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

Актуальность темы

Развитие современных высоких технологий сопровождается внедрением новых автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТТ1). 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 лицензионно-чистой 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.

В этой связи разработка эффективной и научно обоснованной методики проектирования технических средств для использования в АСУТП является важной и актуальной задачей.

Научная новизна диссертационной работы заключается в решении ряда вопросов, связанных с проектированием технических средств АСУТП:

— разработаны библиотека объектов и дерево классов на ее основе, реализующие методику объектно-ориентированного проектирования;

— предложен модифицированный метод анализа иерархий, формализующий выбор схемотехнической реализации проектируемых технических средств АСУТП;

— разработана методика проектирования технических средств АСУТП с использованием аппарата объектно-ориентированного проектирования и математических методов теорий нейронных сетей и нечетких множеств.

Практическая реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы получены в ОАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука» в процессе выполнения ОКР и договорных работ в 2000 — 2010 гг., в частности ОКР «Визуализация», проводившейся по Государственному контракту № РС/07/636/ОПК/к, заключенному между ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука» и Минпромэнерго России.

Разработанные автором методики и технические решения применены в следующих проектах:

— в системе мониторинга радиационной обстановки для Бушерской АЭС (Иран);

— в системе мониторинга радиационной обстановки для АЭС «Ку-данкулам» (Индия);

— в «Системе контроля технологических параметров реактора ИБР-2М на базе средств контроля и управления СМ1820М» для Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна;

— в программно-техническом комплексе для управления установкой «КЭУ-10», разработанной предприятием НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН, и других.

Практическая реализация результатов работы подтверждается прилагаемыми к диссертации документами.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

— научных семинарах и технических совещаниях ОАО «Институт электронных управляющих машин им. И.С. Брука» в период 2007 — 2009 гг.;

— Международной молодежной научной конференции XXXIII «Га-гаринские чтения», МАТИ-РГГУ им. К. Э. Циолковского, г. Москва, апрель 2007 г.;

— 58-й научно-технической конференции Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета), май 2009 г.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в б печатных работах: опубликовано 5 статей, из них 3 в журналах, рекомендуемых ВАКтезисы научного доклада.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В итоге проведенных исследований и разработок, направленных на совершенствование методов схемотехнического проектирования аппаратных средств для применения в составе нового поколения комплекса технических и программных средств СМ ЭВМ для автоматизированных систем управления технологическими процессами, получены следующие основные результаты:

1. Определены на основе анализа современного состояния перспективные подходы и технические принципы проектирования аппаратных средств для применения в системах АСУТП, которые положены в основу разработки нового поколения технических средств, отвечающих современным требованиям.

2. Усовершенствован с использованием аппарата ООП классический функционально-модульный принцип разработки аппаратных средств. Разработана библиотека объектов и предложено дерево классов объектов, использующиеся при схемотехническом проектировании аппаратных средств для АСУТП.

3. Разработана методика проектирования аппаратных средств для АСУТП с использованием математического аппарата нейронных сетей и нечетких множеств. Методика позволяет формализовать схемотехническое проектирование аппаратных средств в условиях неполной и экспертной информации о требованиях к проектируемому устройству и принимать обоснованные решения при анализе многочисленных альтернатив, возникающих в процессе разработки.

4. Разработан с использованием предлагаемой методики проектирования ряд аппаратных средств для применения в составе комплекса технических и программных средств СМ ЭВМ нового поколения. Разработанные модули применяются в коммуникационных процессорах СМ1820М КП5 и промышленных контроллерах СМ1820М КПДЗ, использованных в ряде реальных систем АСУТП.

5. Проведена апробация предлагаемой методики проектирования аппаратных средств при эксплуатации разработанных аппаратных средств в реальных подсистемах АСУТП, показавшая и подтвердившая эффективность методики, позволяющей принимать рациональные решения при компоновке разрабатываемых аппаратных средств.