Разработка программ-эмуляторов компьютерного динамического имитационного тренажера «Подогреватель нефти с промежуточным теплоносителем» средствами языка функциональных блоковых диаграмм

Шкромадо А.А.; Булкаева Е.А.

ганизации автобусных перевозок в городах, исследование надежности водителей [1] и потенциала менеджеров автотранспортных предприятий. Методы отбора кадров и управления персоналом (включая мотивацию и стимулирование) должны ориентироваться на конечные результаты деятельности.

Таким образом, анализ подходов к применению экономико-математических методов и моделей показывает их ограниченное применение для решения локальных задач планирования перевозок. Для комплексного совершенствования функционирования автотранспортной системы необходимо сочетание формализованных и неформальных методов выбора и обоснования решений, что может быть реализовано на основе ситуационного подхода.

Список литературы:

1. Миротин Л.Б. Транспортная логистика / Л.Б. Миротин. - М.: Издательство «Экзамен», 2003. - 512 с.

2. Лукинский В.С. Логистика автомобильного транспорта: концепция, методы, модели. - М.: «Финансы и статистика», 2000. - 280 с.

3. Миротин Л.Б. Управление грузовыми потоками в транспортно-логистических системах / Л.Б. Миротин и др. - М.: Горячая линия - Телеком, 2012. - 704 с.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ-ЭМУЛЯТОРОВ КОМПЬЮТЕРНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ИМИТАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА «ПОДОГРЕВАТЕЛЬ НЕФТИ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ» СРЕДСТВАМИ ЯЗЫКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВЫХ ДИАГРАММ

Филиал Самарского государственного технического университета,

г. Сызрань

Обосновывается необходимость применения языков стандарта МЭК 61131-3 к разработке прикладного программного обеспечения компьютерных имитационных тренажеров, описаны принципиальные моменты разработки программ-эмуляторов на языке функциональных блоковых диаграмм (FBD), приведена программа-эмулятор процесса подогрева нефти и регулирования ее температуры с подробным описанием.

Ключевые слова МЭК 61131-3, функциональные блоковые диаграммы, Function Block Diagram, программа-эмулятор, компьютерный тренажер, имитационное моделирование, математическая модель.

* Ассистент кафедры Электромеханики и промышленной автоматики.

* Студент.

Основным элементом любого компьютерного имитационного тренажера является математическая модель процесса (в т.ч. технологического), подлежащего имитационному воспроизведению [4, с. 36]. Данная модель должна быть полномасштабной, точной и адекватной, т.е. полностью эквивалентной реальному процессу или его элементам [2, с. 34]. В большинстве случаев для разработки моделей используются языки высокого уровня, такие как C/C++, Visual Basic, Delphi [3] и т.д. Однако для тренажеров базовых технологических узлов и агрегатов, модели которых не учитывают специфики конкретного оборудования и потому несколько проще, возможно использование специализированных языков стандарта МЭК 61131-3, включающего в себя два текстовых (Structured Text, Instruction List) и три графических (Ladder Diagram, Function Block Diagram, Sequential Function Chart) языка программирования [5].

Применение языков программирования стандарта МЭК 61131-3 значительно упрощает программирование, что связано с относительной простотой языка и ограничением числа его элементов, возможностью простой модификации программы и наращивания ее функциональности, возможностью повторного использования отработанных фрагментов программ и портируе-мостью проектов [1, с. 341]. Все это приводит к сокращению затрат времени и трудозатрат на разработку программного обеспечения. В то жг время наличие в составе стандарта языка функциональных блоков FBD (Function Block Diagram), наглядно демонстрирующего принцип инкапсуляции и содержащего готовые к применению программные модули в виде блоков, позволяет решать широкий круг задач программирования, в т.ч. разработки математических моделей тренажера. При этом собственные разработки могут быть легко сохранены в виде пользовательских блоков, допускающих модификацию, и использованы в составе других программ. Таким образом можно разработать базовые программные модули под типовые физические процессы или единицы оборудования и сформировать на их основе библиотеку разработки математических моделей тренажеров.

Актуальность разработки объясняется необходимостью сокращения затрат времени и ресурсов на программирование в ходе реализации математической модели и созданию наработок открытых базовых программных модулей моделей, которые могут быть при необходимости доработаны под конкретный процесс или агрегат и использованы повторно.

Научная новизна заключается в использовании для разработки программ-эмуляторов языка Function Block Diagram и интеграции в составе единой программы компонентов системы управления и математической модели процесса.

Программа эмулятора температуры нефти на выходе подогревателя, написанная на языке функциональных блоков FBD, представлена на рис. 1. Данная программа написана средствами редактора программ инструмен-

тальной системы SCADA Trace Mode 6 в рамках реализации функции SOF-TLOGIC [6]. Каждый блок программы представляет собой подпрограмму или функцию. Функции данной программы разработаны на языке ST. Основными из них являются функция KLP, описывающая работу регулирующего клапана с электроприводом типа МЭП (механизм электрический пря-моходный), и Q_OUT, содержащая расчет количества отдаваемой в окружающую среду теплоты.

Программа разработана на основании предварительно составленной математической модели динамической системы в приложении Simulink. Модель в Simulink необходима для проверки соответствия разрабатываемой программной модели процесса нагрева нефти реальному физическому процессу путем сравнения значений технологических параметров, получаемых на выходе модели и снятых с объекта в результате проведения серии экспериментов. Использование Simulink удобно, поскольку функциональные блоки данного приложения Matlab и стандартная библиотека функциональных блоков SCADA Trace Mode, в инструментальной системе которой выполнялась разработка, имеют большое количество блоков идентичного функционала. Существенным отличием является ориентация Trace Mode на обеспечение режима реального времени. Именно поэтому предварительное моделирование в Simulink явилось необходимым условием.

Отметим также, что построению модели в Simulink, в свою очередь, предшествовал этап идентификации методом проведения активного эксперимента и определения параметров передаточных функций, описывающих основные элементы, по кривым разгона методом, предложенным М.П. Симою.

Для обеспечения режима реального времени при разработке и исполнении программ приходится оперировать с понятием «цикл пересчета» вместо секунд, поэтому привязка к реальному времени обеспечивается путем изменения числа циклов пересчета с помощью операции деления числа секунд на длительность одного цикла пересчета в секундах (блоки «X/Y» № 10 и № 11). В рассматриваемой программе, данный цикл равен 100 мс.

Программа, представленная на рис. 1, содержит как элементы модели технологического процесса, так и системы управления им. Подобный подход при разработке программ на языках функциональных блоков возможен, поскольку из-за инкапсуляции каждой функции или подпрограммы в отдельный блок конечная программа приобретает достаточно простую структуру и позволяет совместить указанные составляющие.

Как и реальная система управления, программная модель содержит два контура: внутренний - контур регулирования положения рабочего органа клапана (штока с плунжером) и внешний - регулирования температуры нефти на выходе подогревателя. Расход газа через клапан связан с положением плунжера (степенью открытия клапана) линейной пропускной характеристикой.

Рис. 1. Программа эмулятор температуры нефти на выходе подогревателя

Внешний контур регулирования основан на цифровом ПИД-регуляторе (PID), вырабатывающем на основании рассогласования между заданной и измеренной температурой нефти (блок «X-Y» № 0) уставку по положению штока клапана с плунжером в процентах для регулятора внутреннего контура PREG, т.е. реализуется каскадное регулирование.

Поскольку реальное регулирование положения штока с плунжером осуществляется путем подачи дискретных сигналов на входы бесконтактного реверсивного пускового устройства, определяющего прямое либо реверс-ное вращение электродвигателя в составе привода клапана, внутренний контур содержит трехпозиционный регулятор PREG, вырабатывающий единичные выходные сигналы на соответствующем выходе (QH - открытие, QL -закрытие) с учетом зоны нечувствительности. Значение зоны нечувствительности, взятое из документации на электропривод (устанавливается в конфигураторе тренажера), формирует уставку для трехпозиционного регулятора как максимальное и минимальное пороговые входные значения. Данные значения рассчитываются как уставка по положению в процентах, рассчитанная ПИД-регулятором контура температуры, к которой прибавлено (MAX, блок «X+Y» №7) и из которой вычтено (MIN, блок «X-Y» № 9) половинное значение зоны нечувствительности («X/Y» № 9).

Выходные сигналы регулятора воздействуют на блок KLP, реализованный в виде функции и представляющий собой модель электропривода с редуктором. В зависимости от хода (Leng) и скорости перемещения (Speed) штока рассчитывается положение (POS) штока с плунжером в процентах (степень открытия) в зависимости от входных команд управления.

Клапан и теплообменник могут быть описаны передаточными функциями апериодического звена первого порядка с запаздыванием. В составе функциональных блоков Trace Mode для описания объектов с такой передаточной функцией используется блок Object (OBJ). Таким образом, первым блоком OBJ (№ 2) рассчитывается расход газа, а на выходе второго блока OBJ (№ 14) формируется значение температуры, которое может быть достигнуто при сжигании данного количества газа при температуре окружающего воздуха 0 °С.

Влияние на температуру нефти на выходе подогревателя температуры атмосферного воздуха учтено в блоке функции Q_OUT.

Таким образом, в статье была показана возможность применения языка Function Block Diagram для разработки программ-эмуляторов, составляющих математическое обеспечение компьютерных имитационных тренажеров; раскрыты некоторые принципы разработки и приведено описание функционирования программы-эмулятора процесса подогрева нефти.

Список литературы:

1. Денисенко А.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. - Горячая линия-Телеком, 2009 - 608 с.

2. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов. - М.: Синтег, 2009. - 372 с.

3. Компьютерные тренажеры нового поколения [Электронный ресурс] // Системы компьютерной автоматизации - Режим доступа: www.asutp.ru/?p= 400322 (дата обращения: 15.03.2013).

4. Шабаев А.И. Тяжело в учении - легко в бою // Отраслевой научн.тех. журнал «ИСУП». - 2005. - № 4. - С. 35-39.

5. IEC 61131-3(2003). Programmable controllers - Part 3: Programming languages. Опубликован 31.01.2003.

6. TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6: общие сведения [Электронный ресурс] // АдАстра - Режим доступа: http://www.adastra.ru/products/overview/ (дата обращения: 28.01.2013).

НОВЫЙ МЕТОД КОНСТРУИРОВАНИЯ ЖЕНСКИХ КОРСЕТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Московский государственный университет дизайна и технологии,

г. Москва

Разработан новый метод конструирования женских корсетных изделий. Данный метод удобен за счет сокращения временных затрат на построение конструкции, для моделирования и градации в автоматизированном режиме проектирования и обеспечивает необходимую комфортность готового изделия.

Ключевые слова конструирование, корсетные изделия, методика.

В предлагаемом методе решаются задачи повышения точности построения, получения необходимой степени прилегания и обеспечения комфортно -сти корсетного изделия. Эта методика конструирования включает построение развертки поверхности тела человека, с использованием базисной сетки чертежа в полярной системе координат. Наиболее распространенным методом проектирования одежды является построение в декартовой системе координат, в ходе которой точки определяются с использованием координатных осей [1].

Построение чертежа начинается с построения одного сегмента, определяя его ширину по линиям талии ToT1 и груди АоА1. Сегмент является 1/8 частью половины конструкции корсета (рис. 1).

* Аспирант кафедры «Художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий».

* Доцент, кандидат технических наук.

" Профессор, доктор технических наук.

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Шкромадо А. А., Булкаева Е. А.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Шкромадо А. А., Булкаева Е. А.