Программная система функционального проектирования аппаратных комплексов АСУТП

прикладной задачи, реализуемый СОЗ. Использование систем продукций при создании СОЗ имеет преимущества перед использованием алгоритмических языков, так как для записи правил обычно используется терминология, принятая в предметной области и задаваемая ее онтологией, что позволяет получить понятный пользователю метод. Для реальных предметных областей большим является либо число правил, либо объем обрабатываемых правилами данных. И то, и другое приводит к уменьшению скорости вычислений. В системах конфлюентных продукций результат работы не зависит от порядка применения правил, то есть такие системы обладают естественным параллелизмом, что отличает их от других классов систем продукций и систем параллельного программирования, основанных на логических языках. Поэтому наличие параллельной реализации системы продукций дает возможность пользователю получить более эффективную систему для решения прикладных задач.

Характеристики языка системы продукций

Исследования по онтологиям и разработке на их основе СОЗ позволили сформулировать требования к языку конфлюентной системы продукций. Язык должен:

- позволять представлять метод решения задачи как совокупность методов решения подзадач, описываемых модулями; в любом модуле должен быть задан его интерфейс, который модуль позволяет использовать другим модулем, либо который требуется для его работы; должна быть возможность явного задания условия вызова модуля, то есть среди правил могут существовать правила, правая часть которых есть вызов модуля;

- позволять использовать операции над числовыми данными и множествами, а также ограниченные логические и математические кванторы, являющиеся аналогами циклов в правилах;

- допускать правила, зависящие от параметров (схемы правил); схема задает множество правил, то есть ее можно рассматривать как аналог подпрограммы в алгоритмическом языке.

Распараллеливание процесса решения задач

Программная система, входом которой является программа на некотором языке, является языковым процессором этого языка. Существуют два класса языковых процессоров: интерпретаторы и

компиляторы. Описываемая в работе программная система является компилятором. Модульная программа, записанная на входном языке системы, поступает на вход анализатора, который проверяет синтаксическую и семантическую правильность записи правил и формирует внутреннее представление программы. Одним из компонентов внутреннего представления является информационный граф модульной программы. Генератор объектного кода анализирует свойства информационного графа и строит объектную программу, реализующую параллельную схему для метода решения задачи. Таким образом, компонентами программной системы являются лексический, синтаксический и семантический анализаторы, подсистема построения информационного графа, подсистема анализа информационного графа и выбора схемы распараллеливания процесса решения задач, генератор объектного кода.

Информационный граф модульной программы является двухуровневым, верхний уровень которого представляет собой граф программы, состоящей из модулей, а нижний уровень описывает графы каждого модуля, состоящего из правил. Верхний уровень описывает связи между модулями по передаче данных, а нижний - связи между правилами.

Можно выделить три группы схем распараллеливания процесса логического вывода. В схемах первой группы для распараллеливания вычислений используется верхний уровень графа, то есть эти схемы используются при распараллеливании вычислений на уровне модулей программы. В схемах второй группы для распараллеливания используются связи между правилами или множествами правил внутри одного модуля; эти связи описывает информационный граф модуля. Схемы третьей группы используются при распараллеливании вычислений внутри отдельного правила.

Естественной схемой распараллеливания процесса решения задач является схема, в которой каждый параллельный процесс соответствует одному правилу программы. Управляющий процесс координирует работу зависимых, передавая и принимая от них данные. Такая схема реализована в прототипе системы. Эксперименты с прототипом показали, что для некоторых классов задач время решения на многопроцессорной системе близко к п/к, где п - время решения задачи на однопроцессорной ЭВМ, а к - число процессоров.

ПРОГРАММНАЯ СИСТЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ АСУТП

О.Л. Ахремчик

Первые работы, носящие характер научного анализа процесса проектирования систем управ-

ления техническими системами, появились в 50-х годах 20 века. Однако в настоящее время в облас-

ти проектирования АСУ технологическими процессами (АСУТП) на начальных стадиях создания аппаратных комплексов применяются эвристические методы и библиотечный способ проектирования, предусматривающий использование нескольких типовых проектных решений. Построение приборного парка АСУТП на базе микроЭВМ приводит к быстрому обновлению элементной базы АСУТП и необходимости обновлять библиотеку типовых решений в сжатые сроки. Автоматизацию данных работ и призвана обеспечить программная система, созданная в соответствии с методологией, предложенной для разработки программных тренажеров.

Функциональное проектирование аппаратных комплексов призвано сформировать набор описаний системы, отражающих реализацию ее основных функций и задач. К данным описаниям относятся:

- перечень основных функций и функциональных элементов, их реализующих;

- обобщенная функциональная схема системы;

- набор технических устройств, соответствующих функциональным элементам;

- функциональная схема системы в выбранном техническом базисе.

В основу алгоритмического обеспечения программной системы положена продукционная модель, описывающая проверку принципа информационной совместимости технических элементов в ходе установления межэлементных связей для обеспечения целостности системы при выполнении следующих ограничений:

• функционирование технического элемента осуществляется без внешних источников энергии;

• элемент имеет сколь угодно много входов;

• элемент имеет сколь угодно много выходов;

• любому входу может быть назначен любой выход посредством операций программирования элемента.

Элемент Аj находится в отношении информационного соединения с элементом В,, если:

п т

и Оли П и 1в,к , п<^ т<^

j=1 к=1

где ОЛу - и-й выходной сигнал элемента А^ 1в|к -к-й входной сигнал элемента В,; п - число выходных сигналов; т - число входных сигналов; N -натуральное число. В общем случае может быть j=l, что отражает возможность соединения выхода элемента с входом этого же элемента.

В случае функционального проектирования аппаратных комплексов АСУТП действует отношение частичного подобия

1в, < О^ .

Строгость неравенства определяется видом информационного электрического сигнала. Для аналоговых сигналов неравенство нестрогое, а в

случае релейно-импульсных сигналов оно разбивается на строгое неравенство при рассмотрении характеризующего информационный сигнал тока и равенство при рассмотрении характеризующего сигнал напряжения.

Технические элементы представляются в базе данных программной системы как набор атрибутов:

А1ге={А1;ге1, Л1ге2 , Л1гез ,..., Л^ц}, (3) где Л1;ге1, Л1ге2,.., Л1ге11 - название, сокращенное имя, индивидуальный номер, число основных каналов, число вспомогательных каналов, потребляемый ток, энергозависимость, функции преобразования, характеристики разъемов, номер канала, параметры контактов разъема.

В лаборатории САПР центра новых информационных технологий Тверского государственного технического университета разработан и прошел апробацию действующий макет программной системы для автоматического синтеза межэлементных связей в процессе построения аппаратного комплекса АСУТП в заданном элементном базисе электрической ветви государственной системы приборов. Система ориентирована на генерацию множества правильных вариантов для последующего сравнительного анализа и выбора допустимых вариантов с учетом различных критериев.

Апробация проводилась на следующих видах функциональных структур аппаратных комплексов: датчик - регулятор, два датчика - регулятор, регулятор - исполнительное устройство, регулятор - два исполнительных устройства, датчик -регулятор - исполнительное устройство, два датчика - регулятор - исполнительное устройство, два датчика - регулятор - два исполнительных устройства.

В качестве заданных технических элементов рассматривались: термоэлектрический преобразователь температуры ТХК 9414, термометр сопротивления ТСМ 9620, блок контроллера БК П 01-14 Ремиконт Р130, регулятор Термодат 12 1УВ2Р1Т, исполнительный механизм МЭО 40/50-0.25-90, пускатель ПМЕ111, ТЭН мощностью 1 кВт.

Процесс установления связей при построении аппаратного комплекса системы управления температурой в жарочной камере, реализующего функциональную структуру два датчика - регулятор - исполнительное устройство можно представить в виде орграфа (рис. 1).

Рис. 1. Орграф, соответствующий функциональной структуре системы управления температурой

При задании элементного базиса в виде термоэлектрического преобразователя температуры ТХК 9414, регулирующего прибора типа блока контроллера БК1-П-01-14, исполнительного механизма МЭО40 производится модификация связей для построения модели в соответствии с правилом (2) и на основе атрибутивных моделей заданных элементов. При этом графовая структура изменяется посредством разрыва дуг и добавления в разрывы дополнительных вершин (рис. 2).

Введем обозначениям соответствие физических элементов: 3а - БУТ 10ХК, 3б - КБС3-0-5 мА, 3с - ПБР2. Ориентация дуг графа определяется контекстом передачи информационных сигналов в цепях системы.

©-©—©-о

Рис. 2. Орграф, соответствующий функциональной схеме системы управления температурой в заданном элементном базисе

В ходе экспериментальных исследований для 34 различных вариантов функциональных структур в выбранном техническом базисе программная система во всех реализациях устанавливала непосредственные соединения между заданными элементами в случае возможности и промежуточные элементы из базы данных для организации межэлементных связей при невозможности удовлетворения условию (2) для соответствующих технических элементов.

В состав программной системы входят: модули администрирования, редактирования правил вывода, ведения базы данных элементов, генерации схемных решений, графический редактор, текстовый редактор, базы данных: технических элементов, правил вывода, построенных схемных решений. Модули объединены в комплекс приложений, работающих с реляционной базой данных под управлением СУБД Postgre SQL. Выбор СУБД обусловлен:

- наличием внутренних расширений, способствующих построению комплексных команд и запросов;

- открытым исходным кодом;

- бесплатным распространением под действием лицензии GNU;

- возможностью установки и применения под множеством операционных систем.

Система предусматривает: ведение баз данных; построение структурных и функциональных схем; запуск процедур автоматического синтеза схемных решений в заданном техническом базисе; просмотр допустимых и недопустимых с точки зрения информационной совместимости вариантов технической реализации выбранной структурной схемы аппаратного комплекса.

Система предполагает два вида пользователей: администратор и проектировщик.

Система может поставляться в виде локального рабочего места и сетевого варианта с клиент-серверной архитектурой.

Программная система имеет следующие основные характеристики: Intel-совместимая аппаратная платформа, любая операционная система Windows, растровая или векторная графика, неограниченное количество переменных процесса, стандартные протоколы тревог и событий, минимальная конфигурация технических средств: Р11-500МГц, RAM 128 Мб, SVGA.

Апробация макета программной системы показала правильность теоретических положений, заложенных в основу ее работы:

- применение модели на уровне свойств элементов необходимо на стадии функционального проектирования АСУТП;

- основными атрибутами модели элемента являются свойства, обеспечивающие информационную совместимость элементов при установлении системных связей;

- детализация свойств полученных связей является предпосылкой перехода к автоматическому синтезу принципиальных электрических схем.

Следующим шагом в развитии системы является автоматическая проверка условий конструктивной совместимости, учет монтажных колодок и соединителей на этапе функционального проектирования, а также снятие первого ограничения с расширением области связей аппаратного комплекса до совокупности информационных и энергетических связей.

АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЛИНЕАРИЗОВАННОЙ ЗАДАЧИ ТЕОРИИ НАЛОЖЕНИЯ БОЛЬШИХ ДЕФОРМАЦИЙ

К.М. Зингерман, В.А. Людский

Методика приближенного аналитического решения плоских задач имеет следующий вид. Методом малого параметра решение задачи сводится к после-

довательному решению ряда линеаризованных граничных задач. Алгоритм представлен на примере сжимаемого материала, случая плоской деформации.