Проект интерактивной интегрированной системы контроля, диагностики и управления

путем изменения магнитного потока. Проведенные исследования [2] показывают, что при использовании 4-^-6-кратных форсировок по напряжению возбуждения электродвигателя даже при постоянной времени обмотки возбуждения 3-^4 с достигается требуемое изменение момента за 0,3-^0,5 с, что является вполне приемлемым для экскаваторного электропривода. Кроме этого, так как в настоящее время на мощных экскаваторах-драглайнах применяется безредукторный привод поворота с тихоходными двигателями с соотношением резонансной частоты вращения к рабочей 2,64-2,9 [3], при увеличении скорости вращения двигателя в два раза по сравнению с номинальной последний продолжает работать в дорезонансной зоне.

Следовательно, в настоящее время имеются все предпосылки для разработки двухканальных систем управления экскаваторным приводом с широким диапазоном регулирования скорости при удовлетворительном качестве коммутации и динамических процессов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИ И СПИСОК

1. Дружинин А. В.. Бабенко А. Г. Оптимизация режимов работы электропривода поворота мощного драглайна//Известия вузов. Горный журнал,—1990,—№ 4.— С. 237—242.

2. Ключев В. И. и др. Разработка и исследование реверсивного тиристорного электропривода для тяжелых условий работы//Автоматизированный электропривод/Под обшей ред. И. И. Петрова, М. М. Соколова, М. Г. Юнькова.— М.: Энергия, 1980.— С 314—317.

3. Оленев В. А., Петухов П. А., Русанов Ю. А. Исследование эффективности демпфирования электроприводом колебаний момента в механизме поворота экскаватора II Исследование нагрузок в узлах экскаваторов: Сб. науч. тр. / ВНИИметмаш; Под общей ред. В. А. Оленева,—М„ 1986 —С. 3—12.

4. Хвостов В. С. Электрические машины: ¡Машины постоянного тока.— М.: Высшая школа, 1988 — 336 с.

УДК 622.7—52

А. Г. Бабенко

ПРОЕКТ ИНТЕРАКТИВНОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ, ДИАГНОСТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ

Рассматривая широкий круг задач, связанных с созданием промышленных информационных систем (ИС) различного назначения (систем контроля и учета, диспетчерских, диагностирующих и управляющих систем), можно прийти к выводу, что при их реализации вполне достаточно использовать комплекс традиционных программных средств: электронных таблиц (ЭТ), баз данных (БД), систем коммуникаций, которые отличаются от обычных работой в реальном времени и связью с объектами реального мира. Идея разрабатываемого проекта состоит в переносе технологии интегрированных систем из сферы делопроизводства в сферу контроля (диагностики и управления) техническими и технологическими процессами, в частности, работы горного оборудования. Цель проекта заключается в создании комплекса взаимосвязанных программных средств, реализующих единую концепцию промышленной интегрированной ИС. Такая система должна отличаться интерактивностью, средо- и объектно-ориентированным характером программирования, наличием эффективных средств связи с физическим миром, работой в реальном времени и наличием развитого графического интерфейса.

Интегрированный характер системы обеспечивается использованием в нем различных информационных сред: БД статической и реального времени, ЭТ реального времени, коммуникационной среды, развитого графического интерфейса и других, которые можно сочетать в различных составных пользовательских средах. Каждой информационной среде соответствует отдельная программная подсистема. При этом пользователю интегрированной системы предоставляются одинаковые средства доступа к различным средам, единый стиль управления и осуществления связи между ними.

Интерактивность обеспечивается наличием определенного внешнего вида, проявлением диалоговой активности, наличием определенного поведения в реальном времени и пространстве, способностью обрабатывать, хранить и отображать информацию. Основоопределяющими свойствами являются диалоговая активность и наличие поведения в реальном физическом мире. Эти свойства обеспечивают отклик системы (изменение поведения, режима работы, внешнего вида и т. д.) при получении информации от пользователя или при появлении событий в реальном физическом мире.

Средо- и объектно-ориентированный характер проявляется в отказе от языкового и процедурного программирования. Процесс программирования заменяется на процесс создания объектов (объектных понятий) в различных информационных средах и указания их взаимосвязей и поведения. В качестве объекта интегрированной среды может использоваться модель реального физического объекта, реализуемая в различных информационных средах. Создаваемые самим пользователем объектные понятия и их взаимосвязи очевидны для него и могут отражать реальные свойства реальных объектов. При наличии в интегрированной системе большого набора стандартных и специальных функций обработки информации и процедур управления становится возможным значительно сократить срок разработки и внедрения промышленных ИС различного назначения. Более того, можно говорить о возможности создания промышленных ИС специалистами в конкретной сфере производства— технологами, которые не являются профессиональными программистами.

Возможность использования разрабатываемой системы в качестве основы промышленных ИС должна обеспечиваться наличием разнообразных и эффективных средств настройки и управления различными устройствами связи с объектами (АЦП, ЦАП, свободно программируемые периферийные контроллеры, концентраторы сигналов и т. д.) и наличием эффективных средств настройки работы интегрированной системы на реальное время.

Рассмотрим некоторые характеристики основных информационных сред.

Базы данных рассматриваются как универсальные хранилища информации, которая может быть изначально присущей информационной системе,— это описание реальных объектов, технологических агрегатов и их отдельных элементов, описание используемых технических средств автоматизации; справочной информации, используемой при создании ИС,— описание типовых схем и проектных решений, нормативная документация; информации, возникающей в процессе работы ИС,— изменения во времени контролируемых параметров, аварийные и предупреждающие сообщения и т. д.

Электронная таблица, являясь одним из основных элементов интегрированной системы, должна обеспечивать задание алгоритмов обработки информации, поступающей от объекта и оператора, обработку первичной информации (с использованием встроенных стандартных и специальных функций или задаваемых пользователем в виде выраже-

лий или таблиц), вызов различных действий интегрированной системы (обращение к встроенным стандартным процедурам н процедурам, разработанным создателем промышленной ЙС) и отображение "информации, диспетчеризацию работы в реальном времени, связь со средствами ввода информации от реального объекта. При этом электронная таблица доступна при создании ИС и остается «прозрачной» (т. е. пользователь не замечает ее работу) при ее эксплуатации.

I Разработчик прикладной информационной система .

--

Голодной модуль - интерфейс создателя

г:

4>

Ребоктр томоб библиотекарь"

г'

Тома

Редактор битойой маска курсора

Редшпор фйноЗоя

изображении

Редактор фонсЬх изображении

кресс - редактор и#фе/шциентх связей

<т

-

< -

<—— =

Кросс -редактор уорабля/ошик 'связей

I

Средства создания псмэоЕа/пелдскоео интерфейса j

Эмуляция исполняющей система

=-> растробь/х

| изображений \

I

Эмуляция з>жк/п-оотй таблица

1

Битобае миски ( I курсора |

-)-> Растробь/е | фонобые 1 I изображения \

| Векторные \ =»> фонобые

I изображения I

I I

I Постооиессор |

=> ¿угектронной

I таблицы I

Полозобатело-*=¥*>скцц интерфейс I фрейм-проект |

I Неситесь | информации^

С бязи с объектом контроля (горная машина) или эмуляция сигналов с объекта

Т

I Объект контроля Сгорная машина]

Рис. 1. Структура графического интерфейса

Другим важным элементом интегрированной системы является графический интерфейс и средства его создания, с помощью которого реализуется декларированный объектно-ориентированный подход к созданию прикладной ИС. На рис. 1 представлена структура графической среды интегрированной системы, в которой можно выделить различные редакторы и эмулятор исполняющей системы. Графические редакторы томов растровых изображений — «библиотекарь», полноэкранных растровых и векторных изображений, битовой маски курсора— это программные средства, с помощью которых создается внешний

вид прикладной ИС. В этих редакторах формируются экранные образы средств управления ИС, реальными объектами и образы средств отображения информации. С помощью кросс-редакторов информационных и управляющих связей происходит связывание различных элементов графических изображений с источниками информации и вызываемые при указании на эти элементы процедуры и функции. В кросс-редакторах происходит определение свойств элементов графического интерфейса путем их выбора из исчерпывающих списков этих свойств, который определяется разработчиками интегрированной системы. С помощью эмулятора исполняющей системы создатель прикладной ЦС может подключать источники информации (ЭТ, БД) или эмулировать их подключение к создаваемому графическому интерфейсу пользователя.

Среда коммуникаций обеспечивает управление стандартной и нестандартной периферией ЭВМ и связь с другими вычислительными устройствами.

На рис. 2 представлена общая структура разрабатываемой интегрированной системы и направления передачи информации и управления в ней. Интегрированная система состоит из нескольких основных частей: интерфейса разработчика прикладной ИС (модуль 1); ЭТ реального времени (модуль 2); статической БД создателя прикладной ИС (модуль 3.1), содержащей доступную из интерфейса создателя информацию о технологии, оборудовании, типовых схемах автоматизации и т. д.; ститической БД пользователя прикладной ИС (модуль 3.2), содержащей информацию о контролируемом оборудовании и элементах прикладной ИС. Отдельную группу составляют средства создания графического пользовательского интерфейса. Кроме этого, в состав интегрированной системы входят БД реального времени (модуль 5), которая регистрирует и обеспечивает возможность хранения и дальнейшей обработки текущих контролируемых параметров, автоматическое или ручное ведение рабочих журналов; модуль работы с файловой системой (модуль б), обеспечивающей связь интегрированной системы на разных этапах функционирования с носителями информации; модуль управления стандартной периферией (модуль 9.2). Работа пользователя прикладной ИС основана на применении исполняющей системы (модуль 7), которая обеспечивает функционирование прикладной ИС и пользовательского интерфейса (модуль 8). Пользовательский интерфейс является той информационной средой, которая создается в интегрированной системе разработчиком и работа в которой обеспечивается исполняющей системой. Исполняющая система управляет работой модуля управления нестандартной периферией (9.1), обеспечивающего получение и начальную обработку аналоговой, дискретной и цифровой информации, поступающей от реальных объектов.

Обмен информацией между разными элементами интегрированной системы происходит с помощью файлов нескольких типов: томов растровых изображений, отдельных полноэкранных растровых и векторных изображений, флеймов-проектов (векторные изображения с информацией об информационных и управляющих связях), битовых масок курсора, различных БД, содержимого Э'Г до и после обработки. Обработка содержимого ЭТ осуществляется специальным постпроцессором, который проводит подготовку к выполнению процедур управления процессами получения и обработки информации, заданными в виде неупорядоченного множества ячеек ЭТ, объединяя их в единую оптимальную последовательность действий, передаваемую в исполняющую систему.

В рамках проекта цикл существования промышленной информационной системы разбивается на два этапа: этап создания, заключающийся в непосредственном построении пользовательской среды, и этап

использования среды пользователя. Этап создания основан на непосредственном построении нужной пользовательской среды (нескольких сред) путем создания в интерактивном режиме элементов ее информационных структур, внешнего вида, указания информационных и управляющих связей, поведенческих функций в различных ситуациях. На этапе использования сконструированная пользовательская ИС функционирует

| Создатель лалшЯателымео ин/пфреит\

щ

интерфейс ссида/пеле

г2

А/гек/прошая таШтца реалмоео бремена

гЗ! -1-

нспла»

Справочная Раза Зашм

I г*2

ЛольуоЯа/лрмшр база

г

Графические ре^ак/пам

МОО^Ой работ с

/райло-Да? рис/пет

д. 2 _,_

-л-^росс-редахтбр информационных

>У------тн^-

\ffasa шш реалшео времени

Рис. 2. Структура интегрированной системы

на объекте и характеризуется свойствами, определенными на этапе создания. Таким образом, интегрированная система используется как создателем конкретной системы контроля, который в дальнейшем может быть пользователем ее конкретного воплощения, так и пользователем готовой или заказной ИС. Следует отметить, что такое разделение достаточно условно, т. е. пользователь интегрированной системы должен иметь возможность вести самостоятельную разработку или модификацию прикладной системы в ней самой.

Создание прикладной ИС заключается в формировании и записи на магнитные носители фреймов-проектов пользовательского интерфейса и файлов с содержимым ЭТ после обработки постпроцессором, в которых записаны алгоритмы обработки информации. Пользователь взаимодействует с исполняющей системой через пользовательский интерфейс, который записан во фреймы-проекты и содержит средства отображения информации и управления пользовательским интерфейсом. Исполняющая система, работа которой определяется информацией,

задаваемой в электронной таблице и фреймах-проектах, обеспечивает работу в реальном времени, опрос источникоз информации, выполнение вычислений, отображение информации и управление реальными объектами. Таким образом, режим создания и работы прикладной программы разделены. Но в то же время в интерфейсе создателя предусматривается возможность работы с исполняющей системой на любом этапе создания прикладной ИС: заполнение ЭТ, создание графического пользовательского интерфейса.

В интегрированной ИС реализуется фреймовый подход к представлению информации. Все информационные среды просматриваются пользователем (при создании и использовании) через окно прямоугольной формы. Такое окно обладает свойствами фреймов и обеспечивает эффективный обмен информацией, передачу управления, вызов процедур при указании определенных на этапе создания элементов фреймов. Любой фрейм, являясь универсальным носителем информации, может состоять из указателен на другие фреймы, процедуры и функции, содержать данные в виде текста, таблиц, записей БД и графической информации любого вида [1, 2]. Таким образом, фреймы являются основой организации объектной базы, элементы которой делятся на пассивные — различные структуры данных и активные — процедуры и функции. Основой фрейма является описание его структуры: уникальное имя, комментарии, список объектов фрейма и их свойств, ссылки на ассоциированные с данным фреймом функции и процедуры. Ассоциированные функции и процедуры играют особенно важную роль, поскольку с их помощью организуются информационные и управляющие взаимосвязи между реальными объектами, их представлениями в ИС и друг с другом. Такая структура фрейма делает возможным организацию иерархических моделей данных. Таким образом, фрейм представляет собой особую информационную модель, на основе которой могут моделироваться как традиционные типы данных, так и абстрактные, определяемые пользователем, к которым относятся модели реальных объектов. Для конечного пользователя фреймовая модель может оставаться «прозрачной», так как в процессе создания фрейма указываются естественные свойства, информационные и управляющие связи моделируемых объектов или их представлений.

Работая с фреймами, пользователь создает иерархию объектов, общую структуру пользовательской ИС. Особенно важно то, что возможно создание ИС «сверху», т. е. от общего к частному. Создавая начальный фрейм, пользователь объявляет в нем сразу несколько информационных структур, каждой из которых соответствует ячейка ЭТ, запись БД, другой фрейм или ассоциированная программа. При этом автоматически создаются информационные и управляющие связи и основа новых, планируемых, объектов ИС, Таким образом, пользовательская информационная система рассматривается как иерархическая БД. Записи в этой гипотетической базе формируются из статических БД пользователя (справочной системы), динамических БД и ячеек ЭТ. Обновле-. ние записей в реальном времени обеспечивает исполняющая система. Создав «черновик» ИС, можно углубиться в разработку любой его части или вернуться и исправить исходный фрейм. Вместе с тем ничто не мешает создавать систему с любого другого фрейма.

Одним из основных отличий разрабатываемой системы от существующих отечественных промышленных ИС является использование развитого пользовательского графического интерфейса В последнее время стала очевидна ориентация производителей программных продуктов на средства, составляющие графический интерфейс. Действительно, информационная емкость графического дисплея значительно выше, чем у дисплея, находящегося в символьном режиме. Создана спецификация

11 Заказ 281

161

пользовательского интерфейса CUA (Common User Accès), которая является частью спецификации Application architecture фирмы IBM, описывающая стандарт пользовательского интерфейса прикладной программы и поддерживаемая основными производителями компьютерной техники и программного обеспечения [3].

Графический интерфейс может реализовывать на этапах создания и использования прикладной ИС различные ^етафоры [2]. В режиме создания пользовательского интерфейса дисплей является метафорой рабочего кабинета, который включает в себя образы шкафов со спра вочной информацией и рабочего стола. При использовании метафоры рабочего стола дисплей рассматривается как стол разработчика ИС, на котором возможна работа со справочниками по технологии и техническим средствам, калькулятором для расчетов, бланками таблиц для описания и задания функциональных зависимостей, как кульман для создания образов реальных объектов в виде структурных, технологических схем, мнемосхем, реалистических изображений и как средство создания средств отображения информации. Метафора рабочего стола дает возможность использовать дисплей как монтажный стол, т. е. средство соединения источников информации с управляемыми объектами и средствами обработки, хранения и отображения информации. Дисплей— монтажный стол является средством задания информационной структуры ИС. В режиме использования прикладной ИС основной •> является метафора диспетчерского или иного пульта, при этом дисплей заполнен сформированными схемами и средствами отображения информации, управления ИС и реальными объектами, располагаемыми и комбинируемыми в поле зрения пользователя по его желанию. Кроме метафоры пульта, используются метафора справочной системы, основанной на БД характеристик технологического процесса и используемых технических средствах, метафора рабочих журналов операторов, заполняемых пользователем и в автоматическом режиме, метафора технических средств, реализуемых с помощью образцов стандартных средств измерения (тестера, осциллографа), подключаемых к контроль ным точкам на различных схемах.

Разрабатываемая система ориентирована на применение IBM PC/AT — совместимых ЭВМ с дисплеями EGA/VGA под управлением операционной системой выше DOS 3.30.

В рамках рассмотренного проекта группой разработчиков создан действующий макет ИС горной машины, реализующий многооконный графический интерфейс, работу в реальном времени, ввод и обработку информации от 16 аналоговых и 24 дискретных входов. Сфера применения разрабатываемой интегрированной системы не ограничивается горной промышленностью, а включает в себя различные технологические и технические процессы, характеризующиеся малыми или средними скоростями изменения контролируемых параметров, или экзотические, например, системы охранной сигнализации.

В настоящее время усилия разработчиков направлены на создание ЭТ реального времени и исполняющей системы. ,СлеДУет отметить, что возможно использование любых частей разрабатываемой интегрированной, системы по отдельности в виде отдельных программно-аппаратных комплексов.

Б И Б Л И О.Г РАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бнллиг И., Цыпунов J1., Юдин Г. Графический интерфейс и распространение идей СУБД на область графики//Компьютер-Пресс.— 1991,—№ 10.— С. 55—59.

2. Брябрин В. М. Программное обеспечение персональных ЭВМ,— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988 — 272 с.

CUA: компоненты пользовательского интерфейса // Компьютер-Пресс.— 1993.— № 1,—С. 29—34.