Алгоритмизация микропроцессорной АСУ ТП в молочной промышленности Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Структура предложенного производства предполагает наличие набора оборудования, представляющего так называемую «базовую» линию. В ее состав входит оборудование, обладающее максимальным значением критерия общности для всех видов перерабатываемого сырья. Уникальное оборудование, реализующее операции лишь для узкого (1-2) круга продуктов, вынесено в ответвления «базовой» линии (рисунок). Это оборудование образует отдельные участки переработки, включающие элементарные технологические операции.

ВЫВОД

Сформулированы основные принципы организации гибких производств. Разработана структурнооперационная схема гибкого поучасткового производства с использованием «базового» набора оборудования для выработки консервов широкого ассортимента.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств Кафедра автоматизации производственных процессов

Поступила 15.03.94

ИЗВЕ<

637.1:658.512.001.573

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ АСУ ТП В МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

М.п. АСМАЕВ, Н.Н. АНИШИНА, И.Н. БУЛАТНИКОВА

Кубанский государственный технологический университет

Широкое распространение микропроцессорной вычислительной техники в автоматизированных системах управления технологическими процессами АСУ ТП, в том числе в отраслях пищевой промышленности, привело к заметному возрастанию роли алгоритмизации и программирования таких микропроцессорных систем.

До последнего времени проектирование алгоритмов микропроцессорных управляющих и вычислительных систем шло тем же традиционным путем, что и универсальных ЭВМ, т.е. в прямом соответствии с аналитической записью вычисляемого выражения. Это вело к неэффективному использованию микропроцессоров МП или же к ненужному повышению требований к их быстродействию и внутренней структуре, а значит, и стоимости.

Технические и функциональные особенности МП таковы, что позволяют обеспечить их высокую эффективность только при особом подходе к алгоритмизации управляющих и вычислительных процедур. Ее суть в отказе от операций умножения и деления, являющихся, по существу, своеобразными подпрограммами и состоящими" как процедуры из последовательности операций сложения, вычитания, сдвигов, тестирования и условных переходов. Причем за счет двух последних операций обеспечивается нелинейность преобразования. Все вышеперечисленные операции и должны остаться в^качестве основных в алгоритмах, реализуемых на

Используя такие алгоритмы, разработчик программного обеспечения микропроцессорных систем обеспечит высокое алгоритмическое быстродействие и резко снизит требования к сложности, а значит, и к стоимости применяемых микропроцессорных средств.

Представление, что многие проблемы применения МП исчезают (или могут быть значительно ослаблены), если рассматривать МП как инструмент не математический, а кибернетический [Г], привело к появлению разностно-итерационных алгоритмов типа «шаг за шагом» 12-5].

Нами предпринята попытка распространить такой подход на микропроцессорные АСУ ТП в пищевой промышленности. Взята АСУ молочного щюизредстйй ;<Компомастер» фирмы «Пасилак» (дания) при нормализации молока с использованием сепаратора-сливкоотделителя [6].

Алгоритмы функционирования выпол-

ненной с использованием программируемых технических средств автоматизации, основываются на вычис лении ^.йУлам [61:

Жн = Ж0 +

Qc.ii (.Жм Ж0) (Q + Q сл)

Qc

Qc

(i)

Жг

Qo + Qc

~~Qcr

(.Жм - Жо) + Ж0, (2)

где Жн, Ж0, Жм, Жсл — массовые доли жира соответственно в нормализуемом, обезжиренном и нормализованном молоке, а также в сливках, %;

0сл>@сл">Ро>~ расходы сливок, получаемых и идущих на нормализацию, и обезжиренного молока соответственно, кг/ч.

Если вычислять формулы (1) и (2) в прямом соответствии с аналитической записью, то потребуется МП, имеющий операции умножения и деления, двойную или даже тройную разрядную сетку арифметического устройства и регистров, в связи с чем неощзавданно завышаются требования к сложности МП.

В описании к изобретению [5] приведен разностно-итерационный алгоритм вычисления функции

х2 + у2

,(х'й - Т77-

Модернизировав его и расширив область сходимости, мы разработали разностно-итерационный алгоритм для вычисления функции:

f (x,y,u,w) =

XU + yw

и + w

(3)

Он таков:

£/-l = sign (Xj-l - Yhosign (U + W) ;

Xo = x,XrXhi - ZMw2-i+KXn (4)

Yj0 = У - Yj = Vi + 5/-1 и 2_/+1 - Yn -» xn ,

где / — номер итерации (/ = 1, 2,...,/г-1);

n — двоичная разрядность величин; slgp.Oc) — функция знака:

sign(jt) = 1, если х > 0; sign(x) = — 1, если х<0.

I * ~ У

ггловие сходимости --------- < 2 .

I и + W

Vr

Oq

и

где р обла

раци ем с,

Ж

кат*ay

]//- п /!

1

і~)(< УI

t/- Jr

zr

Особым масштабированием и и ш и = и2р, ю = т2Р, где р — натуральное число, область сходимости может быть расширена: х - у

и + W

Для организацйи вычи

< 2

слении по разностно-ите-

рационному алгоритму (4) формулу (1) преобразуем следующим образом:

Жал = °°-я ®СЛ- (Жм - Жо) + Жо

Qc.

Q оЖм - Q оЖо+ Q слЖм — Q слЖо+ Q слЖо

Qca

Жм (Qo + Qca) + Жо (- Qo)

(Qo + Qca) + ( — Qo)

Из формулы (2) найдем величи-

(.Жм ~ Жо) (Оо + Qca) /ль, ч

ну--------------------------, равную (Жсл ~ Жо),

Q с л

и подставим в формулу (1):

Qca''{Жсл — Жо)

Жн = Жо + Получим:

Qo + Qc

Жн =

жсл Qca '1 Ж о Qo

= (5)

П (6)

Qca + Q о

Обратим внимание, что окончательная формула (5) приведена к виду функции (3).

Машинные алгоритмы для вычисления ЖСл и Жн состоят в выполнении (дважды) разностно-итерационного алгоритма (4).

Первое выполнение: начальные значения

Хо = Жм, У о — Жо, и — Qo Qca, W = ~Qo',

конечные значения

Хп = Yn = Жсл — формула (2).

Второе выполнение: начальные значения

Хо = Жсл, Yo — Жо, U —Qca'' , W = Qo', конечные значения

Хп = Yп = Жн — формула (1). Блок-схема алгоритма (4) приведена на рисунке (VOL — бит переполнения разрядной сетки, откуда видно, что алгоритм не содержит операций сложнее суммирования и вычитания. Нелинейность алгоритма обеспечивается командой условного перехода по условию X >Y.

Разрядность требуемого МП достаточна 16, включая знаковый разряд. Точность вычислений по алгоритму (4) соответствует 10—14 двоичным |) а зарядам -уогное-й гель mm негрс-цшэетъ G,01—

быстродействие алгоритма (4) в 160-200 раз превышает быстродействие алгоритма с использованием умножения и деления (по формулам (1) и (2)).

Таким образом, алгоритмизация микропроцессорных управляющих систем с использованием разностно-итерационных алгоритмов весьма эффективна и может быть рекомендована для АСУ ТП в пищевых производствах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брусенцов Н.П. Миникомпьютеры. — М.: Наука, 1979. — 272 с.

2. Voider J.E. The CORD1C Trigonometric Computing Technique // The Trans, on Elektronic Comp. — 1959. — 8. — № 3. — P. 330.

3. Оранский A.M. Аппаратные методы в цифровой вычислительной технике. — Минск: Изд-во БТУ, 1977. — 208 с.

4. Байков В.Д., Смолов В.Б. Специализированные алгоритмы и структуры. — М.: Радиосвязь, 1985. — 288 с.

5. А.с. 744595 СССР. МКИ G06F7/34. Цифровой функциональный преобразователь / А.Л. Рейхенберг. — Опубл. в Б.И. — 1980. — № 24.

6. Системы автоматического управления технологическими процессами предприятий молочной промышленности / Брусиловский Л.П. и др. — М.: Агропромиздат. 1986. -я 232 с.

Кафедра автоматизации производственных процессов

Поступила 09.08.94