Диссертация (Модели и алгоритмы автоматизации пожаровзрывоопасных поточно-транспортных систем), страница 7

Такимобразом,проверкавыполнениявсейсистемыправилнецелесообразна.Достаточно проверить правила, в которых участвуют измененные свойствагруппы объектов. Тогда для проверки в стек логического вывода извлекаются всеправила, в условной части которых стоят ограничения изменившихся свойствНа рис. 2.4 приведено пространственное положение технологическогооборудования по критерию оптимальности в виде суммарного расстояния междусвязанными объектами, когда оно достигает минимума при обеспечении системытехнологических соединений, заданной технологической схемой отделениямеханико-ферментативной обработки крахмалистого сырья и выполнениисистемы ограничений:1. Условие не пересечения аппаратов друг с другом.2. Условие обеспечения транспорта веществ самотеком между аппаратами.3. Условие обеспечения зон обслуживания аппаратов.4.

Условие размещения аппаратов внутри цеха.5. Условие не пересечения аппаратов со строительными колоннами.6. Условие ограничения минимального расстояния между аппаратами.7. Условие размещения крупногабаритных аппаратов по этажам.57Рис. 2.4 – Технологическая схема582.3. Математическое моделирования процесса создания АСУ ТП потехнологической схемеЕсли процесс моделирования и получения оптимальной технологическойсхемы процесса на ОПО реализуем, то возникает вопрос: можно ли по аналогиисоздать математическую модель АСУТП?Математическая модель АСУТП должна включать такие же условия,основанные на физике технологического процесса, на тех же требованияхнормативных документов (ТР, ПБ, СП, ГОСТ и т.д.), на технологическихособенностях, условиях эксплуатации систем, условиях работы оборудования,персонала, условиях обслуживания.Так же как и для технологического процесса, автоматизация создания АСУТП требует трудоемкой разработки программного обеспечения, реализующегоалгоритмы контроля и управления техпроцессом, и выходом в данной ситуацииявляется переложение части цикла построения модели АСУТП на ЭВМ [44,81].В результате реализации этого подхода, также как и для проектированиятехнологической схемы, получим снижение времени проектирования АСУТП.Однако в данном случае, в отличие от проектирования технологической схемы,которая не изменяется до выработки своего технического ресурса, получаемпринципиально новые возможности, а именно:- возможность модификации АСУТП, при необходимости изменения илирасширения автоматизации объекта, эксплуатационным персоналом, т.е.

бездополнительного привлечения проектных организаций;- «устранение человеческого фактора» на более высоком уровне, т.е.ошибок разработчиков АСУ ТП, в т.ч. благодаря «имитатору виртуальноговнедрения АСУ ТП без объекта», что особенно важно для объектов повышеннойопасности (ОПО).Все задачи, решаемые в процессе создания АСУ ТП, в т.ч. проектированияматематического и программного обеспечения, могут быть классифицированы[22] по выделенным классам структуры (инфраструктура, макроструктура,59микроструктура) и уровням описания (табл.2.1) структур (технологический,математический и физический).Таблица 2.1. Классификация задач проектирования математического ипрограммного обеспеченияКласс структурУровни описания структуртехнологическийПервичныесредства вводаданныхУстройстваОборудованиеПриведение ктехнологическомутипу, классификациядля использованияследующим уровнемобработки данных.Приведение ктехнологическомуназначению дляиспользованияследующим уровнемобработки.Приведение ктехнологическомуназначению дляиспользования втехнологическомпроцессе.Технологический Количественнопроцесскачественный учеттехнологическихпараметров.математический ипрограммныйфизическийПервичная обработкавходного сигнала(подавление дребезга,интерполяция,фильтрация)Преобразованиеэлектрическихзначений в физическиевеличиныМатематическоеописание поведенияустройства, разработкаматематическогообеспечения,алгоритмов и функций,программногообеспечения контроля иуправленияустройствомРаспределениеполномочий междуустройствами в составеоборудования.Моделирование иоптимизация структурыи параметров,разработка алгоритмови функций.Взаимодействиетехнологическогооборудования длявыполнения процессов.Компоновканеобходимыхпараметров и данныхиз общего числаконтролируемыхпараметров дляфункционированияустройства.Выбор необходимыхустройств, для полногоконтроля и управлениятехнологическимоборудованием.ВыполнениетребованийбезопасностиВ общем случае комплексное решение задач автоматизации любымтехнологическим процессом включает [2,22,35,44-47,77,89]:-измеренияпараметровоборудованиятехнологического(температур, объемов, веса, токов, напряжений и т.д.);60процесса-регистрациюсостоянийимаршрутовтехнологическогопроцесса(скоростей, конечных выключателей, задвижек и т.д.);-математическуюобработкурезультатовизмеренийпараметровирегистрации состояний;- управление оборудованием технологического процесса (двигателями,весами, измерительными приборами и т.д.);- отладку режимов работы технологического оборудования (циклограмм,ПИД-регуляторов, аварийных уставок и т.д.).Длявыполненияэтогокомплексазадачнеобходиморазработатьпрограммное обеспечение, позволяющее последовательно и синхронно вовремени изменять в требуемой последовательности состояния всех элементов,участвующих в технологическом процессе.Формализацияописаниятехнологическогопроцесса,основананапредварительном составлении упорядоченных множеств: элементов системы L,команд F, состояний элементов системы AL, событий элементов системы C,состояний технологического процесса A [43].Дляреализациипредложенногоподходаиспользованыследующиеопределения и переменные [22,43]:Состояниеобъектаавтоматизации(ОА)–совокупностьсостоянийтехнологического процесса.Формально состояние ОА описывается совокупностью параметров ∈ ,(2.5)где = 1, – индексы возможных режимов работы ОА, включая нерабочий режим,стационарные и переходные режимы.Для формализации и математического описания технологических процессовОА на основе правил булевой алгебры использованы следующие понятия ивыражения:Элемент технологического процесса ( = 1, )(2.6)61- любая составная часть системы, без которой невозможно её нормальноефункционирование.Совокупность элементов = { : = 1, } включает в себя всеразновидности информационных каналов: измерения параметров, управления,вывода информации, программное обеспечение.Состояние элемента ( = 1, )(2.7)- значение булевой функции, определяющей условия участия элемента втехнологическомпроцессе.

= 1длярабочегосостояния, = 0 – для нерабочего состояния элемента ;Команда ( = 1, )(2.8)– логическое воздействие на элемент технологического процесса , котороеинтерпретируетсявспециальныйкодсоответствующегоязыкапрограммирования, используемое для изменения состояния элемента ALr , : = ∧ ; = ∧ == ( ∧ ) ∨ ( ∧ ) ∨ ( ∧ )Множеству элементов технологического процесса соответствует множествокоманд: = { : = 1, , (∀)( = ∧ , =Состояние технологического процесса)}(2.9) ( = 1, ) – совокупностьсостояний всех его элементов при выполнении определенной функции АСУТП.Совокупность функциональных состояний технологического процесса образуетмножество:{ : = 1, }(2.10)Событие { = 1, } – ответ на управляющее воздействие в виде однойили группы команд для изменения состояния технологического процесса.62Совокупность событий технологического процесса образует множество:{ : = 1, },(2.11)где q – номер события.Перечисленные множества и переменные являются основой микроструктуры,а затем и макроструктуры программного обеспечения (ПО) АСУТП, причеммакроструктураможетбытьприняталибокакжесткаявовременипоследовательность элементов технологического процесса и его составляющих,либо как обязательная для исполнения совокупность операций, выполняемых сучетом текущего состояния параметров инфраструктуры.Состояниетехнологическогопроцессапредставляетсобойупорядоченную минимально необходимую последовательность событий попереводу технологического процесса из исходного состояния в рассматриваемоесостояние и задается в виде массива целых чисел [1 ∶ ] { ∶ = 1, ∧ ∈ { ∶ = 1, }}(2.12)где – число событий в состоянии , включая повторные события, а каждое число этогомассива является индексом q, соответствующим номеру события в упорядоченном множествесобытий (6).Событие представляет собой реакцию на последовательность команд изадается в виде массива целых чисел [1 ∶ ] : { ∶ = 1, ∧ ∈ { ∶ = 1, }}(2.13)где – число команд в событии Cq , включая повторяющиеся команды, а каждое число этогомассива является индексом r, соответствующим номеру команды в упорядоченном множествекоманд.При = 1 команда Fr полностью определяет рабочее состояние элемента(2) и состояние технологического процесса (8) и текущее событие (9).Временная структура технологического процесса задается функцией Srвычисления времени, необходимого для выполнения функции преобразования(команды) , соответствующей рабочему состоянию Lr .63Функция { : = 1, }(2.14)задается в виде массива целых чисел [1 ∶ ] , где – число номеровметок в переключательной функции S, необходимых для каждой функции выбор соответствующей функции .Вычисление времени ∆ каждой команды проводится с учетом состояниятехнологическогопроцесса.Найденныезначения∆используютсядляопределения интервалов (0 , ) и временной структуры техпроцессов.2.4.

Алгоритмизация математической моделиВ связи с быстротекущими процессами в АСУТП, в отличие от АСУП иАСУТПП, основной характеристикой при алгоритмизации является временнаяхарактеристика алгоритма, которая определяет длительность решения исложность,зависящие,какправило,отколичестваопераций.Иеслиохарактеризовать алгоритм функцией f(n), выражающей скорость роста объемавычислений при увеличении размерности задачи – n, то линейный илиполиномиальныйхарактерэтойфункциисвидетельствуето«хорошем»алгоритме, а экспоненциальный – о «плохом». Так, например, при f(n)=2nувеличение производительности в 10 раз увеличивает размерность задачи,решаемой за то же время, всего на 15% [79].Следующаяважнаяхарактеристика,характеристикаопределяющаяегоалгоритма–информационнуюегообъемнаясложность,т.е.количеством операторов, количеством маршрутов и их сложностью.Именно поэтому, при алгоритмизации был разработан метод описаниядинамическихобъекта,связейфункционально-технологическихоптимизирующийвыполнениемоделейтехнологическихэлементовпроцессоввуправляющих контроллерах.Основной алгоритм реализации математической модели представлен на рис.2.5 (начало) и 2.6 (продолжение).64Рис.

2.5 – Начальная часть алгоритма65Рис. 2.6 - Завершающая часть алгоритма662.5.Синтезструктурыпрограммно-техническогокомплексадлясоздания АСУ ТП ОПО, реализующего математическую модельПринимая во внимание, что разработчики АСУ ТП получают готовуютехнологическую схему объекта автоматизации (ТС ОА) и точные диапазоныусловий (режимов, параметров и т.д.) технологического процесса в техническомзадании (ТЗ), была синтезирована (рис. 2.7) следующая структура программнотехнического комплекса (ПТК) [22].Рис. 2.7 – Структура ПТК2.4.1. Редактор конфигурации АСУ ТП.Основой ПТК является «Редактор конфигурации» (РК) который позволяетсоздавать и редактировать конфигурации.

Тип хранения данных конфигурации –это база данных SQLite. В качестве прототипов необходимых данных являютсяспециальные таблицы, на основе которых редактор контролирует правильностьввода данных. Редактор конфигурации позволяет:- создавать необходимые структурные объекты, такие как «контроллер»,ресурс (задачу), «модуль ввода-вывода», группу каналов ввод-вывода, канал67ввода-вывода, оборудование с технологическим типом по шаблону, простоеустройство с технологическим типом по шаблону, программный датчик или каналвывода с технологическим типом по шаблону.-параметризироватькаждыйструктурныйобъектнеобходимымипараметрами, такими как IP адрес контроллера, идентификатор ОРС сервера,имена переменных контроллера для контекста ввода-вывода всех типов, в т.