Автоматизация логического проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем управления технологическими процессами черной металлургии

В принятых XX7I съездом КПСС «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года» важное место занимают задачи увеличения объема и качества выпускаемой промышленной продукции за счет повышения уровня автоматизации технологических процессов, широкого применения средств автоматики и вычислительной техники, и особенно, средств контроля и управления на базе микропроцессорной техники.

Распределенные системы управления с использованием микропроцессоров и программируемых микроконтроллеров обеспечивают значительное снижение стоимости, повышение надежности, улучшение временных характеристик систем управления. Так в черной металлургии применение микропроцессорных систем для локального контроля и регулирования дает возможность снизить стоимость системы управления на 10%, повысить производительность металлургических агрегатов на 2% /58/.

Наиболее трудоемким этапом создания АСУТП металлургических объектов является проектирование программного обеспечения АСУТП. Для микропроцессорных систем объемы программирования значительно возрастают как в связи с многократным увеличением числа единиц программируемых средств, так и из-за высокой удельной трудоемкости их программирования.

Решение задач массовой разработки и внедрения систем автоматизации на базе микропроцессорной техники во многом определяется созданием и развитием систем автоматизированного проектирования и, в первую очередь, средств автоматизированного проектирования программного обеспечения систем управления. В нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию и практическому применению систем автоматизированного проектирования, языков, пакетов прикладных программ, методов оценки показателей качества проектируемых систем управления. Вместе с тем, имеется ряд нерешенных вопросов, не позволяющих вести автоматизировалое проектирование на всех этапах жизненного цикла /66/ создаваемого программного обеспечения.

Для микропроцессорных систем управления технологическими процессами черной металлургии значительную долю (до 30 — 40%) составляют алгоритмы логического управления и анализа ситуаций. Данные алгоритмы соответствуют верхним слоям описания системы и включают вызовы модулей, реализующих вычислительные, логические и другие процедуры обработки информации. Разработку таких алгоритмов и программ называют логическим проектированием программного обеспечения АСУТП.

Настоящая работа посвящена созданию языков, программных средств и послойной технологии автоматизированного логического проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем управления технологическими процессами черной металлургии, методов оценки и улучшения временных характеристик проектируемых систем, позволяющих перейти к созданию многовариантного автоматизированного проектирования. Диссертация состоит из четырех глав.

В первой главе дается обзор современного состояния автоматизации проектирования АСУТП, анализируются особенности микропроцессорных систем управления технологическими процессами черной металлургии, определяется структура проектируемого программного обеспечения, формулируются требования к технологии автоматизированного проектирования, цели и задачи исследования.

Во второй главе приводится описание языка высокого уровня УСЛОВИЕ-82 и языка макрокоманд ЛУАС, разработанных для проектирования алгоритмов и программ логического управления и анализа ситуаций. Приводится технология послойного проектирования математического и программного обеспечений систем управления металлургическими процессами на основе использования языков УСЛОВИЕ-82 и ЛУАС.

В третьей главе предлагаются метод и алгоритмы выявления и устранения недопустимых временных задержек системы управления путем анализа детерминированной модели и направленного назначения приоритетов параллельным алгоритмам управления.

В четвертой главе рассматриваются принципы построения САПР программного обеспечения микропроцессорных систем управления технологическими процессами черной металлургии, технология многовариантного проектирования с помощью САПР, приводится пример применения разработанных в диссертации средств автоматизированного проектирования.

Основные результаты работы докладывались на 6-м и 7-м международных семинарах «Алгоритмы управления металлургическим и машиностроительным производством» (г.Карловы Бары, 1980, 1984), Всесоюзном совещании «Применение комплекса технических средств для локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС-2) в АСУТП» (г.Харьков, 1982), IX Всесоюзном совещании по проблемам управления (г.Ереван, 1983), Всесоюзном совещании «Автоматизация проектирования микроэлектронной аппаратуры» (г.Владимир, 1983), Всесоюзной конференции «Программное обеспечение АСУ» (г. Калинин, 1983), общемосковском семинаре НТО Приборпром «САПР промышленных систем управления» (1983).

Результаты работы отражены в четырех статьях /41, 7, 27, 49/ и в двух руководящих технических материалах / 60, 61 /. В /41/ рассмотрены принципы построения, состав и структура САПР АСУТП. В /7/ описана разработанная для микропроцессорных систем управления на базе КТС ЛИУС-2 операционная система реального времени. В /27/ приведено описание языка УСЛОВИЕ-82. В /49/ предложен метод и алгоритмы определения максимальных задержек параллельных алгоритмов управления. Разработанные пакет прикладных программ логического управления и анализа ситуаций (ЛПП луас-i) и программа определения максимальных задержек {GRAF) включены в специализированный межотраслевой фонд алгоритмов и программ (СМОФАП) при Киевском ПКБ АСУ.

Результаты диссертационной работы внедрены во ВНИПИ систем автоматизации и управления (г.Москва), Киевском институте автоматики игл. ХХУ съезда КПСС, Институте электросварки АН УССР им. Е. О. Патона (г.Киев), институте «Стальпроект» (г.Москва). Суммарный расчетный экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы, подтвержденный актами о внедрении, составляет 108 тыс, руб.

На защиту выносятся:

— методика послойного проектирования алгоритмов логического управления и анализа ситуаций, основанная на использовании единого языка на всех этапах проектирования данных алгоритмов;

— язык высокого уровня УСЛОВИЕ-82, ориентированный на описание алгоритмов логического управления и анализа ситуаций и обладающий возможностью описания параллелизма алгоритмов, временных последовательностей событий, прерываний, диагностики и восстановления событий и реакций системы, и язык макрокоманд ЛУАС, отражающий семантику языка УСЛОВИЕ-82;

— метод устранения недопустимых задержек для квазипараллельного процесса выполнения алгоритмов управления, позволяющий выделять события, влияющие на образование задержек, определять максимальные задержки, направленно назначать приоритеты параллельным ветвям, и отличающийся быстрой сходимостью алгоритма;

— технология и система многовариантного проектирования, базирующиеся на разработанных методах, алгоритмах и языках.

Выводы по четвертой главе.

1. Разработана и внедрена технология многовариантного логического проектирования ПО МСУТП черной металлургии, базирующаяся на разработанных в диссертации методике послойного описания алгоритмов логического управления и анализа ситуаций, языках УСЛОВИЕ-82 и ЛУАС, методе выявления и устранения недопустимых задержек МСУТП.

2. Разработаны структура и компоненты САПР ПО МСУТП, реализующей технологию многовариантного проектирования и включающей языки УСЛОВИЕ-82 и ЛУАС, программу GRfiF определения и устранения недопустимых задержек, пакет прикладных программ ЛУАС-1 в составе макробиблиотек языка ЛУАС, диспетчеров реального времени и баз данных систем управления, построенных на микропроцес сорных средствах КТС ЖУС-2.

3. Приведен пример использования САПР для проектирования ПО МСУТП канала дозирования доменной шихты, включающий все основные этапы разработанной технологии многовариантного автоматизированного проектирования. т.

Ф.ЛЕЕЕДКИН 1984 г.

АКТ о внедрении результатов диссертационной работы МАТЮХОВА В.В. «Автоматизация логического проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем управления технологическими процессами черной металлургии» .

Комиссия в составе зав. отделом 61 к.т.н. Шермана B.C., зав.лаб. отдела 21 к.т.н. Рожавского Л. И., зав.лаб.отдела 31 к.т.н. Шефтеля В. М., зав.лаб.отдела II к.э.н. Сосовой Т. Н. составили настоящий акт в том, что во ВНИПИ СИ разработаны и внедрены в практику создания АСУТП средства автоматизированного проектирования программного обеспечения, включающие:

1) язык высокого уровня УСЛОВИЕ-82, предназначенный для проектирования алгоритмов логического управления и анализа ситуаций;

2) язык макрокоманд ЛУАС, предназначенный для кодирования программ логического управления и анализа ситуаций;

3) пакет прикладных программ ЛУАС-I, включающий библиотеку макроопределений языка ЛУАС, интерпретатор маршрута обработки и инициатор;

4) методика и программа определения и устранения недопустимых задеркек реакций системы управления.

Перечисленные средства автоматизированного проектирования разработаны специалистами ВНИПИ CAT" В. В. Матюховым, В. С. Коцем, А. В. Ермоловым и ИПУ В. В. Девятковым, А. Б. Чичковским в соответствии с тематическим планом ВНИПИ CAT" и договором о научно-техническом сотрудничестве ВНИПИ СА7 и ИПУ. Работа выполнялась по теме «Разработка языков описания задания на проектирование АСУТП» (задание 03.03.04 целевой программы О.Ц. 026 ГКНТ, № гос.регистр. 01.82.2 018 923)и теме «Создание и внедрение системы автоматизированной технологии программирования микропроцессорных систем.

— /56- 2.

— управления технологическими процессами" ($ гос. регистрации 01.83.40 395).

Разработанные лингвистические и программные средства использованы при проектировании программного обеспечения АСУТП машин непрерывного литья заготовок № 3 и Н, микропроцессорных систем управления АСУТП доменной печи IF? 5 Череповецкого меткомбината, ППП ЛУАС-1 и программа определения недопустимых задеркек сданы в специализированный межотраслевой фонд алгоритмов и программ (СМОФАП) при Киевском ПКБ АСУ.

В результате применения технологии автоматизированного проектирования, использующей вышеперечисленные средства, на 20% сокращают трудозатраты и сроки создания программного обеспечения микропроцессорных систем управления, в 3−5 раз уменьшается число ошибок в программной документации. Годовой экономический эффект от использования указанных средств автоматизированного проектирования составляет 95 тыс. руб.

Личный творческий вклад В. В. Матюхова состоит в разработке:

1) методики послойного использования языка УСЛОВИЕ-82 для проектирования алгоритмов логического управления и анализа ситуаций;

2) ряда выразительных средств языка УСЛОВИЕ-82, включая средства последовательного запуска процессов, инициализации задач, синхронизации параллельных процессов, диагностики и восстановления событий- 3) состава макрокоманд языка ЛУАС- 4) структуры и алгоритмов функционирования ППП ЛУАС-1- 5) метода и алгоритмов определения и устранения недопустимых задержек- 6) технологии многовариантного автоматизированного проектирования, базирующейся на разработанных методах, языках и программных средствах. Перечисленное составляет 60% общего вклада.

Зав.отд. 61, к.т.н.

Зав.лаб.отд.21, к.т.н. J^fpu^Л.И.Р0ЖАВСКИЙ Зав.лаб.отд.31, к.т.нВ.М.ШЕФТЕЛЬ Зав.лаб.отд.П, к.э.н. T.H.C0C0BA и 'У.

0 1984 г.

§ амё^йтш1ь главного инженера i: ЛёШВО BfeHKo го меткомбината. ••• Iе j].. j Li.