Методы и алгоритмы диагностирования автоматизированных систем управления производством с распределенной структурой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Матюхин, Николай Борисович

• Матюхин, Николай Борисович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Матюхин, Николай Борисович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Построение АСУП с распределенной структурой.

1.1. Дробильно-сортировочное производство.

1.2. Автоматизация процессов дробления.

1.3. Структура технологической сети.

1.4. Реализация физических линий связи в технологических сетях.

1.5. Реализация АДСП на основе АСУП с распределенной структурой.

1.6. Выводы.

Глава 2. Функционирование технологической сети АСУП.

2.1. Пусконаладочные работы в технологических сетях.

2.2. Программный анализатор протоколов.

2.3. Формат информационного сигнала в технологической сети.

2.4. Модель информационного обмена.

2.5. Функциональные тесты.

2.6. Анализ типовых неисправностей в технологических сетях.

2.7. Выводы.

Глава 3. Модели и методы технической диагностики.

3.1. Основные положения.

3.2. Математические модели ОД.

3.3. Структурно-автоматная математическая модель базисного элемента.

3.3.1. Понятие базисного элемента.

3.3.2. Таблица истинности базисного элемента.

3.4. Минимизация тестов.

3.4.1. Введение.

3.4.2. Постановка задачи.

3.4.3. Метод склейки двух тестов.

3.5. Алгоритм склейки пары тестов.

3.6. Алгоритм склейки множества тестов.

3.6.1 Общее решение задачи минимизации контролирующего теста.

3.6.2. Эвристический алгоритм склейки множества тестов.

3.7. Выводы.

Глава 4. Построение ПО тестирования и диагностики.

4.1. Типовая структура аппаратных средств МП-системы.

4.2. Струетурная модель системы тестирования и диагностики.

4.3. Методы и алгоритмы тестирования и диагностики.

4.4. Обобщенная структурная схема системы диагностирования.

4.5. Программное обеспечение.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы диагностирования автоматизированных систем управления производством с распределенной структурой»

В настоящее время крупные промышленные объекты, в том числе предприятия строительного назначения, представляют собой сложные территориально-распределенные комплексы зданий и промышленных сооружений. В их состав могут входить административные здания, склады, лаборатории, промышленные установки, агрегаты, транспортные подразделения. Очевидно, что автоматизированные системы управления производством (АСУП) таких промышленных объектов имеют также распределенную структуру.

В современных условиях повсеместной компьютеризации задачи организации связей в системе информационного обеспечения и управления в распределенных АСУП должны решаться с помощью использования специализированных вычислительных и технологических сетей.

Технологические сети распределенной АСУП реализуют различные методы мониторинга, управления технологическими процессами, передачи разнообразной технической информации, задание значений регулируемых параметров, цифровое регулирование, изменение режимов работы промышленных установок и т.д.

Большинство перечисленных функций, независимо от их целевого назначения, реализуются на основе стандартных средств вычислительной техники, вследствие чего причинами неисправностей АСУП могут являться, в том числе, отказы аппаратуры и ошибки в программном обеспечении сетей передачи информации между техническими средствами и объектами АСУП.

Поэтому очевидно, что работоспособность АСУП с распределенной структурой определяется, в том числе, решением задач диагностирования ошибок в технологических процессах и при передаче технологической информации между объектами системы.

Поскольку технологическая сеть представляет собой одну из важных составляющих современной АСУП с распределенной структурой, ввод в строй и дальнейшая эксплуатация самой АСУП в качестве важнейшего этапа содержит решение задач диагностики неисправностей в технологических сетях.

Автоматизация методов диагностики неисправностей, связанных с ошибками в приеме и передаче технологической и управляющей информации между техническими средствами АСУП может уменьшить конечное время ввода в эксплуатацию всей системы и решить вопросы поиска неисправностей в дальнейшем. Результаты данной работы имеют универсальный характер и могут быть использованы при создании распределенных АСУП различного назначения. В связи с этим, исследование этих проблем представляет собой актуальную научную задачу. В настоящей диссертации эти задачи исследуются на примере построения автоматизированного дробильно-сортировочного производства (АДСП).

Целью данной работы является исследование методов и алгоритмов диагностирования в автоматизированных системах управления производством с распределенной структурой и создание автоматизированной системы тестирования и диагностики при проведении пусконаладочных работ и в режимах эксплуатации АСУП.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи исследования:

1. Анализ структуры распределенной АСУП и постановка задач.

2. Исследование особенностей и задач диагностирования АСУП с распределенной структурой на примере автоматизированной системы дробильно-сортировочного производства.

3. Выявление и классификация неисправностей в АСУ технологического производства АДСП.

4. Разработка и построение математических моделей объектов диагностирования.

5. Исследование и построение алгоритмов диагностирования неисправностей и оценка корректности тестов методами имитационного моделирования.

6. Разработка структуры автоматизированной системы диагностирования неисправностей в распределенной АСУП, методов и алгоритмов тестового программного обеспечения.

Исследования выполнены с использованием методов теории автоматического управления и регулирования, алгоритмирования, имитационного моделирования, теории оптимизации, эквивалентных преобразований и верификации.

Научная новизна состоит в том, что автором:

- предложена новая структура системы диагностирования распределенных АСУП с целью автоматизации процессов поиска неисправностей;

- предложены методы и алгоритмы диагностирования в таких системах;

- разработаны соответствующие математические модели и программы тестирования и диагностики.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием метода эквивалентных преобразований в процессе анализа, согласованностью результатов функциональных и имитационных моделей процессов работы системы, верификацией программного обеспечения. Достоверность рекомендаций и выводов диссертации подтверждена полученными актами о положительных результатах внедрения.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до создания программного комплекса, который реализован в виде переносного узла, использующегося на реальных АСУП.

Содержание разделов всей диссертации было доложено и получило одобрение:

- на семинарах кафедры АСУ в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете);

- на международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, технике и образовании» Московского государственного университета приборостроения и информатики, 2007 г.;

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований при построении ПО автоматизированной системы диагностирования представляет собой новое решение в области практической реализации АСУП с распределенной структурой.

По результатам диссертационной работы опубликовано 5 статей.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного материала, заключения, списка литературы, включающего в себя 53 наименования и приложения. Она содержит 115 страниц текста, в том числе 39 рисунков и таблиц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Матюхин, Николай Борисович

4.6. Выводы

1. Предложена и реализована последовательность основных этапов при разработке системы диагноза.

2. Предложены типовые структуры аппаратных средств и рассмотрены принципы взаимодействия между между отдельными узлами МП-системы.

3. Разработан принцип реализации алгоритмов структурной модели в предложенной конструкции аппаратных средств.

4. Приведены алгоритмы тестирования и диагностики и предложена методика определения места неисправности в аппаратных средствах МП-системы.

5. На основе разработанных методов и алгоритмов создан комплекс программного обеспечения для диагностирования АСУП с распределенной структурой, который прошел опытную эксплуатацию и принят к внедрению.

Заключение

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме построения и практической реализации методов и алгоритмов диагностирования АСУП с распределенной структурой.

1. На основе исследования функционирования АСУП с распределенной структурой на примере дробильно-сортировочного производства поставлены задачи построения методов и алгоритмов системы диагностирования.

2. Выполненная классификация типовых неисправностей в системе позволила разработать методы тестирования и диагностики.

3. Разработаны математические модели объектов диагноза и алгоритмов функционирования тестового программного обеспечения.

4. Показано, что для построения многоуровневой автоматизированной системы необходима организация технологических связей в виде специализированных цифровых сетей.

5. Разработаны структура, алгоритмы и программное обеспечение системы диагностирования АСУП с распределенной структурой.

6. Реализация технологических связей в АСУП на различных уровнях в цифровом виде позволяет стандартизовать процессы обмена информацией и управления, тестирования и диагностики, что обеспечивает независимость разработанной методологии от конкретного типа производства.

7. Получены акты о внедрении результатов выполненных исследований от НИИАА им. академика B.C. Семенихина и от МГУПИ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Матюхин, Николай Борисович, 2008 год

1. Аверьянов Н.Н., Березенко А.И., Борщенко Ю.И. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. М.: Радио и связь, 1988. -Т.2.

2. Автушко В.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1985.

3. Апександриди Т.М. Автоматизация проектирования цифровых устройств: уч. пос. М. МАДИ, 1983.

4. Апександриди Т.М. Некоторые вопросы выбора структуры многоканального цифрового регулятора. Автоматика и телемеханика №2. -М., 1968.

5. Апександриди Т.М., Матюхин Н.Б., Алгоритмы диагностики в процессе пусконаладочных работ в корпоративных сетях. Инновационные технологии в науке, технике и образовании. Сборник трудов международной научно-технической конференции. М.: МГУПИ, 2007.

6. Апександриди Т.М., Матюхин Н.Б., Математическая модель поиска неисправностей в вычислительных системах. Вестник МАДИ (ГТУ), №1 2008.

7. Апександриди Т.М., Матюхин Н.Б., Реализация физических линий связи в локальных вычислительных сетях. Интегрированные технологии автоматизированного управления. Сборник научных трудов. -М.; МАДИ (ГТУ), 2005.

8. Баловнев В.И., Ермилов А.Б., Новиков А.Н. и др. Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов: под общ. ред. В.И. Баловнева. М.: Машиностроение, 1988.

9. Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Советское радио, 1980.

10. Богомолов A.M., Твердохлебов В.А. Диагностика сложных систем. Киев: Наукова думка, 1974.

11. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука,1978.

12. Бутрименко А.В. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1981.

13. Вайнер Р., Пинсон Л. С++ изнутри: пер. с англ. К.В. Сулема: под ред. И.В. Хижняк. Киев: Диасофт, 1993.

14. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа,1999.

15. Вихров Н.М., Гаскаров Д.В., Грищенков А.А., Шнуренко А.А. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов / Под ред. Д.В. Гаскарова. СПб.: Энергоатомиздат, 1995.

16. Воробьев В.А., Васьковский A.M. Автоматизация технологических процессов землеройных машин и связанной с ними строительной техники.// Изв. вузов. Строительство. 1993. №2, с. 60-67.

17. Воробьев В.А., Надиров А.Г. Оптимизация процесса дробления каменных строительных материалов на основе математической модели.// Изв. вузов. Строительство. 2001. №6, с. 48-51.

18. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М: Наука, 1966.

19. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Физматгиз,1961.

20. Гридман Т.В. Об одном методе проверки схем с памятью в сб. «Вычислительная техника» материалы конференции, Каунас, 1974.

21. Гробман Д.М. О построении тестов для схем с элементами памяти в сб. Труды II Всесоюзного совещания по технической диагностике. Л, 1972.

22. Дроздов Е.А., Пятибратов А.П. Основы построения и функционирования вычислительных систем. М.: Энергия, 1973.

23. Каган Б.М., Сташин В.М. Микропроцессоры в цифровых системах. М.: Энергия, 1979.

24. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1987.

25. Каравай М.Д. Построение полных диагностических тестов для кратных неисправностей комбинационных устройств произвольного базиса. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1973.

26. Карибский В.В. О построении входной последовательности, обнаруживающей заданную неисправность дискретного устройства. Автоматика и телемеханика №5, 1972.

27. Кейн В.М. Оптимизация систем управления по минимаксному критерию. М.: Наука, 1985.

28. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. М.: Форум - Инфра-М, 2002.

29. Клингман Э. Проектирование микропроцессорных систем: пер. с англ. В.А. Зинченко: под ред. С.Д. Пашкеева. М.: Мир, 1980.

30. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.

31. Круг Е.К., Апександриди Т.М., Дилигенский С.И. Цифровые регуляторы. -М.: Госэнергоиздат, 1965.

32. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергия, 1980.

33. Мамиконов А.Г. Теоретические основы автоматизированного управления. М.: Высшая школа, 1994.

34. Маркушевич Н.С. Автоматизированная система диспетчерского управления. М.: Энергоатомиздат, 1986.

35. Марсов В.И., Слуцкий В.А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. -Л.: Стройиздат, 1975.

36. Матюхин Н.Б. Выбор и обоснование методов диагностики состояния ЛВС. Сборник научных трудов. М.: МАДИ (ГТУ), 2008.

37. Матюхин Н.Б. Структура и функции серверов в локальных вычислительных сетях. Автоматизация управления предприятиями промышленности и транспортного комплекса. Сборник научных трудов. М.: МАДИ (ГТУ), 2006.

38. Матюхин Н.Я. Применение вычислительных машин для проектирования цифровых устройств. М.: Советское радио, 1968.

39. Надиров А.Г. Автоматизация технологических процессов дробильно-сортировочного производства с управлением по крупности продукта дробления. М: Техполиграфцентр, 2002Л

40. Надиров А.Г. Моделирование одномерного оптимального управления для щековой дробилки.// Сб. научных трудов. Автоматизированные системы автотранспортного и строительного ^ комплексов. М.: МАДИ, 2002, с.

41. Надиров А.Г. Одномерное оптимальное управление крупностью продукта дробления.// Сб. научных трудов. Автоматизированные системы автотранспортного и строительного комплексов. М.: МАДИ, 2002, с.

42. Надиров А.Г. Оценка эффективности автоматизации дробильно-сортировочного производства.// Сб. научных трудов. Комплексные системы автоматизированного управления автотранспортным комплексом. М.: МАДИ, 1998, с. 100-104.

43. Оре О. Теория графов: пер. с англ. И.Н. Врублевской: под ред. Н.Н. Воробьева. М.: Наука, 1980.

44. Пархоменко П.П. Основы технической диагностики. М.: Энергия, 1976.

45. Потапова Т. Б. Информационно-управляющие системы. Эволюция. Проблемы. Решения. / Промышленные АСУ и контроллеры. -М.: Мир компьютерной автоматизации №7, 2002.

46. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 1992.

47. Словарь-справочник автора. Сост. J1.A. Гильберг и Л.И. Фрид. -М.: Книга, 1979.

48. Таненбаум Э. «Компьютерные сети. 4 -е изд.».-СПб.:Питер,2005.

49. Хетагуров Я.А., Древе Ю.Г. Проектирование информационно-вычислительных комплексов. М.: Высшая школа, 1987.

50. Чжен Г., Мэннинг Е., Метц Г., Диагностика отказов цифровых вычислительных систем М., «Мир» 1972.

51. Шаракшанэ А.С., Халецкий А.К., Морозов И.А. Оценка характеристик сложных автоматизированных систем. М.: Машиностроение, 1993.

52. Шиханович Ю.А. Введение в современную математику, М. «Наука», 1965.

53. Якубайтис Э.А. Архитектура вычислительных сетей. М.: Статистика, 1980.