6.2.7. Функціональний план і комунікаційні мережі (мережі зв'язку)
Цей напрямок одержав поширення при розробці складних це тим з комбінуванням різних засобів автоматизації, наприклад, цикловон электрогидропневмоавтоматики [14, 35, 51, 54, 59]. Достатня строгість підходу й відповідність стандарту IEC848 зробила його придатним для одержання схемних пневматичних і гідравлічних рішень або розробки электрорелейных схем керування, і для складання керуючих програм для логічних контролерів PLC [14, 35].
Підхід відповідає стратегії планування «зверху долілиць» і, незважаючи на послідовну структуру, використовується для рішення складних практичних завдань, особливо в технологічних виробничих процесах. Напрямок комунікаційних мереж або мереж зв'язків сполучить у собі властивості функціонального плану (ФП) з перевагами мереж Петри. Така комбінація найбільш ефективна при розгляді комплексних проектів із взаимо дією щодо самостійних систем або станцій, які в той же час є складового одного технічного об'єкта. Окремі підсистеми або станції задаються функціональними планами, які поєднуються в модель системи комунікаційною мережею.
Побудова формальної моделі.
Функціональний план складається із двох основних частин: специфікації дій (які повинні виконуватися), послідовності виконання дій. Специфікація дії містить у собі інформацію про виконавчий пристрій, керуючому пристрої, про засоби або умови контролю. Інформація розташовується в рядку, що складається із трьох осередків, що прикріплена до певного кроку (мал. 6.20).
У першому осередку вказується характеристика дії, наприклад, із запам'ятовуванням, без запам'ятовування, із затримкою часу й інші. У другому осередку описується дія й, як правило, вказується виконавчий пристрій або агрегат, що його виконує, наприклад, «Привод №1» або «Привод завантаження». У третьому осередку дається посилання на умови або засоби контролю за виконанням дії. Це може бути вказівка датчика, що контролює дію, інтервалу часу, необхідного для його виконання, звертання до іншого датчика або системи сенсорів, що дозволяють судити про завершення дії. Послідовність дій у технологічному процесі задається ланцюжком кроків, що чергуються, і переходів. Кожний крок має ідентифікатор або порядковий номер. Крок з'єднаний з попереднім і наступним переходами. До кроку прикріплена специфікація одного або декількох дій. До кроку можуть бути віднесені додаткові умови активізації. Перехід містить умови (контрольовані), що дозволяють судити про завершенности всіх дій попереднього кроку.
Виконання кроку починається, якщо виконано умову попереднього переходу й всіх додаткових умов. При цьому «активізуються» всі дії цього кроку. Після виконання дій задовольняються умови наступні за кроком переходу й процес моделювання (або керування) триває.
Опишемо тестовий приклад засобами функціонального плану (мал. 6.21). Для позначення сигналів керування й контролю скористаємося позначеннями таблиці відповідності для графа операцій (табл. 6.8). Число кроків плану буде відповідати числу операцій, що збігається з кількістю дуг графа або тактів діаграми. До кожного кроку приєднується число специфікацій, що відповідає числу дій (операцій). Умова початку роботи може бути уведене як додаткове для 1-го кроку. Сигнали контролю кожної дії запишемо в третій осередок його специфікації. В умови перех.ода до наступного кроку (дузі, операції) записуємо умови завершення попереднього кроку, аналогічні секвенціям графа.
Функціональний план відрізняється достатньою компактністю й наочно відбиває циклічний процес (мал. 6.21). У ньому як компоненти виділені кроки, аналогічні крокам діаграми або операціям і вершинам графа, які з'єднані переходами, аналогічними дугам графа, у технологічний цикл.
Неформальна інформація про технічні засоби занесена в специфікацію кроків, що рівносильно таблиці відповідності операційного графа. Маєте з тим інформація про кожний технічний компонент розподілена по декількох кроках, що утрудняє її читання, контроль правильності, модифікацію. Наприклад, із кроку 5 не треба, що модуль 2 контролюється тільки по вихідному стані, що явно зазначено в таблиці відповідності.
Помітимо, що переходи плану дублюють інформацію, занесену в специфікацію попереднього кроку. Вони відрізняються неформальністю в порівнянні із секвенціями графа, що виконують ту ж роль. Асинхронне выполнеиие декількох дій формально забезпечується їхнім віднесенням до певного кроку.
Функціональний план має засобу поділу процесу на паралельні ланцюжки (за одним кроком треба кілька переходів), або введення альтернативних дій за допомогою альтернативних переходів, аналогічна додатковим контурам графа операцій або мережам Петри.
Незважаючи на вдале сполучення формального й неформального подання системи у функціональному плані, що забезпечує зручності переходу від моделі процесу (якої він і є) до алгоритму керуючої програми, слід зазначити його «відірваність» від технічних засобів реалізації й властиво автоматизируемой технології.
Якщо в графі операцій компонентами є операції, а в мережах Петри ними можуть бути дії або модулі, то у функціональному плані ними є специфікації виконання дій або операцій. При цьому губиться спільність подання про процес, і конкретність структурних компонентів системи, наприклад, винесена в таблицю відповідності графа операцій.
Перевірка повноти й достатності.
На наш погляд, функціональний план не є засобом, орієнтованим на завдання перевірки повноти й коректності моделі. Його можна зрівняти з тактовими діаграмами, у яких тактовий механізм забезпечує напрямок процесу, а зміст кожного такту й сигнальні лінії виконують роль специфікацій у функціональному плані. Але, на відміну від діаграм, у рядках яких утримуються циклограми роботи окремих модулів або пристроїв, функціональний план системи не складається з функціональних планів модулів.
Очевидно, автори вважають функціональний план настільки наочним, що перевірка коректності використання кожного пристрою й сигналу в системі не становить праці для розроблювача. Формальні методики такої перевірки нам невідомі.
У тестовому прикладі, для того, що б коректно виключити модуль №1 на 6-м переході, необхідно переглянути всі попередні переходи - чи не був він виключений раніше, і чи був він включений до шостого переходу. Аналогічно, для перевірки засобів контролю за роботою кожного, наприклад, 4-го модулі, необхідно перевірити специфікації всіх переходів, виділити з них ті, у яких включається й вимикається 4-й модуль і зрівняти засобу контролю, зазначені в специфікації.
Що стосується повноти моделі або логічної визначеності технологічного процесу, те функціональний план аналогічний кроковій діаграмі й формальним засобам або методик такої перевірки або дослідження моделі не передбачає.
Корекція й доопределение моделі
Це завдання, при використанні функціонального плану, вирішується автоматично - шляхом завдання послідовності виконуваних кроків. Виходить, що побудова моделі системи можливо й при співпадаючих станах і при некоректному використанні модулів і пристроїв. Фактично, функціональний план можна трактувати як прив'язаний до засобів реалізації операційний граф. Якщо граф використовується для потактовой роботи системи, то введення елементів пам'яті заміняється тактовим механізмом. Точно також, послідовність кроків у плані заміняє всі можливі елементи пам'яті.
Логічний синтез.
Використання функціонального плану для логічного синтезу можливо тільки для нескладних систем. Подібно діаграмам або графові операцій, функціональний план є готовим шаблоном необхідного для реалізації процесу.
По своїх можливостях логічного синтезу підхід ФП аналогічний кроковій діаграмі або графові операцій з використанням последовательностной логіки керування (6.14). Складність одержуваного результату свідомо має надмірність, що вважається несуттєвої при використанні PLC, але небажана або неприпустима при апаратній реалізації. Мінімізація последовательностной схеми рівносильна логічному синтезу.
На відміну від графа операцій, для якого відпрацьована методика мінімальної розбивки на групи, неформальний характер ФП не дозволяє зробити аналогічне перетворення настільки ж простими методами. Підтвердженням сказаному є агрегати, що випускаються серійно (квикстеппер, триггерная перемикальна схема й ін.), що дозволяють на підставі ФП будувати принципову схему систем, виробничих ліній і іншого технологічного встаткування [15, 16, 40, 72, 74, 75].
Перетворення ФП у логічні функції переходів, які могли б використовуватися для безпосереднього керування модулями, минаючи поняття «крок» і «перехід», у даному підході або не розглядається або аналогічно методикам, застосовуваним для крокових діаграм.
Таким чином, логічний синтез із використанням ФП передбачає заплановане ускладнення структури системи (уведенням крокової підсистеми) і функціональне обмеження (підпорядкування технологічних дій кроковому «механізму»).
Моделювання, відповідність структури моделі й структури системи.
Прояв структури системи в моделі у вигляді ФП підлегло последовательностному підходу й відбиває тактову систему з посиланнями на засоби реалізації, аналогічними діаграмам.
Фактично, вибираючи ФП Ви відмовляєтеся від логічного й структурного синтезу, покликаних формалізувати й реалізувати логікові автоматизируемого процесу, на користь споконвічної простоти побудови системи. Логіка алгоритму технологічного процесу заміняється кроковою апроксимацією траєкторії цього процесу. При цьому структура системи не синтезується, у буквальному значенні, а збирається зі стандартних схем, що реалізують окремі кроки, переходи, поділ, злиття (подпроцессов) і інші варіанти.
Перехід до технічних засобів реалізації.
Рішення цього завдання підготовлено всією побудовою ФП і заповненням його специфікацій. Це безумовна перевага підходу, націленого на створення реальних систем із широким використанням найрізноманітніших технічних засобів.
Відзначимо, що послідовність кроків є практично готовою керуючою програмою для контролера, особливо, якщо Ви скористаєтеся мовою, заснованою на функціональних або блокових діаграмах FBD. Але й алгоритм, записаний мовою AWL або STL, будується майже формально за функціональним планом. У функціональному плані втримується практично вся інформація, що дозволяє зв'язати контролер із входами й виходами засобів автоматизації - керуючими клапанами, датчиками й іншими засобами контролю.
Питання різних режимів роботи системи, у тому числі альтернативних, налагоджувальних, аварійних або інших, можуть вирішуватися переходом від одного функціонального плану, до іншого в рамках комунікаційної мережі. У го ж час алгоритм процесу функціонування системи, представлений функціональним планом (ФП), є досить строгим і коректним для забезпечення штатної роботи технічного об'єкта.
Цим забезпечується простота переходу до технічної реалізації, що є одними йз основних критеріїв практичної ефективності.
У такий спосіб: функціональний план більше ефективний для опису систем і станцій мехатроніки, чим для їхнього дослідження й розробки. У ньому не передбачене дослідження повноти й коректності системи, логічний синтез. ФП орієнтований на складання «покрокових» алгоритмів керуючих програм або последовательностных схем систем керування. Особливості підходу:
наочність підходу, зв'язок з технічними засобами;
відсутність критеріїв коректності й повноти моделі;
відсутність засобів логічного синтезу;
накладення функціональної й крокової структур в одній системі;
складність модернізації.