65. Схемы и основные структуры алгоритмов

Схема алгоритма — графическое представление алгоритма, дополняемое элементами словесной записи. Каждый пункт алго­ритма отображается на схеме некоторой геометрической фигу­рой или блоком. При этом правило выполнения схем алгорит­мов регламентирует ГОСТ.

Блоки на схемах соединяются линиями потоков информа­ции. Основное направление потока информации идет сверху вниз и слева направо (стрелки могут не указываться), снизу вверх и справа налево — стрелка обязательна. Количество входя­щих линий для блока не ограничено. Выходящая линия — одна, за исключением логического блока.

К основным структурам относятся следующие — линейные, разветвляющиеся, циклические (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Примеры структур алгоритмов:

a — линейный алгоритм; б — алгоритм с ветвлением; в — алгоритм с циклом

Линейными называются алгоритмы, в которых действия осу­ществляются последовательно друг за другом. Стандартная блок-схема линейного алгоритма приводится на рис. 1.21, а (вы­числение суммы двух чисел — А и В).

Разветвляющимся называется алгоритм, который, в отличие от линейных алгоритмов, содержит условие, в зависимости от истинности или ложности которого выполняется та или иная последовательность команд. Таким образом, команда ветвления состоит из условия и двух последовательностей команд.

Примером может являться разветвляющийся алгоритм, изо­браженный в виде блок-схемы (рис. 1.21, б). Аргументами этого алгоритма являются две переменные А, В, а результатом — пере­менная X. Если условие А > В истинно, то выполняется операция X := А х В, в противном случае выполняется Х.= А + В. В резуль­тате печатается то значение переменной X, которое она получает при выполнении одной из серий команд.

Циклическим называется алгоритм, в котором некоторая последовательность операций (тело цикла) выполняется многократно. Однако «многократно» не означает «до бесконечности». Организа­ция циклов, никогда не приводящая к остановке в выполнении ал­горитма, является нарушением требования его результативности — получения результата за конечное число шагов.

В цикл в качестве базовых входят — блок проверки условия и тело цикла. Перед операцией цикла осуществляется начальное присвоение значений тем переменным, которые используются в теле цикла.

Рассмотрим пример алгоритма вычисления факториала, изо­браженный на рис. 1.21 (с циклом «ПОКА»). Переменная N по­лучает значение числа, факториал которого вычисляется. Пере­менной N1, которая в результате выполнения алгоритма должна получить значение факториала, присваивается первоначальное значение 1. Переменной К также присваивается значение 1. Цикл будет выполняться, пока справедливо условие N > К.

65. Декомпозиция алгоритмов управления и сбора информации в технологической системе.

Общепризнанным направлением в развитии архитектур современных и перспективных АСУ ТП АЭС является распределённость и децентрализация управления технологическими процессами.

Каждая технологическая подсистема или установка в составе системы имеет контур локального управления (регулирования, стабилизации), функцией которого является поддержание некоторого параметра в соответствии с заданным значением. При наступления нового события (выхода некоторого параметра за пределы порогового значения) во многих практически важных ситуациях существует несколько вариантов стабилизации процесса. В простых случаях система управления вычисляет новые значения уставок и сообщает их оператору, который принимает решение об их применении.

В сложных случаях действия оператора не поддаются формализации и их результат зависит от опыта и искусства оператора.

Процесс решения сложной задачи довольно часто сводится к решению нескольких более простых подзадач. Соответственно при разработке сложного алгоритма он может разбиваться на отдельные алгоритмы, которые называются вспомогательными. Ка­ждый такой вспомогательный алгоритм описывает решение ка­кой-либо подзадачи.

Процесс построения алгоритма методом последовательной де­тализации состоит в следующем. Сначала алгоритм формулирует­ся в «крупных» блоках (командах), которые могут быть непонят­ны исполнителю (не входят в его систему команд) и записывают­ся как вызовы вспомогательных алгоритмов. Затем происходит детализация, и все вспомогательные алгоритмы подробно распи­сываются с использованием команд, понятных исполнителю.

Алгоритмы управления и сбора информации в технологически системе целесообразно разделить на семь параллельно работающих групп алгоритмов (автоматов) (рис. 3.3).

Рис. Схема управления технологической системой.

1. Аварийные защиты А₁ описывают ситуации, соответствующие ядерной или пожарной опасности, и действия (команды) на исполнительные механизмы (ИМ), направленные на предотвращение со­здавшейся ситуации

2 Технологические защиты А₂ описывают ситуации, угрожающие — сохранности технологического оборудования, и действия (команды) на исполнительные механизмы, направленные на предотвращение разрушения оборудования

3. Технологические блокировки А₃ (одношаговые или многоша­говые) определяют действия (операции) над исполнительными ме­ханизмами для поддержания технологических параметров (темпе­ратуры, давления, расхода и т. д.) на заданном уровне или в задан­ии пределах. Другое название алгоритмов А₃ - программно-логическое управление.

4. Дистанционное управление от оператора А₄ - действия и усло­вия их осуществления над исполнительными механизмами по коман­дам от оператора.

5. Регуляторы А₅ - автоматы, осуществляющие поддержание не­которого технологического параметра в соответствии с заданием (управлением) по одному из законов (П, ПИ, ПИД). С точки зрения реализации автоматы А₅ - это множество вычислительных проце­дур, реализующих заданный закон регулирования (П. ПИ, ПИД и т.д.) и условия включения и отключения регулятора.

6. Информационные автоматы формирования событий А₆ - это процедуры, задающие правила установления факта события по каждому параметру, исполнительному механизму и алгоритмам управ­ления A₁ - A₅.

7. Диагностические автоматы А₇ - процедуры, осуществляющие функции первичной локальной диагностики исполнительных меха­низмов, датчиков, локальных процессов.

Каждый автомат А₁ - А₅ представляет собой набор параллельно непротиворечиво работающих процедур, вырабатывающих управляющие воздействия на исполнительные механизмы. Автоматы А₁- А₇ работают также параллельно, и детерминизм воздействия обеспечивается на основе арбитража в соответствии с приоритета­ми в специальных блоках,- приоритетных автоматах (ПА), команды от последних поступают в исполнительные автоматы (ИА), осуществляющие управление элементарными операциями исполнительных механизмов. Последние блоки одинаковы для всех исполнительных механизмов одного типа.

Общая схема управления технологической системой. Каждый автомат А₁-А₅ независимо от других просматривает собственную базу данных, содержащую текущие значения сигналов от датчиков объекта, сигналы от других систем либо команды от оператора, и по ним вычисляет предварительные управляющие воздействия на собственные исполнительные механизмы, которые поступают на приоритетные автоматы, а последние вырабатывают управляющие действия или сохраняют предыдущие.

Реализация дистанционного управления в рассматриваемой схеме осуществляется также на уровне управления технологической системой, поэтому помещать его на уровень (блок) операторского интерфейса нецелесообразно.

Процедуры А₆ работают одновременно с остальными автоматами осуществляют информационную связь системы управления технологической системой с другими компонентами АСУ ТП.