Разработка и реализация методики проектирования технических средств для АСУТП на примере СМ ЭВМ

• Автор: Прилипко, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 209 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...'
ГЛАВА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ АСУТП. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Описание и анализ существующей методики проектирования аппаратных средств
1.2. Применение объектно-ориентированного подхода к проектированию технических средств АСУТП
1.3. Набор объектов для проектирования технических средств АСУТП
1.4. Задача оптимальной компоновки и обзор методов ее решения
1.5. Постановка задачи работы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ ДЛЯ КОМПОНОВКИ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ АСУТП
2.1. Нейронные сети, нечеткие системы и генетические алгоритмы.
Общее описание
2.2. Модифицированный метод анализа иерархий
2.3. Требования к аппаратным средствам АСУТП, свойства объектов, ответственные за удовлетворение этих требований, общие требования и экспертная оценка их важности
2.4. Нечеткая система нахождения синаптических весов входов нейронов и выбора объектов
2.5. Реализация модифицированного метода анализа иерархий в среде МАТБАВ
2.6. Основные выводы по главе
ГЛАВА 3. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА, РАЗРАБОТАННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ
3.1. Аппаратные средства, входящие в состав управляющих вычислительных комплексов СМ ЭВМ нового поколения
3.2. Промышленные контроллеры модульного типа СМ1820М КПДЗ
3.3. Коммуникационный процессор СМ1820М КП5
3.4. Оценка эффективности предлагаемой методики
3.5. Основные выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие современных высоких технологий сопровождается внедрением новых автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Автоматизация новых технологических процессов требует разработки специфического оборудования, причем выбор проектных решений в инженерной практике, как правило, представляет значительные трудности из-за многообразия вариантов и большого числа трудно учитываемых и плохо формализуемых факторов.
Разработка нового поколения управляющих вычислительных комплексов СМ ЭВМ является важным шагом в создании отечественной технологической базы автоматизации управления и обработки информации. Разработка и серийное производство конкурентоспособной и лицензионночистой отечественной продукции данного класса снижает зависимость российской промышленности и особенно оборонного комплекса от зарубежных производителей, обеспечивает возможность последующей модернизации и техническую поддержку этой продукции на всем жизненном цикле ее эксплуатации.
СМ ЭВМ - это комплекс технических и программных средств, включающий в себя ряд процессоров различной производительности, устройства оперативной и внешней памяти, набор устройств связи с объектом (УСО), устройств отображения информации, операционных систем, прикладных программных пакетов и т.п., обеспечивающий возможность создания многоуровневых АСУТП в различных отраслях промышленности.
Комплексы технических и программных средств (КТПС) СМ ЭВМ, разрабатываемые в ОАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука» (ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука»), в течение многих лет являются технической базой для построения АСУТП в России. КТПС СМ ЭВМ применяются на предприятиях энергетики, металлургии, транспорта, химии, машиностроения.

КТПС СМ ЭВМ предназначен для применения в составе промышленных систем двойного назначения, в том числе на предприятиях оборонно-промышленного комплекса, объектах использования атомной энергии и авиационно-космической промышленности. В этой связи КТПС СМ ЭВМ должен не только обеспечивать высокие технические характеристики, но и удовлетворять требованиям по долговременной доступности использованных технических средств, контролю над применяемыми техническими решениями и элементной базой. Поэтому только самостоятельная разработка и производство технических средств для КТПС СМ ЭВМ могут обеспечить выполнение данных требований и одновременно гарантировать высокие технические характеристики, полностью соответствующие высоким требованиям, предъявляемым к продукции двойного назначения.
Разработка технических средств для КТПС СМ ЭВМ должна обеспечивать удовлетворение основных требований государственной политики в области технической независимости и информационной безопасности, а также обеспечивать значительный экономический эффект за счет импорто-замещения, снижения соотношения производительность/стоимость при создании различных информационно-управляющих систем и комплексов (в том числе встроенных) и существенного повышения качественных показателей систем контроля и управления, включая надежность и безопасность. Такие проекты сопряжены со значительными временными и материальными затратами, требуют нескольких циклов корректировки и во многих случаях не могут быть эффективно реализованы с помощью традиционных подходов. Решение сложных задач, связанных с обеспечением конкурентоспособности отечественных технических средств АСУТП, требует совершенствования методики их проектирования, прежде всего схемотехнического, которое является одним из главных этапов разработки и оказывает решающее влияние на ее качество и срок.

Вектор системных требований (ВСТ) - совокупность различных требований, предъявляемых к характеристикам (надежности, стоимости, быстродействию и т.д.) САУ, в составе которой будет использоваться проектируемый ПТК. Рассматривается несколько вариантов ВСТ, так как слишком жестко заданная конфигурация ПТК может оказаться неэффективной в будущем, при развитии САУ. Требования представляются в виде нечетких множеств, заданных на множествах значений основных характеристик САУ посредством некоторых функций принадлежности к этим характеристикам. Посредством этих функций каждому СКВ ставится оценка, указывающая на степень соответствия данного СКВ требованиям конкретной САУ. В результате образуется нечеткое множество СКВ.
Использование аппарата теории нечетких множеств дает возможность оперировать качественными понятиями, которым соответствуют количественные оценки [43].
При построении ВСТ выбирают объекты, предъявляющие наиболее жесткие требования к проектируемой САУ. При этом вводится понятие «степени нечеткости требований», которую стремятся максимизировать для каждого конкретного применения проектируемого ПТК и минимизировать для совокупности возможных применений в одной области.
Построив пересечения множеств, образуемых векторами СКВ возможных характеристик проектируемого ПТК и ВСТ, предъявляемых к ПТК, можно принять обоснованное решение о возможности применения ПТК, описанного соответствующим СКВ. Вначале строятся пересечения нечетких множеств СКВ, удовлетворяющие каждому требованию по отдельности, а потом - всем требованиям. Каждому СКВ выставляется оценка, позволяющая ранжировать их множество. Так как при построении ВСТ вводится нечеткость, то можно оценить устойчивость полученного решения относительно степени нечеткости отдельных требований. Выбор конкретного СКВ, используемого для дальнейшего проектирования, происходит с учетом его реализуемости.