Программные продукты и системы

Проектирование систем контроля и управления технологическими процессами включает следующие этапы:

- разработка модели и структурной схемы системы управления;

- численный анализ динамических и статических характеристик модели;

- анализ информационного канала;

- выбор комплекса технических средств, составление спецификации по приборам и средствам автоматики;

- разработка принципиальной (электрической/ пневматической) схемы системы управления;

- разработка монтажной схемы щита.

Для обучения методам и процедурам решения задач первого и второго этапов можно с успехом использовать ППП для ПЭВМ ИМОДС, СИМФОР, СИМОД и т.п.

Известны программные средства и САПР, позволяющие осуществлять решение задач последующих этапов проектирования систем управления в автоматическом режиме, например САПР "Монтаж" и др. Однако эти программные комплексы ориентированы на работу с инженером-проектировщиком. Они имеют очень слабые средства обучения, которые позволяют быстро овладеть конкретным ППП, но не предназначены для поддержки методик обучения студентов [2].

В Тверском политехническом институте разработан ППП "Измерительные приборы и средства автоматики", предназначенный для использования в учебном процессе при изучении комплекса техничеких средств (КТС) для автоматизации процессов непрерывных производств. В состав ППП входят:

- символьная база данных (СБД) характеристик КТС для автоматизации непрерывных производств,

- графическая база данных (ГБД) схем и условных обозначений,

- программы поддержки символьной БД,

- справочник по КТС для автоматизации непрерывных производств,

- задачник,

- графический редактор.

В состав информационного обеспечения пакета входят две БД: символьная и графическая. Графическая БД расширяется и редактируется средствами ППП Графкад. База имеет четыре раздела, включающие:

- монтажно-коммутационные схемы приборов и устройств автоматики,

- условные графические изображения элементов схем автоматики по ГОСТу 21.404-85,

- каталоги основного технологического оборудования для химических производств,

- условные графические изображения технологического оборудования (в соответствии с отраслевыми нормалями).

Таблица

Символьная БД содержит информацию о характеристиках приборов и устройств автоматики. При ее разработке применена ER-модель типа < Сущность-Связь > [3]. Для полного описания предметной области достаточно выделить 9 сущностей и ограниченный набор связей (см. таблицу). Каждая связь описывается по схеме:

< Имя связи > :: ( область действия связи ).

Концептуальная модель БД пакета представлена в форме ER-диаграммы.

Для отображения концептуальной схемы на реляционной модели данных девять исходных отношений, интерпретирующих сущности в ER-диаграмме, преобразованы путем склеивания в пять отношений вида: < Датчик >, < Прибор >, < Регулятор >, < Преобразователь >, < Микропроцессорное устройство управления >. Анализ новых отношений позволил выявить существование транзитивных зависимостей между некоторыми атрибутами. На рисунке приведена овал-диаграмма отношения < Прибор >. Ассоциация от атрибута 1 к атрибуту 3 является транзитивной. Ее удаление приводит к проекциям отношения вида:

[VI,V2.V4 (Прибор)] :: <Имя>, |V2,V3,V5,...,V12 (Прибор)]:: < Характеристики >.

Новые отношения <Имя> и < Характеристики > соответствуют третьей нормальной форме исходного отношения < Прибор >. Аналогичные преобразования выполнены для других отношений модели.

Разработанная на основе реляционной модели данных символьная БД пакета позволяет студенту получить более 40 видов справок на приборы и устройства автоматики с использованием широкого набора характеристик. Преподаватель легко может расширить БД новыми записями. Информация из этой базы используется при решении задач учебного проектирования и ограниченного набора примеров задачника пакета.

Пакет поддерживает три режима работы: справочный,, обучения и учебного проектирования.

В справочном режиме студент получает доступ к базам данных пакета. По оглавлению выбирается соответствующий раздел справочника:

- датчики (первичные преобразователи)

- измерительные приборы

- регуляторы

- исполнительные механизмы и преобразователи

- микропроцессорные устройства

и на экран выводятся основные характеристики устройств автоматики из указанной группы. Информация выводится в таблицу, содержащую несколько (от 3 до 5) страниц при горизонтальном развороте. Каждая страница закреплена за одним видом характеристик (например, 1 стр. - технические характеристики, 2 стр.

-метрологические, 3 стр. — установочные и т.п.). На одну страницу таблицы выводятся характеристики соответствующего вида для 12 устройств автоматики. Листая экраны по верти кали, можно получить информацию об остальных устройствах из выбранного раздела справочника.

Студент может получить справку на группу приборов, определенную с помощью ограниченного списка условий. Для каждого раздела справочника список условий свой. Например, в разделе "Приборы" в список условий включены: наименование прибора, наименование измеряемой величины, тип прибора, пределы измерения, класс точности, назначение прибора, тип датчика.

На каждое устройство автоматики студент может получить полную справку, которая выводится в два окна: в первое окно выводится сводная таблица основных характеристик, во второе - примечание (до 20 строк текста) по дополнительным характеристикам.

Режим проектирования предназначен для самостоятельной работы студента и для развития навыков решения проектных задач: выбор комплекса технических средств для контроля за основными параметрами технологического процесса и для проектируемой системы управления, разработка спецификаций на средства автоматики, разработка принципиальных схем систем управления, выбор КТС и разработка принципиальных схем для микропроцессорных систем управления, формирование чертежа технологической схемы, совмещенной с КИПиА.

В режиме Проектирования студент получает доступ к графической БД, в которой хранятся схемы и условные обозначения для устройств из символьной БД, а также условные обозначения основного технологического оборудования. Для формирования чертежей используется редактор ППП Графкад (версия 2), выход в который и вызов соответствующего файла из ГБД осуществляется автоматически с помощью функциональной клавиши. Чертеж (например принципиальная схема системы автоматического регулирования) компонуется из фрагментов, каждый из которых воспроизводит принципаль-ную/коммутационную схемы или условное обозначение устройства автоматики. Готовый чертеж записывается в файл (в формате Графкад или AutoCAD) и выводится на принтер или графопостроитель.

Овал-диаграмма отношения < Прибор >

Режим обучения предназначен для контроля и самостоятельной работы студента при начальном знакомстве с приборной базой отрасли-. В этом режиме осуществляется автоматический ввод условий выбора (усл.1 и усл.2 и ... усл-N) из СБД справочника, в соответствии с типом задачи, ввод пользователем ответа, автоматический контроль и оценка решения с использованием определенного набора правил [1]. Каждое правило представляет собой высказывание вида:

< Если необходимо выполнение Усл.1 и Усл.2 и ... Уел N , то

рекомендуется использование прибора/ов / (схемы) >.

Множество условий, которое может вводиться пользователем справочника (усл.1, усл.2, ... усл.М), является подмножеством полного перечня условий, используемого для формирования правил:

(Усл.1, Усл.2,... Усл.М)С(Усл.1, Усл.2,... Усл.N)

Правила реализуются программным путем. При решении задач студент может пользоваться справочником и быстро сузить пространство поиска до одного-двух десятков приборов. Поиск правильного ответа на этом подмножестве - прерогатива самого студента. При этом он должен использовать лекционный материал, учебники и т.п., то есть информацию, расширяющую ограниченный список условий поиска справочника.

Для проведения контрольных работ преподаватель специальным паролем может запретить доступ к справочнику. Результаты решения выводятся на экран, принтер или в файл.

Список литературы

1.   Власенко Н.В. и др. Модель активизации знаний учебного назначения в адаптивных обучающих системах // УСиМ. - 1992. - N»9/10. ^ С.88-91.

2.   Мисякова Г.Т. н др. Комплексная модульная система автоматизации обучения на ПЭВМ // УСяМ. - 1993. - №2. -С.106-109.

3.   Чени П. Введение в проектирование баз данных. - М., 1993. - 480 с.