Файл: Добролюбов, А. И. Автоматизация проектирования систем управления технологическими машинами.pdf

Гл а в а 4

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ С ПОМОЩЬЮ ЭВМ

СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МАШИНАМИ

1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ «ЭЛЕКТРИК»

Методы автоматического анализа, синтеза и вычерчи­ вания схем управления, изложенные в предыдущих гла­ вах, явились основой для автоматизированной системы проектирования электрических систем управления (сис­ тема «Электрик»), разработанной под руководством ав­ торов.

Система «Электрик» состоит из ряда функциональных подсистем, ориентированных на решение определенного этапа проектирования системы управления.

1.Подсистемы «Расчет» для выполнения инженерных расчетов силовых цепей системы управления, аппарату­ ры защиты и источников питания;

2.Подсистемы «Синтез» для логического синтеза сис­

темы управления;

3.Подсистемы «Анализ» для логического анализа системы управления;

4.Подсистемы «Чертеж» для графического представ­ ления системы управления;

5.Подсистемы «Монтаж» для технического проекти­ рования системы управления (размещение аппаратуры на панелях, составления таблиц соединений и специфи­ каций) .

Сформулируем основные позиции в разработке систе­ мы «Электрик», определившие методологические и тех­ нические аспекты как системы в целом, так и всех ее сос­ тавных частей (подсистем).

1Система должна решать практические задачи про­ ектирования систем управления технологическими маши­ нами.

2.В системе предусмотрена возможность стыковки с автоматизированными системами управления производ-

166

етвом, с процессами изготовления автоматизированных технологических машин и с их эксплуатацией.

3. Система разрабатывается по типу человеко-машин­ ных систем ввиду невозможности полной автоматизации процесса проектирования па данном этапе развития средств вычислительной техники и средств математиче­ ского обеспечения.

4.. Каждая из функциональных подсистем должна быть ориентирована как на системное, так и на автоном­ ное использование.

Решающим фактором при создании автоматизирован­ ных систем проектирования, предназначенных для ре­ шения практических задач, является выбор технических средств и языка программирования алгоритмов. История развития работ по машинизации проектирования релей­ ных устройств показывает, что в качестве технических средств реализации алгоритмов синтеза могут использо­ ваться специализированные машины и универсальные цифровые вычислительные машины.

Нецелесообразность использования специализирован­ ных машин при создании автоматизированных систем проектирования в настоящее время очевидна.

Ориентация системы «Электрик» на широкий круг проектировщиков (только в этом случае ее разработка является экономически оправданной) привела к необхо­ димости использования универсальных ЭВМ. Примене­ ние универсальных ЭВМ с практической точки зрения обусловлено их широким распространением и наличием мощного комплекса внешних устройств ввода-вывода ин­ формации, необходимых для получения конструкторской документации и организации связей между оператором и ЭВМ в системах проектирования человеко-машинного ха­ рактера.

Выбор языка программирования для системы «Элект­ рик» осуществлялся с учетом ряда факторов:

1.Распространенности и практической апробированности языка при решении широкого круга задач.

2.Трудовых затрат по программированию и наличия средств автоматического программирования.

3.Близости к обычному инженерно-техническому язы­ ку и возможности корректировки и развития систем про­ ектирования.

167

4. Приспособленности языка к характеру перераба­ тываемой информации и к процессу переработки (специализированности языка).

5.Объема памяти, необходимой для рабочих про­ грамм и перерабатываемых массивов информации, и ма­ шинного времени работы ЭВМ.

6.Возможности решения задач различного характера (логических, расчетных, задач упаковки, хранения и по­

иска информации, задач составления документации и

т. д.).

При разработке системы «Электрик» выбран универ­ сальный язык АЛГОЛ-60, который удовлетворяет пп. 1,

3,6.

Решающим обстоятельством при выборе языка АЛГОЛ-60 явилось наличие эффективных трансляторов на ЭВМ «Минск-22», на базе которой разрабатывалась система.

Разработка системы автоматизированного проектиро­ вания, как показал отечественный и зарубежный опыт, характеризуется чрезвычайной трудоемкостью (десятки человеко-лет). Вследствие этого разработка системы и ввод ее в эксплуатацию должны осуществляться поэтап­ но.

Первым этапом в разработке системы «Электрик» были подсистемы «Синтез», «Анализ», «Чертеж», образу­ ющие объединенную подсистему логического проектиро­ вания.

В настоящей главе описывается система «Электрик»

.только в составе подсистем «Синтез», «Анализ» и «Чер­ теж».

Система «Электрик» объединяет на данном этапе под­ системы «Синтез», «Анализ» и «Чертеж» и предназначе­ на для проектирования принципиальных электрических схем. Опишем основные характеристики системы «Элек­ трик».

Назначение системы. Система «Электрик» представля­ ет собой систему взаимосвязанных программ, предназна­ ченных для автоматизации с помощью ЭВМ следующих этапов проектирования принципиальных электрических схем:

ввода и контроля исходных данных (условий работы проектируемой системы управления);

определения необходимого числа промежуточных ре­ ле и размещения их состояний;

168

получения и объединения структурных формул аппа­ ратов управления;

стыковки комбинационной и многотактной частей схемы;

привязки структуры схемы к заданному набору аппа­ ратов управления;

анализа правильности функционирования синтезиро­ ванной схемы во всех заданных режимах;

составления функциональных описаний для всех ре­ жимов и компонентов;

анализа поведения схемы в различных непредвиден­ ных и аварийных ситуациях;

преобразования схемы в графическую форму пред­ ставления;

формирования таблицы характеристик . элементов схемы.

Класс систем управления, на которые ориентирована система «Электрик», можно охарактеризовать следую­ щим образом.

Проектируемая система управления представляет со­ бой единую логическую структуру, построенную не по блочному принципу, т. е. без использования унифициро­ ванных блоков. Реализация системы управления осуще­ ствляется на двухпозиционных релейно-контактных ап­ паратах с одним реагирующим органом (электромагнит­ ный релейный аппарат с одной обмоткой). Управляемая технологическая машина имеет достаточно высокий уро­ вень автоматизации и развитую систему управления с числом аппаратов управления в пределах от 10 до 100. Последовательность выполнения технологических опера­ ций является детерминированной. Изменение режимов работы машины выполняется с помощью органов управ­ ления, входящих в состав проектируемой электрической системы управления.

Задание условий работы проектируемого управляю­ щего устройства. Условия работы системы управления задаются в виде совокупности описаний условий работы системы в различных предусмотренных режимах работы. Для каждой компоненты режима задаются логические условия, необходимые для ее реализации, и таблицы ус­ тойчивых состояний, описывающие последовательности соответствий состояний входных и выходных аппаратов. Волее подробно вопрос описания условий работы рас-

169

смотрен при о п и с а н и и процесса полготовки исходных

данных.

Размеры решаемых задач. R системе «Электрик» раз­ мены задач лимитипуются объемом оперативной памяти ЭВМ «Минск-22». Максимальная схема имеет число вхо­ дов 30—50; число выходов 30—50; число устойчивых сос­ тояний схемы для одной компоненты режима 20—50; чис­ ло компонент режимов 10—20.

Следует отметить, что с переводом системы «Элект­ рик» на ЭВМ «Мннск-32» размерность решаемых задач будет увеличена в 3—4 раза.

Элементная база. Система «Электрик» в значитель­ ной степени ориентирована на синтез релейно-контакт­ ных схем, хотя есть возможности ее развития в направ­ лении синтеза схем на бесконтактных логических элемен­ тах.

Результаты проектирования. В процессе работы сис­ темы «Электрик» ЭВМ выдает информацию о результа­ тах контроля исходных данных: структуру схемы в виде закодированных структурных формул; функциональное описание схемы в виде последовательности функциональ­ ных циклограмм; перфоленту для вычерчивания схемы на чертежном автомате ИТЕКАН; таблицу характеристик элементов схемы.

Режимы функционирования. Система «Электрик» мо­ жет функционировать в автоматическом, полуавтомати­ ческом и наладочном режимах. Анализ поведения схемы в непредвиденных и аварийных ситуациях осуществляет­ ся в режиме диалога. На ЭВМ «Минск-22» режим диа­ лога реализуется путем ввода «вопросов» через фотоввод и выдачи «ответов» на печатающих устройствах ма­ шины.

Разделение системы программ на этапы. Разделение программ на этапы выполняется с учетом этапности про­ цесса проектирования и ограничений, накладываемых объемом оперативной памяти ЭВМ. Система «Электрик» представляет собой 17 программ, каждая из которых соответствует определенному этапу синтеза, анализа или получения информации на вычерчивание схемы. Обмен информацией между программами осуществляется через внешнюю память ЭВМ (магнитные ленты).

Прерывание процесса проектирования. Процесс про­ ектирования принципиальной схемы может быть прерван на любом из семнадцати этапов, т. е. после счета по лю-

170

бой из программ. Информация, необходимая для продол­ жения процесса проектирования, хранится во внешней памяти ЭВМ и может быть выведена для анализа и скор­ ректирована с пульта управления либо с помощью про­ граммы. Продолжение прерванного процесса проектиро­ вания выполняется в полуавтоматическом режиме (ин­ дивидуальным вызовом каждой программы с пульта уп­ равления) .

Контроль функционирования системы. Около 5% об­ щего объема программ системы предназначено для конт­ роля правильности исходной информации. Результаты промежуточных вычислений и обменные массивы инфор­ мации могут быть выведены на внешние устройства ЭВМ для их визуального анализа и контроля (наладочный ре­ жим функционирования).

После логического синтеза схемы осуществляется ее анализ и сверка полученного алгоритма функционирова­ ния с заданным в исходном задании. Такая организация системы позволяет осуществить контроль исходных дан­ ных, правильности работы всех программ синтеза и пра­ вильности работы ЭВМ в процессе синтеза.

Математическое обеспечение системы. В системе

«Электрик» имеются две составляющие математического обеспечения: программное обеспечение и информацион­ ное обеспечение.

Программное обеспечение системы состоит из 17 про­ грамм, выполненных на универсальном алгоритмическом языке АЛГОЛ. Для трансляции и отладки АЛГОЛпрограмм на ЭВМ «Минск-22» использовался трансля­ тор, разработанный в Московском энергетическом инсти­ туте. Кроме этого, есть 4 стандартные подпрограммы, выполненные в машинных командах ЭВМ «Минск-22» и включенные в АЛГОЛ-программы в качестве библиотеч­ ных подпрограмм. Их присутствие в системе объясняет­ ся в основном ограничениями используемого транслято­ ра с языка АЛГОЛ по вводу текстовой информации.

Информационное обеспечение системы включает в се­ бя исходную информацию (переменная часть) и справоч­ ную информацию (постоянная часть).

Технические средства. К техническим средствам сис­ темы «Электрик» относятся ЭВМ «Минск-22» и чертеж­ но-графический автомат ИТЕКАН.

Характеристики работы системы «Электрик». Время подготовки исходных данных на проектирование схемы

171

управления средней сложности (30—50 аппаратов) сос­

тавляет 4 ч.

Время работы ЭВМ «Минск-22» по синтезу, анализу и получению перфоленты для чертежного автомата — 1 ч.

Время вычерчивания принципиальной схемы на чер­ тежном автомате ИТЕКАН — 30 мин.

2. СТРУКТУРНОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ «ЭЛЕКТРИК»

Традиционный способ описания программ с помощью блок-схем, который использовался нами в предыдущих главах, оказывается неэффективным для описания слож­ ных систем взаимосвязанных программ. При описании системы необходимо отразить не только последователь­ ность реализации отдельных программ, но и их информа­ ционное взаимодействие. Для структурного описания системы «Электрик» используется информационно-логи­ ческая схема (ИЛС).

В ИЛС описываются информационные взаимодейст­ вия программ с исходными данными; программ со спра­ вочными массивами; программ между собой.

ИЛС состоит из блоков, каждый из которых соответ­ ствует одной программе; есть также входной блок, в ко­ тором отражена исходная информация, и справочный блок, содержащий справочные массивы. Блоки ИЛС свя­ заны логическими (сплошные линии) и информационны­ ми (тонкие линии) связями. Каждый блок ИЛС, описывающий программу, содержит номер программы; условное наименование (идентификатор) программы; объем рабочей (транслированной) программы в машин­ ных командах; адрес записи на МЛ; номера, идентифи­ каторы, объемы и адреса записи на МЛ всех выходных массивов программы.

ИЛС является наглядной и сжатой формой представ­ ления информации, она оказалась весьма полезной при отладке и внедрении системы. ИЛС позволяет также ре­ шать вопросы оптимального размещения массивов ин­ формации во внешней памяти ЭВМ.

На рис. 40 дана информационно-логическая схема системы «Электрик», состоящей из подсистемы «Синтез», «Анализ» и «Чертеж». Приведем краткое описание программ, содержащихся в ИЛС. В описании будем указывать наименование (идентификатор) программы и краткое содержательное описание.

172