Об основных фазах проектирования систем управления. Структурное проектирование программного обеспечения систем автоматизации

Описание системы программ АСУ обычно подразделяют на два этапа. На первом — описывают внешний алгоритм работы системы. На этом этапе инженеры-технологи, специалисты в той области, для которой разрабатывается АСУ, должны сформулировать свои требования, а разработчики программного обеспечения должны их понять. После выполнения первого этапа приступают ко второму — разрабатывают внутренний алгоритм работы системы, т. е. описание системы программ.

При описании внешнего алгоритма автоматизированных систем необходимо:

  1. сформулировать цели функционирования системы и критерий ка­чества; описать необходимую выходную и входную информацию системы;
  2. определить характеристики аппаратуры (выяснить необходимые ап­паратурные ресурсы);
  3. составить список и описание подсистем (иногда удобно считать, что каждая функция системы реализуется своей подсистемой);
  4. подробно описать входную и выходную информацию АСУ и указать устройства, с которых она поступает и на которые выдается (должны быть указаны: частота поступления информации, формы документов, типы датчиков, частота опроса, точность измерения, частота выдачи управляющих воздействий и т. п.);
  5. подробно описать информацию, хранимую в программируемых логических контроллерах (ПЛК);
  6. определить характеристики системы на основе описания подсистем;

Описание внешнего алгоритма систем управления технологическими процессами является исходным заданием на программирование автоматизированных систем.

Проектирование макроструктуры систем управления технологическими процессами методом нисходящего проектирования ведется в следующей последовательности:

  • проектирование ситуационной модели объекта управления;
  • проектирование информационно-логической схемы-графа специального программного обеспечения, состоящего из процессов, реализующих функции системы управления;
  • расчленение процессов на задачи-компоненты, реализующие фазы приема, обработки информации, принятия решений и выдачи управляющих воздействий;
  • поиск существующих алгоритмов автоматизированных систем, проверка на соответствие поставленной задачи;
  • разработка специальных программ;
  • выбор структур данных;
  • синхронизация процессов по времени и согласование их по информации.

Проектирование микроструктуры автоматизированных систем включает в себя следующие элементы:

  • модуляризация; расчленение алгоритмов на содержательную часть и интерфейсы;
  • разработка структурной схемы — отражение организации; выделение стандартных процедур;
  • разработка структурной схемы — обеспеченно четкости и читаемости использование правил структурного программирования); проектирование отладки.

Приемы построений модульных программ систем управления технологическими процессами:

  1. Выделение функционального характера отдельных модулей, заключающиеся в стремлении придать каждой подпрограмме определенное назначение, не зависящее от других подпрограмм, и разбить программу на малые независимые подпрограммы. Выбор стандартного размера часто опирается на ощущение, что лишь для такого модуля, размер которого не превышает страницы листинга, можно обеспечить читаемость и понимаемость.
  2. Использование таблиц решений, базирующееся на построении истин- костных таблиц, в которых задаются все комбинации входных условий. Для каждой из 2n комбинаций (n — число условий) определяется реакция программы, каждая из реакций реализуется своим модулем.
  3. Использование символьных параметров, предусматривающее возможность простого изменения параметров, обычно являющихся константами данной программы, в том числе: размеров таблиц; относительных адресов элементов таблиц; констант.
  4. Отделение действий по вводу-выводу от вычислительных операций, в том числе разделы, содержащие физические характеристики устройств ввода-вывода; правила инициирования ввода-вывода, выделение блоков и бу­феров; способы исправления ошибок; наборы символов, записанных в конкретных кодах.
  5. Выделение обращений к операционной системе.
  6. Выделение элементов связи с общей рабочей памятью.

Использование стандартных подпрограмм — один из способов построе­ния модульных программ. Стандартные подпрограммы экономят время про­граммирования, память ПЛК, их использование повышает корректность ПО программируемых логических контроллеров (ПЛК), защищая от ошибок программирования. Однако широкое использование стандартных подпрограмм имеет недостатки:

  • подходящую готовую стандартную подпрограмму бывает трудно найти (из-за плохо оформленной документации);
  • найденная подпрограмма может не удовлетворять принятым в конкрет­ной разработке правилам программирования (отличный способ пересылки параметров, отсутствие свойств реентерабельности и т. п.);
  • стандартные подпрограммы в силу универсальности и функциональной полноты могут требовать значительного времени центрального процессора в памяти.

Общепринятым считается оформление в виде стандартных подпрограмм следующих операций: форматных преобразований (переводы из одних пред­ставлений в другие); арифметических операций; вычислений элементарных функций; операций над типами и структурами данных; ввода-вывода; отла­дочных программ.

Структурное программирование автоматизированных систем. Хорошо структурированная програм­ма — это программа, характеризующаяся наличием следующих признаков:

  • вложенность — этот признак означает, что управляющая структура программы изоморфна плоскому сводимому графу, состоящему из вложен­ных комбинаций трех определенных образцов, каждый с одним входом и од­ним выходом;
  • функциональный подход — акцент при разработке программ делается на функции, а не на алгоритмы;
  • иерархичность связей — очевидное расширение двух предыдущих свойств; небольшой размер модулей; документация, отражающая функциональные и структурные свойства программы;
  • отсутствие определенных «плохих» управляющих структур;
  • отсутствие неясной, ошибочной, запутанной документации.

Следует отметить, что отсутствие в программе операторов GO ТО еще не позволяет назвать ее структурной. То же относится и к использованию иерархичности областей определения переменных, использованию метода проектирования «сверху—вниз» и бригадного метода.

Структурное программирование представляет собой использование определенных принципов написания программ в соответствии с набором жестких правил и имеет целью облегчение тестирования, повышение производительности труда программистов и улучшение читаемости результирующей программы.

К методам структурного программирования относится отказ от оператора GO ТО и использование вполне определенных структурированных oператоров передачи управления в сочетании с идеями нисходящего проектирования ПО программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Классы управляющих структур систем управления технологическими процессами. Первый базовый класс составляют D-структуры — любая программа, составленная из следующих примитивов с одним входом и выходом:

  • основных действий-функций (операторы назначения, вызовы процедур, операторы ввода-вывода);
  • композиций двух D-структур; условных конструкций формы, основанных на предикате (не имеющем побочных эффектов) и двух D-структурах;
  • циклов форм, где Р — предикат (не имеющий побочных эффектов), S — любая D-структура.

Второй класс автоматизированных систем составляют D-структуры. Класс D-структур дал рост некоторым естественным структурам, один из них — D'-структуры. Кроме D-структур второй класс включает в себя следующие структуры с одним входом в одним выходом:

операторы с одной ветвью; циклы типа repeat—until; операторы case с n-ветвями.

За исключением оператора GO ТО этот класс составляет набор управляющих структур языка PASCAL.

Следующие классы являются обобщением рассмотренных выше структур. Они связаны с наличием многих входов и выходов, возникают из записей операторов возврата, выходов из цикла, обусловленных исключительными условиями, и повторных вызовов цикла изнутри цикла.

Третий класс систем управления технологическими процессами составляют ВIп-структуры. ВIп-структура составлена из основных действий, композиций, структур if — then — else (т. е. D-структур) и одновходовых-одновыходовых структур содержит К последовательных предикатов и действий с К выходами, по одному на каждый из К предикатов.

В состав четвертого класса входят REn-, RECn-, DREn-, DRECn-структуры, REn-структура составлена из основных действий, композиций, структур if— then — else, команд выхода формы exit (t), где i — положительная целая константа:

Пятый класс систем управления технологическими процессами составляют GPn- и L-структуры. GPn-структура определяется как любая структура, такая что все подструктуры с одним входом и одним выходом имеют не более п различных предикатов. L-структура определяется как любая структура без ограничений на число или конфигурацию предикатов и действий и передач управления.

Новости

Водогрейная газовая котельная завода по производству двигателей ООО "Хендэ Виа Рус", система автоматизации, г. Сестрорецк, г. Ленинградская обл.

25.10.21

Водогрейная газовая котельная завода по производству двигателей ООО "Хендэ Виа Рус", система автомат...

Диспетчеризация тепловых электрических завес для ворот ремонтного депо метрополитена, Парнас, г. Санкт-Петербург

20.10.21

Диспетчеризация тепловых электрических завес для ворот ремонтного депо метрополитена, Парнас, г. Сан...

Конвейерное оборудование для технологического процесса переработки древесных отходов, г. Чудово, Ленинградская обл.

25.09.21

Конвейерное оборудование для технологического процесса переработки древесных отходов, г. Чудово, Лен...

Заказчики
Поставщики