС 320' получают S4, Н4, Р4, М4 и запускают модель:Consider the method of operation of the monitoring system 300 ', the KSK 200' of which is previously trained, a general view of the method is shown in FIG. 4. Initialize the KSK 200 ', in one particular case, take the time point of the operation at which the KSK is synchronized, and for this moment, obtain the state of the TS elements 110a' and 110b 'from the LSI 200' and start the KSK 200 '. For example, the model is initialized after 1.5 s (time synchronization) after the start of the operation, therefore, S 4 , H 4 , P 4 , M 4 are obtained from the LSI 320 'and the model is launched:

КБ HMI: Н4→Н5→Н…→Hn KB HMI: H 4 → H 5 → H ... → H n

КБ SCADA: S4→S5→S…→Sn KB SCADA: S 4 → S 5 → S ... → S n

КБ PLC: Р4→Р5→Р…→Pn KB PLC: P 4 → P 5 → P ... → P n

КБ ИМ: М4→М5→М…→Mn KB IM: M 4 → M 5 → M ... → M n

КБ ТО: O44)→O55)→…→On(Mn)KB TO: O 4 (M 4 ) → O 5 (M 5 ) → ... → O n (M n )

В другом частном случае модуль контроля 310' получает состояние одного из элементов ТС (синхронизация по состоянию) в момент времени операции, в который осуществляется синхронизация, и получают из БИС 320' корреспондирующие состояния элементов ТС. Например, модуль контроля 310' получил значение состояния субъекта управления типа PLC, равное или допустимо близкое (допустимость определяется порогом) значению Р3, поэтому из БИС 320' получают S3, Н3, М3 и запускают модель:In another particular case, the control module 310 'receives the state of one of the elements of the vehicle (synchronization by state) at the time of the operation at which synchronization is performed, and the corresponding states of the elements of the vehicle are obtained from the LSI 320'. For example, the control module 310 'received a state value of the control entity of the PLC type equal to or permissible close (the admissibility is determined by the threshold) to the value of P 3 , therefore, S 3 , H 3 , M 3 are obtained from the LSI 320' and the model is launched:

КБ HMI: Н3→Н4→Н5→Н…→Hn KB HMI: H 3 → H 4 → H 5 → H ... → H n

КБ SCADA: S3→S4→S5→S…→Sn KB SCADA: S 3 → S 4 → S 5 → S ... → S n

КБ PLC: P3→P4→P5→P…→Pn KB PLC: P 3 → P 4 → P 5 → P ... → P n

КБ ИМ: M3→M4→M5→M…→Mn KB IM: M 3 → M 4 → M 5 → M ... → M n

КБ TO: O3(M3)→O4(M4)→…→On(Mn)KB TO: O 3 (M 3 ) → O 4 (M 4 ) → ... → O n (M n )

После инициализации модели запущены, и КСК 200' функционирует синхронно с ТС 100''. Далее модуль контроля 310' получает реальное состояние ТС (этап 452, Фиг. 4), для этого модуль контроля 310' получает реальное состояние всех элементов ТС Sr,Hr,Pr,Mr,Or, и тогда состояние ТС будет равно Qr(Sr,Hr,Pr,Mr,Or,t) (реальное состояние ТС 100''). Далее модуль контроля 310' определяет идеальное состояние ТС 100'' путем получения идеальных состояний элементов ТС Sid,Hid,Pid,Mid,Oid от каждого кибернетического блока КСК 200', и тогда идеальное состояние ТС 100'' равно Qid(Sid,Hid,Pid,Mid,Oid,t). Идеальное состояние Qid ТС 100'' и реальное состояние Qr ТС 100'' сравниваются в том случае, если состояния совпадают (Qr=Qid), или отклонение реального состояния Qr ТС 100'' от идеального состояния Qid ТС 100'' не превышает допустимого отклонения (Δ), например, равного 0,05, контроль продолжают. При этом допустимое отклонение рассчитывается по формуле: (Δ):After initialization, the models are launched, and the KSK 200 'operates synchronously with the vehicle 100''. Next, the control module 310 'receives the real state of the vehicle (step 452, Fig. 4), for this the control module 310' receives the real state of all elements of the vehicle S r , H r , P r , M r , O r , and then the state of the vehicle will be is equal to Q r (S r , H r , P r , M r , O r , t) (the real state of the vehicle is 100``). Next, the control module 310 'determines the ideal state of the TS 100''by obtaining the ideal states of the elements of the vehicle S id , H id , P id , M id , O id from each cybernetic block KSK 200', and then the ideal state of the TS 100 '' is Q id (S id , H id , P id , M id , O id , t). The ideal state Q id TC 100 '' and the real state Q r TC 100 '' are compared if the states coincide (Q r = Q id ), or the deviation of the real state Q r TC 100 '' from the ideal state Q id TC 100 '' does not exceed the permissible deviation (Δ), for example, equal to 0.05, control continues. In this case, the deviation is calculated by the formula: (Δ):

Figure 00000004
Figure 00000004

Если же состояния не совпадают, или отклонение превышает допустимый порог, выясняют причину отклонения. Причин отклонения может быть, по меньшей мере, две: ошибка моделирования или аномалия в ТС 100''. Для определения причины в первую очередь сравнивают реальное состояние объекта управления (Or) с формальным состоянием объекта управления (Of) (этап 451, Фиг. 4), формальное состояние объекта управления получают из БИС 320'. Если состояния не совпадают, или отклонение превышает допустимое отклонение:If the conditions do not coincide, or the deviation exceeds the permissible threshold, find out the reason for the deviation. There can be at least two reasons for the deviation: a modeling error or an anomaly in the TS 100 ''. To determine the cause, first of all, the real state of the control object (O r ) is compared with the formal state of the control object (O f ) (step 451, Fig. 4), the formal state of the control object is obtained from the LSI 320 '. If the conditions do not match or the deviation exceeds the tolerance:

Figure 00000005
Figure 00000005

то, следовательно, реальные режимы резания не соответствуют режимам резания, заданным технологией (формальным режимам резания), а это значит, в ТС 100'' возникла аномалия. Причина аномалии - это возмущающее воздействие на один из элементов ТС, и данное воздействие влияет на контролируемые факторы функционирования.then, therefore, the actual cutting conditions do not correspond to the cutting modes specified by the technology (formal cutting modes), and this means that an anomaly has occurred in the TC 100 ''. The cause of the anomaly is a disturbing effect on one of the elements of the vehicle, and this effect affects the controlled functioning factors.

В том случае, когда состояния совпадают, или отклонение не превышает допустимого отклонения, проверяют целостность функциональной взаимосвязи элементов ТС (этап 460, Фиг. 4). Для этого КСК 200' повторно инициализируется, для инициализации используется реальное состояние объекта управления Or, полученное на этапе 420, так как было проверено ранее (этап 452, Фиг. 4), что данное состояние соответствует заданному состоянию (формальному состоянию). В частном случае может использоваться реальное состояние и другого элемента ТС, если доподлинно известно, что данный элемент не был подвержен возмущающему воздействию, и при этом не были подвержены возмущающему воздействию элементы, расположенные иерархически выше. Порядок инициализации и моделирования для КСК 200' в данном случае следующий:In the case when the states coincide, or the deviation does not exceed the permissible deviation, check the integrity of the functional relationship of the elements of the vehicle (step 460, Fig. 4). For this, KSK 200 'is re-initialized, for initialization, the real state of the control object O r obtained at step 420 is used, as it was previously verified (step 452, Fig. 4) that this state corresponds to a given state (formal state). In the particular case, the real state of another element of the vehicle can also be used if it is known for certain that this element was not subject to disturbing effects, and elements located hierarchically higher were not affected by disturbing effects. The initialization and simulation procedure for KSK 200 'in this case is as follows:

- получают реальное состояние объекта управления Qr;- get the real state of the control object Q r ;

- определяют идеальное состояние Mid субъекта управления типа «исполнительные механизмы» на основании зависимости Oi(Mi)=Ф[Mi], откуда Mid(Or)=Ф-1[Or];- determine the ideal state M id of the control subject of the type "actuators" based on the dependence O i (M i ) = Ф [M i ], whence M id (O r ) = Ф -1 [O r ];

- обнаруживают в БИС 320' среди запомненных состояний субъектов управления типа «исполнительные механизмы» (Mi) определенное значение Mid (или наиболее близкое, близость определяется допустимым расхождением и равна, например, 0,96), при этом, например, данное значение соответствует М2;- find in LSI 320 'among the stored states of control units of the type "actuators" (M i ) a certain value M id (or closest, proximity is determined by an acceptable discrepancy and is, for example, 0.96), while, for example, this value corresponds to M 2 ;

- определяют связанные с обнаруженным Mi состояния других субъектов управления, а именно Si, Hi, Pi, например для М2 - это состояния S2, Н2, Р2 (они будут являться идеальными состояниями Sid,Hid,Pid,Mid субъектов управления).- determine the conditions associated with the detected M i of other control entities, namely S i , H i , P i , for example, for M 2 , these are the states S 2 , H 2 , P 2 (they will be ideal states S id , H id , P id , M id of the control subjects).

После определения идеальные состояния субъектов управления Sid,Hid,Pid,Mid попарно сравниваются с полученными ранее (этап 452, Фиг. 4) реальными состояниями субъектов управления Sr,Hr,Pr,Mr. В том случае, если, по меньшей мере, для одного субъекта управления значение идеального состояния не совпадает со значением реального состояния, целостность функциональной взаимосвязи считается нарушенной, иначе целостность функциональной взаимосвязи считается ненарушенной. В том случае, если целостность не нарушена, отклонение состояний Qr от Qid является последствием ошибки моделирования состояния Qid, и модели КСК 200' необходимо скорректировать. В том случае, если целостность нарушена, отклонение состояний Qr от Qid является последствием аномалии ТС.After determination, the ideal states of the control subjects S id , H id , P id , M id are compared in pairs with the real states of control subjects S r , H r , P r , M r obtained earlier (step 452, Fig. 4). In the event that, for at least one control entity, the value of the ideal state does not coincide with the value of the real state, the integrity of the functional relationship is considered broken, otherwise the integrity of the functional relationship is considered unbroken. In that case, if the integrity is not broken, the deviation of the states Q r from Q id is a consequence of the error in modeling the state of Q id , and the KSK 200 'model needs to be adjusted. In the event that the integrity is violated, the deviation of the states Q r from Q id is a consequence of the anomaly of the vehicle.

В частном случае при осуществлении поиска в БИС 320' (этап 465, Фиг. 5) среди запомненных состояний субъектов управления состояния субъекта управления, охарактеризованного некоторым значением (или допустимо близким значением к полученному), полученным в результате инициализации КСК 200' (этап 462, Фиг. 5) реальным состоянием объекта управления Or, искомое состояние субъекта управления не обнаруживается. В этом случае отклонение состояний Qr от Qid является ошибкой моделирования, и модель необходимо скорректировать (дообучить). Корректировка заключается в сохранении в базе БИС 320' состояний Sr,Hr,Pr,Mid. В этом случае Mid(Or)=Ф-1[Or], состояния S,H,P корреспондирующие Mid определены.In a particular case, when searching in the LSI 320 '(step 465, Fig. 5), among the stored states of the control subjects, the state of the control subject characterized by a certain value (or an acceptable value close to that obtained) obtained as a result of the initialization of KSK 200' (step 462, Fig. 5) the real state of the control object O r , the desired state of the control subject is not detected. In this case, the deviation of the states Q r from Q id is a modeling error, and the model needs to be adjusted (retrain). The correction consists in saving the states S r , H r , P r , M id in the LSI 320 'database. In this case, M id (O r ) = Ф -1 [O r ], the states S, H, P corresponding to M id are defined.

Под модулем контроля 310 и КСК 200 в настоящем изобретении понимается реальное устройство, система, компонент, группа компонентов, реализованных с использованием аппаратных средств, таких как интегральные микросхемы (англ. application-specific integrated circuit, ASIC) или программируемой вентильной матрицы (англ. field-programmable gate array, FPGA) или, например, в виде комбинации программных и аппаратных средств, таких как микропроцессорная система и набор программных инструкций, а также на нейроморфных чипах (англ. neurosynaptic chips). Функциональность модуля контроля 310 и КСК 200 может быть реализована исключительно аппаратными средствами, а также в виде комбинации, где часть функциональности модуля контроля 310 и КСК 200 реализована программными средствами, а часть аппаратными. В некоторых вариантах реализации часть модуля 310 или весь модуль 310 могут быть исполнены на процессоре компьютера общего назначения (например, который изображен на Фиг. 6).Under the control module 310 and KSK 200 in the present invention refers to a real device, system, component, group of components implemented using hardware such as integrated circuits (English application-specific integrated circuit, ASIC) or programmable gate arrays (English field -programmable gate array, FPGA), or, for example, in the form of a combination of software and hardware, such as a microprocessor system and a set of software instructions, as well as on neuromorphic chips (English neurosynaptic chips). The functionality of the control module 310 and KSK 200 can be implemented exclusively in hardware, as well as in the form of a combination, where part of the functionality of the control module 310 and KSK 200 is implemented in software and part in hardware. In some embodiments, part of the module 310 or the entire module 310 may be executed on a processor of a general-purpose computer (for example, which is shown in Fig. 6).

Фиг. 7 представляет пример компьютерной системы общего назначения, персональный компьютер или сервер 20, содержащий центральный процессор 21, системную память 22 и системную шину 23, которая содержит разные системные компоненты, в том числе память, связанную с центральным процессором 21. Системная шина 23 реализована, как любая известная из уровня техники шинная структура, содержащая в свою очередь память шины или контроллер памяти шины, периферийную шину и локальную шину, которая способна взаимодействовать с любой другой шинной архитектурой. Системная память содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, память с произвольным доступом (ОЗУ) 25. Основная система ввода/вывода (BIOS) 26, содержит основные процедуры, которые обеспечивают передачу информации между элементами персонального компьютера 20, например, в момент загрузки операционной системы с использованием ПЗУ 24.FIG. 7 is an example of a general purpose computer system, a personal computer or server 20 comprising a central processor 21, a system memory 22, and a system bus 23 that contains various system components, including memory associated with the central processor 21. The system bus 23 is implemented as any prior art bus structure comprising, in turn, a bus memory or a bus memory controller, a peripheral bus and a local bus that is capable of interacting with any other bus architecture. The system memory contains read-only memory (ROM) 24, random access memory (RAM) 25. The main input / output system (BIOS) 26, contains basic procedures that ensure the transfer of information between the elements of the personal computer 20, for example, at the time of loading the operating ROM systems 24.

Персональный компьютер 20 в свою очередь содержит жесткий диск 27 для чтения и записи данных, привод магнитных дисков 28 для чтения и записи на сменные магнитные диски 29 и оптический привод 30 для чтения и записи на сменные оптические диски 31, такие как CD-ROM, DVD-ROM и иные оптические носители информации. Жесткий диск 27, привод магнитных дисков 28, оптический привод 30 соединены с системной шиной 23 через интерфейс жесткого диска 32, интерфейс магнитных дисков 33 и интерфейс оптического привода 34 соответственно. Приводы и соответствующие компьютерные носители информации представляют собой энергонезависимые средства хранения компьютерных инструкций, структур данных, программных модулей и прочих данных персонального компьютера 20.The personal computer 20 in turn contains a hard disk 27 for reading and writing data, a magnetic disk drive 28 for reading and writing to removable magnetic disks 29, and an optical drive 30 for reading and writing to removable optical disks 31, such as a CD-ROM, DVD -ROM and other optical information carriers. The hard disk 27, the magnetic disk drive 28, the optical drive 30 are connected to the system bus 23 through the interface of the hard disk 32, the interface of the magnetic disks 33 and the interface of the optical drive 34, respectively. Drives and associated computer storage media are non-volatile means of storing computer instructions, data structures, software modules and other data of a personal computer 20.

Настоящее описание раскрывает реализацию системы, которая использует жесткий диск 27, сменный магнитный диск 29 и сменный оптический диск 31, но следует понимать, что возможно применение иных типов компьютерных носителей информации 56, которые способны хранить данные в доступной для чтения компьютером форме (твердотельные накопители, флеш карты памяти, цифровые диски, память с произвольным доступом (ОЗУ) и т.п.), которые подключены к системной шине 23 через контроллер 55.The present description discloses an implementation of a system that uses a hard disk 27, a removable magnetic disk 29, and a removable optical disk 31, but it should be understood that other types of computer storage media 56 that can store data in a form readable by a computer (solid state drives, flash memory cards, digital disks, random access memory (RAM), etc.) that are connected to the system bus 23 through the controller 55.

Компьютер 20 имеет файловую систему 36, где хранится записанная операционная система 35, а также дополнительные программные приложения 37, другие программные модули 38 и данные программ 39. Пользователь имеет возможность вводить команды и информацию в персональный компьютер 20 посредством устройств ввода (клавиатуры 40, манипулятора «мышь» 42). Могут использоваться другие устройства ввода (не отображены): микрофон, джойстик, игровая консоль, сканнер и т.п. Подобные устройства ввода по своему обычаю подключают к компьютерной системе 20 через последовательный порт 46, который в свою очередь подсоединен к системной шине, но могут быть подключены иным способом, например, при помощи параллельного порта, игрового порта или универсальной последовательной шины (USB). Монитор 47 или иной тип устройства отображения также подсоединен к системной шине 23 через интерфейс, такой как видеоадаптер 48. В дополнение к монитору 47, персональный компьютер может быть оснащен другими периферийными устройствами вывода (не отображены), например, колонками, принтером и т.п.Computer 20 has a file system 36 where the recorded operating system 35 is stored, as well as additional software applications 37, other program modules 38, and program data 39. The user is able to enter commands and information into personal computer 20 via input devices (keyboard 40, keypad “ the mouse "42). Other input devices (not displayed) can be used: microphone, joystick, game console, scanner, etc. Such input devices are, as usual, connected to the computer system 20 via a serial port 46, which in turn is connected to the system bus, but can be connected in another way, for example, using a parallel port, a game port, or a universal serial bus (USB). A monitor 47 or other type of display device is also connected to the system bus 23 via an interface such as a video adapter 48. In addition to the monitor 47, the personal computer can be equipped with other peripheral output devices (not displayed), for example, speakers, a printer, etc. .

Персональный компьютер 20 способен работать в сетевом окружении, при этом используется сетевое соединение с другим или несколькими удаленными компьютерами 49. Удаленный компьютер (или компьютеры) 49 являются такими же персональными компьютерами или серверами, которые имеют большинство или все упомянутые элементы, отмеченные ранее при описании существа персонального компьютера 20, представленного на Фиг. 7. В вычислительной сети могут присутствовать также и другие устройства, например маршрутизаторы, сетевые станции, пиринговые устройства или иные сетевые узлы.The personal computer 20 is capable of operating in a networked environment, using a network connection with another or more remote computers 49. The remote computer (or computers) 49 are the same personal computers or servers that have most or all of the elements mentioned earlier in the description of the creature the personal computer 20 of FIG. 7. Other devices, such as routers, network stations, peer-to-peer devices or other network nodes, may also be present on the computer network.

Сетевые соединения могут образовывать локальную вычислительную сеть (LAN) 50 и глобальную вычислительную сеть (WAN). Такие сети применяются в корпоративных компьютерных сетях, внутренних сетях компаний и, как правило, имеют доступ к сети Интернет. В LAN- или WAN-сетях персональный компьютер 20 подключен к локальной сети 50 через сетевой адаптер или сетевой интерфейс 51. При использовании сетей персональный компьютер 20 может использовать модем 54 или иные средства обеспечения связи с глобальной вычислительной сетью, такой как Интернет. Модем 54, который является внутренним или внешним устройством, подключен к системной шине 23 посредством последовательного порта 46. Следует уточнить, что сетевые соединения являются лишь примерными и не обязаны отображать точную конфигурацию сети, т.е. в действительности существуют иные способы установления соединения техническими средствами связи одного компьютера с другим.Network connections can form a local area network (LAN) 50 and a wide area network (WAN). Such networks are used in corporate computer networks, internal networks of companies and, as a rule, have access to the Internet. In LAN or WAN networks, the personal computer 20 is connected to the local area network 50 via a network adapter or network interface 51. When using the networks, the personal computer 20 may use a modem 54 or other means of providing communication with a global computer network such as the Internet. The modem 54, which is an internal or external device, is connected to the system bus 23 via the serial port 46. It should be clarified that the network connections are only exemplary and are not required to display the exact network configuration, i.e. in reality, there are other ways to establish a technical connection between one computer and another.

В заключение следует отметить, что приведенные в описании сведения являются примерами, которые не ограничивают объем настоящего изобретения, определенного формулой. Специалисту в данной области становится понятным, что могут существовать и другие варианты осуществления настоящего изобретения, согласующиеся с сущностью и объемом настоящего изобретения.In conclusion, it should be noted that the information provided in the description are examples that do not limit the scope of the present invention defined by the claims. One skilled in the art will recognize that there may be other embodiments of the present invention consistent with the spirit and scope of the present invention.

Claims (53)

1. Система признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой, ошибкой моделирования, при реализации управляющих воздействий субъектами управления многоуровневой подсистемы управления технологической системы на объект управления содержит:1. The system for recognizing the ideal state of a technological system defined by a cybernetic system as a modeling error when implementing control actions by control entities of a multi-level control subsystem of a technological system on a control object contains: а) технологическую систему, реализующую через изменение состояний субъектов управления изменение состояния объекта управления, при этом технологическая система представляет функционально взаимосвязанную совокупность элементов:a) a technological system that implements through a change in the state of control subjects a change in the state of the control object, while the technological system is a functionally interconnected set of elements: - объекта управления; и- management object; and - субъектов управления, образующих многоуровневую подсистему управления объектом управления;- subjects of management, forming a multi-level subsystem for managing the control object; б) кибернетическую систему контроля, состоящую из взаимосвязанных кибернетических блоков, где каждый кибернетический блок в отдельности моделирует изменение состояния отдельного элемента технологической системы, при этом взаимосвязь кибернетических блоков в кибернетической системе повторяет взаимосвязь элементов технологической системы, изменение состояния которых блоки моделируют, предназначенной для:b) a cybernetic control system, consisting of interconnected cybernetic blocks, where each cybernetic block individually models the state change of an individual element of the technological system, while the interconnection of cybernetic blocks in the cybernetic system repeats the interconnection of the elements of the technological system, the state of which the blocks are modeled, designed to: - определения идеального состояния технологической системы и ее элементов для момента времени путем моделирования;- determining the ideal state of the technological system and its elements for a point in time by modeling; - определения идеального состояния элементов технологической системы путем моделирования при заданном состоянии одного из элементов технологической системы;- determining the ideal state of the elements of the technological system by modeling for a given state one of the elements of the technological system; в) модуль контроля, связанный с технологической системой и с кибернетической системой контроля, предназначенный для:c) the control module associated with the technological system and with the cybernetic control system, intended for: - получения реального состояния технологической системы и ее элементов в произвольный момент времени, где реальное состояние технологической системы определяется совокупностью состояний ее элементов;- obtaining the real state of the technological system and its elements at an arbitrary point in time, where the real state of the technological system is determined by the set of states of its elements; - инициализации кибернетической системы контроля путем синхронизации кибернетической системы контроля с технологической системой по времени или по состоянию одного из элементов технологической системы;- initialization of the cybernetic control system by synchronizing the cybernetic control system with the technological system in time or as one of the elements of the technological system; - сравнения полученного реального состояния технологической системы и ее элементов с идеальным состоянием технологической системы и ее элементов, определенным кибернетической системой контроля;- comparing the obtained real state of the technological system and its elements with the ideal state of the technological system and its elements, determined by the cybernetic control system; - обнаружения в результате сравнения отклонения реального состояния технологической системы от идеального состояния определенного кибернетической системой контроля;- detection, as a result of comparison, of deviations of the real state of the technological system from the ideal state determined by the cybernetic control system; - проверки целостности функциональной взаимосвязи состояний элементов технологической системы, где сравнивают идеальное состояние субъектов управления технологической системы, определенное кибернетической системой при заданном состоянии объекта управления, с реальным состоянием субъектов управления технологической системы при том же состоянии объекта управления;- checking the integrity of the functional relationship between the states of the elements of the technological system, which compares the ideal state of the control subjects of the technological system determined by the cybernetic system for a given state of the control object with the real state of the control subjects of the technological system with the same state of the control object; - признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой для момента времени, ошибкой моделирования на основании подтвержденной сохраненной функциональной взаимосвязи элементов технологической системы.- recognition of the ideal state of the technological system, defined by the cybernetic system for a moment in time, as a modeling error based on the confirmed preserved functional relationship of the technological system elements. 2. Система по п.1, в которой кибернетическая система предназначена для определения, при заданном состоянии объекта управления, идеального состояния субъектов управления.2. The system according to claim 1, in which the cybernetic system is designed to determine, for a given state of the control object, the ideal state of the control subjects. 3. Система по п.1, в которой кибернетическая система предназначена для определения, при заданном состоянии субъекта управления, идеального состояния других субъектов управления и объекта управления.3. The system according to claim 1, in which the cybernetic system is designed to determine, with a given state of the control subject, the ideal state of other control subjects and control object. 4. Система по п.1, в которой изменение состояния объекта управления через изменение состояний субъектов управления реализуется посредством управляющих воздействий.4. The system according to claim 1, in which a change in the state of the control object through a change in the state of the control entities is implemented through control actions. 5. Система по п.1, в которой состояние элемента технологической системы - это совокупность его существенных свойств, описываемых параметрами состояния.5. The system according to claim 1, in which the state of the element of the technological system is a combination of its essential properties described by the state parameters. 6. Система по п.1, в которой для каждого блока доступны разные способы моделирования состояний элементов технологической системы.6. The system according to claim 1, in which for each block different methods are available for modeling the states of elements of the technological system. 7. Система по п.1, в которой модуль контроля перед инициализацией кибернетической системы выбирает способ используемого способа моделирования для каждого кибернетического блока.7. The system according to claim 1, in which the control module before initializing the cybernetic system selects the method of the used simulation method for each cybernetic block. 8. Система по п.1, в которой объект управления - технологический процесс, на который направляется управляющее воздействие субъектами управления многоуровневой подсистемы управления технологической системы.8. The system according to claim 1, in which the control object is a technological process, to which the control action of the control entities of the multilevel control subsystem of the technological system is directed. 9. Система по п.1, в которой объект управления – устройство, на которое направляется управляющее воздействие субъектами управления подсистемы управления технологической системы.9. The system according to claim 1, in which the control object is a device to which the control action of the control entities of the technological system control subsystem is directed. 10. Система по п.1, которая дополнительно включает базу данных, которая используется для хранения формального описания технологического процесса сформированного на базе электронной технологической документации.10. The system according to claim 1, which further includes a database that is used to store a formal description of the technological process generated on the basis of electronic technological documentation. 11. Способ признания идеального состояния технологической системы, определенного кибернетической системой, ошибкой моделирования, при реализации управляющих воздействий субъектами управления многоуровневой подсистемы управления технологической системы на объект управления, где субъекты управления и объект управления являются функционально взаимосвязанными элементами технологической системы, а совокупность функционально взаимосвязанных состояний субъектов управления и объекта управления определяют реальное состояние технологической системы в момент времени, в котором:11. A method for recognizing the ideal state of a technological system defined by a cybernetic system as a modeling error when implementing control actions by control entities of a multi-level control subsystem of a technological system on a control object, where control subjects and control object are functionally interconnected elements of the technological system, and a set of functionally interconnected states of the subjects the control and the control object determine the real state of the technologist cal system at the time, in which: а) инициализируют кибернетическую систему контроля путем синхронизации кибернетической системы контроля с технологической системой по времени или по состоянию элемента технологической системы;a) initialize the cybernetic control system by synchronizing the cybernetic control system with the technological system in time or according to the state of the element of the technological system; б) получают реальное состояние технологической системы и ее элементов в произвольный момент времени;b) receive the real state of the technological system and its elements at an arbitrary point in time; в) определяют идеальное состояние технологической системы и ее элементов для того же момента времени путем моделирования выполненного кибернетической системой контроля;c) determine the ideal state of the technological system and its elements for the same moment in time by modeling the control performed by the cybernetic system; г) сравнивают полученное реальное состояние технологической системы с идеальным состоянием технологической системы определенным кибернетической системой для того же момента времени;d) compare the obtained real state of the technological system with the ideal state of the technological system by a specific cybernetic system for the same moment in time; д) обнаруживают в результате сравнения отклонение реального состояния технологической системы от идеального состояния определенного кибернетической системой контроля;e) as a result of comparison, a deviation of the real state of the technological system from the ideal state determined by the cybernetic control system is detected; - при этом, если отклонение не обнаружено, повторяют шаги с б) по д);- in this case, if the deviation is not detected, repeat steps b) to e); е) проверяют целостность функциональной взаимосвязи состояний элементов технологической системы, где:f) check the integrity of the functional relationship of the states of the elements of the technological system, where: - инициализируют кибернетическую модель состоянием объекта управления, полученным в п. б)- initialize the cybernetic model with the state of the control object obtained in paragraph b) - определяют идеальное состояние субъектов управления при состоянии объекта управления, полученном в п. б), путем моделирования, выполненного кибернетической системой контроля;- determine the ideal state of the control subjects with the state of the control object obtained in paragraph b), by modeling, performed by the cybernetic control system; - сравнивают идеальное состояние субъектов управления технологической системы, определенное кибернетической системой для состояния объекта управления, полученного в п. б), с реальным состоянием субъектов управления технологической системы, полученным в п. б);- compare the ideal state of the control subjects of the technological system defined by the cybernetic system for the state of the control object obtained in paragraph b) with the real state of the control entities of the technological system obtained in paragraph b); - подтверждают сохранение функциональной взаимосвязи между элементами технологической системы, когда в результате сравнения идеального состояния субъектов управления технологической системы, определенного кибернетической системой для состояния объекта управления, полученного в п. б), с реальным состоянием субъектов управления технологической системы, полученным в п. б), отклонений не обнаружено;- confirm the preservation of the functional relationship between the elements of the technological system when, as a result of comparing the ideal state of the control subjects of the technological system defined by the cybernetic system for the state of the control object obtained in paragraph b) with the real state of the control subjects of the technological system obtained in paragraph b) no deviations were found; ж) признают идеальное состояние технологической системы, определенное кибернетической системой для момента времени в п. в) ошибкой моделирования на основании подтвержденного сохранения функциональной взаимосвязи элементов технологической системы.g) recognize the ideal state of the technological system defined by the cybernetic system for the point in time in point c) as a modeling error based on the confirmed preservation of the functional relationship of the elements of the technological system. 12. Способ по п.11, в котором при инициализации кибернетической модели дополнительно определяют способ моделирования для каждого блока кибернетической системы.12. The method according to claim 11, in which upon initialization of the cybernetic model, a modeling method for each block of the cybernetic system is additionally determined. 13. Способ по п.12, в котором при определении способа моделирования выбирают между:13. The method according to item 12, in which when determining the modeling method choose between: - математической моделью;- a mathematical model; - логической моделью;- a logical model; - численной моделью;- numerical model; - физической моделью;- a physical model; - имитационной моделью.- a simulation model. 14. Способ по п. 13, в котором выбор модели определяется:14. The method according to p. 13, in which the choice of model is determined: - сущностью элемента технологической системы, моделирование изменения состояний которого осуществляется;- the essence of the element of the technological system, the simulation of state changes which is carried out; - требуемой точностью моделирования состояний;- the required accuracy of state modeling; - наборами исходных данных о технологической системы;- sets of initial data on the technological system; - сложностью формального описания процессов в технологической системы, где процесс есть изменение состояния элементов технологической системы.- the complexity of the formal description of processes in a technological system, where the process is a change in the state of the elements of the technological system. 15. Способ по п.11, в котором выделяют из каждого уровня многоуровневой подсистемы управления по меньшей мере один субъект управления, при этом выделяемые субъекты уровней функционально взаимосвязаны.15. The method according to claim 11, in which at least one control subject is isolated from each level of the multi-level control subsystem, while the distinguished level subjects are functionally interconnected. 16. Способ по п.11, где дополнительно реальное состояние объекта управления, полученное в п. б), сравнивается с состоянием объекта управления для данного момента времени, заданным в формальном описании технологического процесса, сформированном на базе электронной технической документации.16. The method according to claim 11, where additionally the real state of the control object obtained in paragraph b) is compared with the state of the control object for a given point in time specified in the formal description of the technological process formed on the basis of electronic technical documentation. 17. Способ по п.16, в котором признают идеальное состояние технологической системы, определенное кибернетической системой для момента времени в п. в) ошибкой моделирования на основании подтвержденной сохраненной функциональной взаимосвязи элементов технологической системы и совпадения реального состояния объекта управления для данного момента времени с состоянием объекта управления, заданным в описании технологического процесса для того же момента времени в результате сравнения.17. The method according to clause 16, which recognizes the ideal state of the technological system defined by the cybernetic system for the point in time in point c) a modeling error based on the confirmed stored functional relationship of the elements of the technological system and the coincidence of the real state of the control object for a given point in time with the state the control object specified in the description of the technological process for the same point in time as a result of comparison. 18. Способ по п.11, в котором сравнение состояний осуществляется путем сравнением параметров состояний.18. The method according to claim 11, in which the state comparison is carried out by comparing the state parameters. 19. Способ по п.11, в котором элементы являются функционально взаимосвязанными, когда функционально взаимосвязаны состояния этих элементов.19. The method according to claim 11, in which the elements are functionally interconnected when the state of these elements is functionally interconnected.
RU2016105563A 2016-02-18 2016-02-18 System and detecting method of modeling errors RU2634455C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105563A RU2634455C2 (en) 2016-02-18 2016-02-18 System and detecting method of modeling errors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016105563A RU2634455C2 (en) 2016-02-18 2016-02-18 System and detecting method of modeling errors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016105563A RU2016105563A (en) 2017-08-23
RU2634455C2 true RU2634455C2 (en) 2017-10-30

Family

ID=59744675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016105563A RU2634455C2 (en) 2016-02-18 2016-02-18 System and detecting method of modeling errors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634455C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195697C1 (en) * 2001-04-25 2002-12-27 Военный университет связи Probabilistic machine
US20060034305A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-16 Honeywell International Inc. Anomaly-based intrusion detection
US20120266209A1 (en) * 2012-06-11 2012-10-18 David Jeffrey Gooding Method of Secure Electric Power Grid Operations Using Common Cyber Security Services
US20150106873A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Ark Network Security Solutions, Llc Systems And Methods For Implementing Modular Computer System Security Solutions
US9177139B2 (en) * 2012-12-30 2015-11-03 Honeywell International Inc. Control system cyber security

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195697C1 (en) * 2001-04-25 2002-12-27 Военный университет связи Probabilistic machine
US20060034305A1 (en) * 2004-08-13 2006-02-16 Honeywell International Inc. Anomaly-based intrusion detection
US20120266209A1 (en) * 2012-06-11 2012-10-18 David Jeffrey Gooding Method of Secure Electric Power Grid Operations Using Common Cyber Security Services
US9177139B2 (en) * 2012-12-30 2015-11-03 Honeywell International Inc. Control system cyber security
US20150106873A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Ark Network Security Solutions, Llc Systems And Methods For Implementing Modular Computer System Security Solutions

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016105563A (en) 2017-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2625051C1 (en) System and method of detecting anomalies in technological system
Eckhart et al. Towards security-aware virtual environments for digital twins
CN111541640B (en) System and method for detecting anomalies in a cyber-physical system having defined characteristics
RU2667545C1 (en) Drilling rig control system
US9971914B2 (en) Industrial simulation using redirected I/O module configurations
Lins et al. Industry 4.0 Retrofitting
US20080313228A1 (en) Controller log and log aggregation
Candell et al. An industrial control system cybersecurity performance testbed
EP3309683B1 (en) Improved test manager for industrial automation controllers
US20160300001A1 (en) Planning and Engineering Method, Software Tool and Simulation Tool for an Automation Solution
EP3674946A1 (en) System and method for detecting anomalies in cyber-physical system with determined characteristics
RU2634455C2 (en) System and detecting method of modeling errors
Kotuszewski et al. Cyber-security assessment of industry 4.0 enabled mechatronic system
Hussain et al. Automated fault tree generation and risk-based testing of networked automation systems
Patel et al. Real-time, simulation-based identification of cyber-security attacks of industrial plants
JP6985765B2 (en) Security assessment system
KR101527419B1 (en) Master pattern generation method for checking normal situation of plc based manufacturing system
CN113954069B (en) Mechanical arm active fault-tolerant control method based on deep reinforcement learning
EP3674828B1 (en) System and method of generating data for monitoring of a cyber-physical system for early determination of anomalies
EP3208735B1 (en) System and method of protection of technological systems from cyber attacks
US11595409B2 (en) Method for monitoring an industrial network
US9395713B2 (en) Method and system of protection of technological equipment
CN111552263B (en) Method, computer-readable storage medium and system for inspecting industrial facilities
Neher et al. Using game physics engines for hardware-in-the-loop material flow simulations: benefits, requirements and experiences
Al-Radhi et al. A model-based machine learning to develop a PLC control system for Rumaila degassing stations