5. Математическое и программное обеспечение асутп

Под математическим обеспечением АСУТП понимается совокуп­ность математических методов, моделей и алгоритмов, использу­емых при разработке и функционировании таких систем. По мере развития применения вычислительной техники в АСУТП их матема­тическое обеспечение вместе с построенным на его основе прог­раммным обеспечением приобретает всё большее значение и стано­вится соизмеримым, а иногда и превышает по стоимости комплекс используемых технических средств. Управление объектом включа­ет в себя комплекс операций, необходимых для формирования со­ответствующих целенаправленных воздействий на управляемый объект. Для этого каждую задачу управления надо сформулировать математически. Математическая формулировка любой задачи опти­мального управления включает в себя два элемента: математичес­кую модель объекта и критерий управления. Под математической моделью понимают систему математических соотношений, описываю­щих поведение объекта управления и те условия (возмущения, ог­раничения и т.д.), в которых он работает. Для представления модели в аналитической форме необходимо знать физическую при­роду управляемого объекта, его структуру и конструктивные осо­бенности. Модель всегда в той или иной степени приближена и может не учитывать ряда тонких явлений, происходящих в объек­те, и в то же время может с успехом использоваться для опреде­ления управляющих воздействий при различных совокупностях зна­чений параметров объекта. Это можно сделать как в темпе с хо­дом процесса, так и в режиме опережающего анализа, поскольку большое быстродействие современных вычислительных машин позво­ляет произвести соответствующие опережающие расчеты. Если ха­рактеристики управляемого объекта подвержены изменениям, то соответствие модели объекту должно непрерывно проверяться и уточняться на основе информации о состоянии объекта. Модель закладывается в машину (т.е. хранится в ее запоминающем устройстве в виде программы). Пользуясь моделью, можно испробо­вать различные управляющие воздействия, получить и зафиксиро­вать реакции модели на эти воздействия, а затем выбрать те из них, которые в наибольшей степени удовлетворяют оптимальному критерию. О том, как надо обработать информацию об управляемом объекте, чтобы получить целесообразные управляющие воздействия, говорится в инструкциях, которые отражаются в алгоритмах упра­вления. Алгоритм управления, отражающий общую цель системы уп­равления, довольно сложен и может быть расчленен на большое число подалгоритмов, соответствующих отдельным задачам (функ­циям) системы управления. Эти подалгоритмы связаны между собой так, что в определенных производственных ситуациях "работают" отдельные звенья общего алгоритма.

Форма математического обеспечения АСУТП основана на при­менении прогрессивного принципа модульности, в соответствии с которым математическое обеспечение можно разложить на совокуп­ность (или синтезировать из совокупности) автономных частей алгоритмических модулей.

Алгоритмический модуль представляет собой законченное ре­шение частной задачи алгоритмизации, возникающей при исследо­вании объектов автоматизации, синтезе систем контроля и управ­ления. Совокупность алгоритмических модулей в целом образует упорядоченную иерархическую структуру. Модули более высокого уровня могут включать модули более низкого уровня, образуя со­ставной модуль (макромодуль), В условиях конкретной системы макромодуль выступает в качестве самостоятельного алгоритма.

Описание алгоритмического модуля является основной частью задания на программирование. Описание модуля в проектном доку­менте по своей полноте удовлетворяет условию возможности его практического применения без использования дополнительных ис­точников информации, за исключением общедоступных материалов (ГОСТ, ОСТ и т.п.). Программное обеспечение охватывает круг решений, связанных с разработкой и эксплуатацией программ ЭВМ. Под программой принято понимать алгоритм, представленный в форме, воспринимаемой вычислительной машиной.

Программное обеспечение АСУТП представляет собой совокуп­ность общего (ОПО) и специального (СПО) программного обеспечения.

Общее программное обеспечение АСУТП поставляется комплектно со средствами вычислительной техники. Поэтому в части ОПО в проекты АСУТП включают только элементы, дополняющие или заме­няющие по функциональному назначению программы, поставляемые комплектно с вычислительной техникой.

ОПО АСУТП включает в себя программы, предназначенные для использования самостоятельно или в составе других программ (ра­нее разработанных и находящихся в отраслевом фонде для повтор­ного применения), для решения на средствах вычислительной тех­ники задач АСУТП.

Специальное программное обеспечение АСУТП оформляется как программные модули (ПМ), пакеты программных модулей (ППМ) и па­кеты прикладных программ (ППП).

Программный модуль представляет собой совокупность прог­раммы на машинных носителях, чтение с которых возможно непос­редственно аппаратурой вычислительных машин, и программной до­кументации, необходимой для изготовления, сопровождения и экс­плуатации программы. Программные модули в отдельности или в сочетании с другими программными модулями, реализуют примени­тельно к конкретным вычислительным средствам одно или несколь­ко взаимосвязанных типовых решений (или решений одноразового применения) задач функционирования АСУТП, оформленных в виде алгоритмических модулей. Минимальным ПМ является программа, да­льнейшее деление которой приводит к потере функционального смысла.

Программный модуль рассматривается как основная форма раз­работки, организации и оформления СПО, обеспечивающая возмож­ность повторного применения ранее разработанных ПМ в новых раз­работках, снижения трудоемкости создания программного обеспе­чения путем компоновки единой исходной или исполнительной про­граммы из готовых ПМ, унификации и повышения эффективности раз­работки программной документации, автоматизации проектирования ПО АСУТП.

Пакет программных модулей представляет собой комплекс про­граммных модулей, обеспечивающий реализацию функционально за­конченного алгоритма. ППМ могут обладать собственной базой данных, подсистемой управления ею и специализированным входным языком для настройки и общения с пользователем. Пакет приклад­ных программ АСУТП - это часть программного обеспечения АСУТП, представляющая собой совокупность программ, реализующих группу однородных подфункций АСУТП, и программу их настройки для кон­кретного, технологического объекта управления. Пакет програм­мных модулей и пакет прикладных программ АСУТП разрабатываются в виде совокупности программ на машинных носителях и програм­мной документации, необходимой для изготовления, сопровождения и эксплуатации пакетов.

Программы, определяющие работу АСУТП в целом (например, программы запуска системы), оформляются, как и другие элементы специального программного обеспечения, в виде ПМ, ППМ или ППП АСУТП.

Программная документация на элементы СПО АСУТП должна включать в себя документы, предусмотренные стандартом.