Системное формирование циклических технологических процессов

1. Системное формирование циклических технологических процессов

1.1.  Проектные процедуры формирования ЦТП

В рамках алгоритмизации автоматизированных систем управления циклическими технологическими процессами разработана и применяется определенная технология проектирования указанного класса систем [14, 31]. Она включает построение как алгоритмической, так и процедурной модели. Современная классификация различает три взаимосвязанные технологические схемы: административную, организационную и операционную. Схемы отражают процесс создания АСУ ЦТП) с точки зрения соответственно администрации предприятия - разработчика, руководителя работ и конструктора системы.

Рассмотрим более подробно проектные процедуры технологии, связанные непосредственно с процессами формирования ЦТП. Проектирование программного обеспечения (ПО) автоматизированного комплекса управления начинается с формализации технического задания (ТЗ) в части, касающейся математического, информационного и программного обеспечения. Эта работа выполняется, как правило, автоматизированным способом и имеет целью получение корректного формального описания функциональной структуры (ФС) автоматизированной системы на языке проектирования. В описании указывают, что должна делать система, при каких условиях и какие требования должны при этом соблюдаться.

В процессе выполнения этой проектной процедуры осуществляется последовательная декомпозиция общей цели автоматизации на подцели, а затем на функции, реализуемые локальными технологическими станциями, подсистемами, задачами и т.д. [58].

Полученная функциональная структура служит в качестве формализованного ТЗ на последующее проектирование процессов, алгоритмов, программ и баз данных (БД). Основным результирующим проектным документом процедуры является описание схемы функциональной структуры и постановок функциональных задач.

Проектирование процессов имеет целью получение корректного описания общего алгоритма функционирования (ОАФ) автоматизированной системы управления в реальном времени, включая диалог оператор-система, на языке проектирования. В общем случае алгоритм может быть описан непроцедурно, т.е. неявно, и задавать временные, логические и информационные связи операций. Поэтому для его обозначения используются термины "логическая структура", "структура процессов", "процедурная модель" [46-48].

Формальное описание структуры процессов вводится в ЭВМ (инструмент, который используется при проектировании), анализируется с использованием различных критериев, в том числе и на соответствие ранее полученному описанию функциональной структуры. Структура процессов задает все возможные процессы, которые могут протекать в системе, и тем самым определяет, в каком порядке выполняются функции, установленные в первой проектной процедуре.

Поскольку аналитическими методами контролируются лишь статические связи операций в реальном времени, то должен быть предусмотрен динамический контроль ОАФ путем имитационного моделирования [14].

Процедура проектирования алгоритмов реализации функций начинается с декомпозиции постановок функциональных задач (задач контроля, регулирования и др.). Эта проектная операция сводится к разложению постановки задачи на алгоритмические модули, анализу и документированию алгоритмов. В результате декомпозиции получают логическую структуру (алгоритм) функциональных задач, представленную в виде описаний алгоритмических модулей и связей между ними по управлению и информации. На этом этапе, когда имеется подробная логическая структура системы, решается вопрос о способе реализации алгоритмических модулей (аппаратурном или программном), т.е. принимается окончательное решение о структуре технических средств. При этом используются данные о временных ограничениях на выполнение функций, полученные в процессе имитационного моделирования.

Этап реализации заключается в следующем. Если функции, заданные логической структурой, реализуются программно (с помощью УВС), то процедура реализации включает операции изготовления программных компонентов (ПК) путем выбора, адаптации, генерации или кодирования текстов программ и объединения их в комплекс. Готовые ПК подвергаются статическому и динамическому анализу. Затем проверяются тестированием на сокращенном объеме исходных данных.

Процедура формирования БД начинается в момент времени, когда известны состав и формат массивов глобальных данных. Предварительные сведения содержатся уже в описании функциональной структуры, точные сведения получают после составления описаний алгоритмов функциональных задач.

Целесообразно рассмотреть процедуры проектирования, используя неформальное описание иллюстративного примера. Для иллюстрации технологии программирования выбрана система управления циклического технологического процесса (АСУ ЦТП), осуществляемого при автоматизированной диагностике электронного оборудования [20,67]. Автоматизированная система выполняет функции контроля хода ТП и логического управления им в диалоге с оператором. Для простоты понимания число функций и сигналов выбрано минимальным. Объект управления (ОУр) представляет собой систему плавного регулирования напряжения электровозов ВЛ80р, которая имеет обратные связи [70].  Организация и технология, реализуемая в АСТД, рассматривается ниже, в разделе 1.4. Здесь только отметим, что технологический процесс повторяется циклически через каждые 30 минут. Технологический цикл включает три фазы: "Подготовка" (6 мин.), "Загрузка" (6 мин.); и собственно процесс - фаза "Процесс" (18 мин.). В фазе "Подготовка" оператор проверяет состояние оборудования.

1.1.1. Функции системы автоматизации ЦТП

Функции управления распределяются между оператором и системой управления следующим образом:

-  оператор дает команды на пуск и остановку ЦТП, управляет пусковой аппаратурой, квитируя свои действия ответами на запросы системы (также может быть установлен 2-х позиционный исполнительный механизм);

-  система управления выполняет функции логического управления и автоматического контроля ЦТП.

Требования к функциям логического управления

Функции логического управления сводятся к следующему:

а) классификация ситуаций в автоматизированном технологическом комплексе (АТК) с учетом хода реального времени, команд оператора и событий на объекте управления;

б) выдача советов оператору по управлению пусковой аппаратурой в соответствии с правилами ведения ЦТП;

в) управление автоматически выполняемыми функциями АСУ ЦТП в зависимости от текущей ситуации в АТК.

Ситуации в АТК делятся на нормальные и аварийные. Признаком аварийности ситуации в фазе "Загрузка" является превышение предельного уровня напряжения, в фазе "Процесс" – превышение предельных значений температуры.