7.3. Разработка функционально алгоритмической структуры асутп*

Одна из важнейших задач, решаемых при создании АСУТП — выбор функциональной структуры системы и оценка требуемо­го состава технических средств. При создании АСУ для дейст­вующих установок эту задачу часто решают на основе анализа действий оператора по контролю и управлению процессом. При этом общую задачу управления объектом в целом не рассмат­ривают, что ограничивает возможности системы и снижает эф­фективность ее работы, хотя и позволяет выбрать жизненно важные для технологического объекта задачи управления. Оп­ределение требований к техническим средствам для реализации определенных таким подходом «снизу» функций АСУТП обыч­но приводит к заниженным оценкам по необходимому быстро­действию, памяти и составу периферийных устройств вычис­лительного комплекса (поскольку при этом не учитываются за­дачи управления объектом в целом, а также ряд перспектив­ных функций АСУТП, определение и реализация которых осу­ществляется, как правило, позднее, по мере освоения системы управления).

Другой возможный подход к определению функций АСУТП предусматривает декомпозицию общей задачи управления с по­следующим выбором конкретных функций и алгоритмов систе­мы, исходя из общей цели создания автоматизированного тех­нологического комплекса (АТК) [10, 15, 52]. Такой системный подход «сверху», когда сначала формулируются общие цели создания системы, а затем решаются вопросы выбора состава функций АСУТП, позволяет эффективно организовать функцио­нирование системы, однако обычно достаточно сложно и гро­моздко. Поэтому на практике наиболее рационален комбиниро­ванный путь, когда наряду с анализом функционирования объ­екта и функций оператора по управлению процессом (подход «снизу») учитывают общую цель функционирования АТК и ре­зультаты ее декомпозиции на частные цели управления и оп­ределения конкретных функций и алгоритмов.

Синтез функционально-алгоритмической структуры АСУТП включают следующие основные этапы: определение функцио­нального состава АСУТП; выбор технической структуры систе­мы; распределение функций между человеком (оператором) и техническими средствами АСУТП; синтез алгоритмической структуры.

Рис. 7.6. Основные этапы синтеза функционально-алгоритмической структу­ры АСУТП

Функции системы выбирают после анализа аналогичных действующих автоматизированных технологических комплек­сов (см. рис. 7.6). В результате анализа формируют общие це­ли создания АСУТП. К числу таких целей могут относиться требования обеспечения заданной номенклатуры и производи­тельности продуктов, выпускаемых АТК, повышения экономич­ности АТК и т. д. В дальнейшем на основе этих общих целей формируют цели функционирования АСУТП (например, обес­печение безопасной работы АТК, обеспечение заданного техно­логического регламента процесса). Затем для выбора функций АСУТП последовательно проводят декомпозицию достаточно общих целей функционирования на совокупность частных под­целей, каждая из которых также может расчленяться на под­цели. Число уровней такого разбиения на подцели обычно со­ответствует числу уровней организационной структуры управле­ния объектом, т. е. каждому уровню организационной структу­ры соответствуют свои подцели управления и определенные показатели работы технологического объекта.

Таким образом, формулирование и конкретизацию целей выполняют с помощью декомпозиции общих целей функциони­рования, определенных с учетом подхода «снизу» на основе анализа действующих АТК, до таких частных подцелей, дости­жение которых должно осуществляться путем определенных действий создаваемой человеко-машиной системы; Таким обра­зом, процесс декомпозиции целей заканчивается, когда выбор способов их достижения осуществим в терминах «вход — вы­ход» объекта управления, где под «выходом» понимают некото рую совокупность наблюдений за технологическим процессом, а под «входом» — управляющие воздействия на объекте. Эти действия в совокупности и составляют функции системы.

При декомпозиции целей используют следующие основные положения:

разработка функционального состава АСУТП проводится путем поэтапного перехода: «общие цели создания АСУТП—>-г—*цели функционирования АСУТП—^-частные подцели—>• •—^-функции», т. е. осуществляется последовательная конкрети­зация и декомпозиция целей;

число уровней декомпозиции соответствует принятой орга­низационной структуре объекта управления;

декомпозиция осуществляется по принципу: «каждая ниже­стоящая цель является средством для достижения цели, нахо­дящейся на более высокой ступени иерархии».

Функции, реализуемые АСУТП, можно разделить на три группы: решаемые оперативным персоналом АТК; реализуемые с помощью средств КИПиА; реализуемые на ЭВМ.

Конкретное разделение функций осуществляется на основе анализа возможностей человека, средств автоматизации и вы­числительной техники и рационального использования этих возможностей в рассматриваемом случае. Так, за основу мо­жет быть принята централизованная система с широким ис­пользованием традиционных средств КИПиА или распределен­ная система на микропроцессорных средствах. При этом также широко используют сведения об аналогичных системах, имею­щихся типовых подходах (данные анализа «снизу»). Кроме то­го, следует учитывать особенности деятельности человека, при­нимающего решения по управлению, количество информации, которое должно им анализироваться, и т. д. Методы синтеза структуры и алгоритмов для автоматически реализуемых функ­ций разработаны наиболее полно. Частично эти задачи приме­нительно к регулированию технологических процессов были рассмотрены в гл. 1 и 2.

Результаты разделения функций используют при синтезе технической структуры АСУТП. Выбор технической структуры АСУТП, в свою очередь, может оказывать влияние на состав функций системы, так как целесообразность практической реа­лизации той или иной функции должна оцениваться с учетом стоимости технических средств, их надежности и сложности об­служивания. Кроме того, для обеспечения развития АСУТП следует предусмотреть возможность включения в состав техни­ческих средств новых устройств.

При внедрении АСУТП ее функции обычно реализуются по­этапно, что объясняется прежде всего сложностью систем уп­равления. Кроме того, ряд функций управления может быть включен в работу только после накопления определенной ин­формации на действующем объекте (например, управление ка­чеством получаемого продукта). Вместе с тем реализация оп ределенных задач (особенно контроля процесса и состояния технологического оборудования) еще до пуска АТК. во многих случаях позволяет существенно сократить сроки ввода объек­та в эксплуатацию. Поэтому при синтезе функционально-алго­ритмической структуры АСУТП весьма важной задачей явля­ется ранжировка функций системы в порядке очередности их реализации.

Технические средства системы внедряются в полном объеме уже на первом этапе создания АСУТП, при этом соответствен­но осваиваются и простейшие функции автоматизации (автома­тический контроль и регулирование отдельных параметров, сиг­нализация и блокировка и т. д.), реализуемые с помощью тра­диционных средств КИПиА или простейших цифровых систем. Более сложные функции системы, выполняемые программным путем на УВК, реализуются поэтапно.

Определение приоритета отдельных задач и очередности их внедрения выполняется с учетом следующих основных факто­ров: экономического эффекта от внедрения задачи; сложности и продолжительности разработки программного обеспечения задачи; стоимости разработки.

Обычно для такой ранжировки используют метод эксперт­ных оценок, а также результаты анализа действующих АТК. Практически во всех случаях выделяют так называемый пуско­вой комплекс функций АСУТП, с помощью которого осуществ­ляется контроль за ходом технологического процесса, обеспе­чивается диагностика аварийных ситуаций, протоколирование основных параметров процесса и т. д. Освоение пускового комп­лекса целесообразно выполнять до пуска технологического объ­екта, используя его затем при включении технологического обо­рудования в работу.

Заключительным этапом функционально-алгоритмического синтеза АСУТП является создание общего алгоритма функцио­нирования. На этом этапе разрабатывают принципы взаимодей­ствия алгоритмов отдельных задач и подсистем, определяющие временные и информационные характеристики их взаимодейст­вия. Еще раз проверяют и уточняют практически все решения предыдущих этапов, влияющие на временные показатели ра­боты системы. Оценивают численные методы реализации алго­ритмов, выполняемых с помощью ЭВМ; окончательно опреде­ляют организационную структуру АСУТП, выбор и распределе­ние функций между человеком и автоматами. Все эти вопросы решают с учетом функционирования системы в реальном мас­штабе времени.

При разработке общего алгоритма функционирования АСУТП могут быть использованы методы имитационного мо­делирования. Для этого должны быть заданы временные харак­теристики возможных запросов от объекта, графики обращения системы к объекту, продолжительность выполнения отдельных задач на ЭВМ, характеристики технических и программных средств, используемых в Системе. Пример практического при­менения изложенного подхода при разработке функционально-алгоритмической структуры АСУТП рассмотрен в разд. 8.2.

ГЛАВА8

ПРИМЕРЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ