Формирование рационального кода управляющих программ в многопараметрических системах управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Чашин, Юрий Геннадиевич

• Чашин, Юрий Геннадиевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чашин, Юрий Геннадиевич

ВВЕДЕНИЕ

• ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕК

ТИВНОСТИ РАБОТЫ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Анализ существующих программных средств и технологий реализации программного кода в многопараметрических АСУ ТП.

1.2. Анализ известных оптимизирующих методов и методик, используемых при получении рационального кода управляющих программ многопараметрических АСУТП.

1.3. Анализ развития программно-аппаратных средств повышения эффективности работы современных микропроцессорных систем.

1.4. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ ОПИСАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕ-« СКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ. "

2.1. Информационное моделирование программного кода.

2.2. Определение эквивалентности моделей, для задания условий заменяемости фрагментов программного кода.

2.3. Разработка алгоритмов распознавания эквивалентности моделей.

2.4. Исследование возможности преобразования моделей.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ ПОЛНОТЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ДЛЯ ЗАДАННОГО КЛАССА МОДЕЛЕЙ И ПОСТРОЕНИЕ АЛГОРИТМОВ ПОЛУЧЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО КОДА.

3.1. Исследование полноты систем преобразований для заданного класса моделей.

3.2. Выбор и исследование достаточности системы преобразований для построения рационального программного кода.

3.3. Построение алгоритмов рационального преобразования программного кода.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО КОДА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ В МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АСУТП НА ОСНОВЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ.

4.1. Исследование повышения эффективности программного кода, за счет применения предлагаемых преобразований информационных моделей.

4.2. Разработка системы получения рациональных программ для микроконтроллера МикроДАТ, и исследование ее на примере многопараметрической АСУТП многофункционального технологического учебного комплекса «Рецикл»

4.3. Разработка и использование системы получения рациональных программ в многопараметрической АСУТП ректификации КССЖ в производстве спирта на Весело-Лопанском спиртовом заводе.

Выводы к главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование рационального кода управляющих программ в многопараметрических системах управления»

Актуальность работы. В связи с развитием рыночных отношений все большие требования предъявляются к качеству и себестоимости выпускаемой продукции. Одним из путей совершенствования этих показателей является повышение эффективности многопараметрических автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) [1-3]. В этом случае исключением не являются производства по выпуску питательных смесей и спиртосодержащих жидкостей.

Эффективность многопараметрических АСУТП может быть повышена за счет уменьшения времени реакции системы на события и учета дополнительных параметров технологического процесса. Одним из способов достижения этого является использование рационального программного кода. Анализ используемого программного кода в различных АСУТП показывает, что он допускает дальнейшую оптимизацию за счет разработки и использования различных инструментальных средств построения' управляющих программ [4-8].

Исследования, проведенные в многопараметрических АСУТП многофункционального технологического учебного комплекса БГТУ им. В.Г. Шухова «Рецикл» и Весело-Лопанского спиртового завода, и полученные практические результаты показали, что разработка и использование эффективных методов оптимизации, может позволить при проектировании новых многопараметрических АСУТП, использовать более "проверенные" и более дешевые микропроцессорные системы управления, и производить модернизацию существующих многопараметрических АСУТП, путем использования всего лишь более рационального программного кода.

Таким образом, создание методики, получения рационального кода управляющих программ многопараметрических систем управления является актуальной.

Объектом исследования являются многопараметрические автоматизированные системы управления.

Предметом исследования являются инструментальные средства построения управляющих программ многопараметрических автоматизированных системы управления.

Целью работы является повышение эффективности функционирования многопараметрических автоматизированных систем управления путем снижения времени обработки информации и сокращения объема оперативной памяти.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ существующих программных средств и технологий реализации программного кода многопараметрических систем управления;

- анализ известных улучшающих преобразований, используемых при получении кода управляющих программ современных микропроцессорных систем;

- построение моделей, новых эквивалентных преобразований и разработка алгоритмов рационального преобразования программного кода;

- разработка методики создания рационального кода управляющих программ и обоснование ее эффективности;

- создание программных средств построения рационального кода управляющих программ многопараметрических АСУТП, на основе преобразований информационных моделей.

Научная новизна работы:

- построены информационные моделй, описывающие структуры программного кода управляющих программ;

- разработаны новые эквивалентные преобразования для информационных моделей;

- созданы алгоритмы получения оптимальных и близких к ним информационных моделей;

- создана методика построения рационального кода управляющих программ многопараметрических систем управления, на основе использования алгоритмов оптимизации информационных моделей.

Практическая ценность работы:

- разработаны программные средства получения рационального кода для микроконтроллера МикроДАТ и адаптивного специализированного языка контроля и управления АС Я, в виде прикладных пакетов.

Реализация работы: диссертационная работа выполнена на кафедре информационных систем Орловского государственного технического университета.

Разработанная методика построения рационального кода управляющих программ многопараметрических АСУТП (в виде программного продукта), использовалась при создании:

- многопараметрической АСУ многофункционального технологического учебно-производственного комплекса «Рецикл», Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова;

- многопараметрической АСУ установкой ректификации куль-туральных спиртосодержащих жидкостей, Весело-Лопаньского спиртового завода.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Международной конференции "Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений" в Белгороде - 1997;

- Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика -98" в Зеленограде - апрель 1998;

- Конференции "Компьютерное моделирование" в Белгороде -октябрь 1998;

- Международной конференции "Передовые технологии в промышленности и стройиндустрии на пороге 21 века" в Белгороде -1999;

- Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании" в Рязани - 2000;

- Международной научно-практической конференции "Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века" в Белгороде - 2000;

- Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве" в Орле -2004.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, из которых 8 опубликовано в соавторстве.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, приложения. Общий объем диссертации 200 страницы, включает 163 страницы основного текста, 31 страницу приложений, 87 наименований списка литературы, 96 рисунков и 20 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Чашин, Юрий Геннадиевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В результате проведенных исследований можно представить следующие результаты и выводы:

1. Широкое использование различных средств высокого уровня, при получении управляющих программ многопараметрических систем управления, ведет к получению недостаточно эффективного программного кода.

2. Анализ известных оптимизирующих преобразований, используемых при получении управляющего программного кода, современных многопараметрических систем управления показал, что получаемый код допускает дальнейшую «оптимизацию».

3. Построены информационные модели, описывающие структуры программного кода управляющих программ.

4. Определены условия эквивалентности информационных моделей, обеспечивающие возможность их взаимозаменяемости.

5. Разработаны алгоритмы распознавания эквивалентностей информационных моделей.

6. Разработаны системы преобразований для информационных моделей, позволяющие изменять их основные характеристики.

7. Исследована полнота предложенных систем преобразований. Для некоторых классов моделей проведены доказательства их полноты.

8. Исследована и показана достаточность выбранных систем преобразований, для возможности построения рационального программного кода.

9. Созданы алгоритмы получения оптимальных и близких к ним информационных моделей.

10. Предложена методика получения рационального кода управляющих программ на основе преобразований структуры информационных моделей программного кода. Показана эффективность предлагаемой методики.

11. Разработана система получения рациональных программ для микроконтроллера МикроДАТ, и исследована на примере многопараметрической АСУ многофункционального технологического учебного комплекса «Рецикл». Благодаря применению предлагаемой методики, удалось сократить рабочую программу на 21,3%.

12. Разработана и использована система получения рациональных программ в многопараметрической АСУ ректификации КССЖ в производстве спирта на Весело-Лопанском спиртовом заводе. Это позволило сократить время на принятие решения системой, в ответ на события ТП, за счет ускорения работы системы прогнозирования в 1,28 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чашин, Юрий Геннадиевич, 2004 год

1. Кулаков А.Ф. Оценка качества программ ЭВМ. -М.: Наука, 1984.-168с.

2. JIunaee В.В. Качество ПО. -М.: Наука, 1983. -263с.

3. Гайшун КВ. Многопараметрические системы управления. -Минск: Навука i тэхшка, 1996. -200с.

4. Ровдо А.А. Микропроцессоры от Р086 до РЗ. Хеоп и AMD К6-3. -М.: ДМК. 2000. -590с.

5. Каменская К.А., Лямкин А.А., Тревгода Т.Ф. Показатели качества функционального программного обеспечения. // Изв. ТЭТУ. 1998. № 519. С.63-65.

6. Касперски К. Техника оптимизации программ // БХВ-Петербург; Серия: Мастер программ. 2003. -464с.

7. Касьянов В. Н. Введение в теорию оптимизации программ. -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука, 1985. -259с.

8. Летичевский А. А. Эквивалентность и оптимизация программ // Теория программирования. -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука, 1972. -Ч. 1. -С. 166-180.

9. Архангельский Б. В., Никитин А. И. Системы оптимизации программ. // Киев. Техшка, 1983. -167с.

10. Карпов В.И., Мышенков КС., Путинцев А.В. Сравнительный анализ информационных АСУП на российском рынке программных продуктов. // Промышленные контроллеры АСУ. На-учтехлитиздат М. №3, 2000.

11. Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микроконтроллеры: архитектура, программирование, интерфейс. Справочник. Издательство ЭКОН. 1999. 398с.

12. Деменков Н.П. Промышленные контроллеры для АСУТП. // Промышленные контроллеры АСУ. Научтехлитиздат М. №10, 2000.

13. Лигун JI.E. Как правильно выбрать SCADA-систему. // Экономическая эффективность. Промышленные контроллеры АСУ. -М.: Научтехлитиздат. №7, 2002.

14. Калядин А.Ю. Выбор SCADA-системы: надежность или простота? // Промышленные контроллеры АСУ. -М.: Научтехлитиздат, №3,2001.

15. Куцевич Н.А. SCADA-системы. Взгляд со стороны. // Промышленные контроллеры АСУ. -М.: Научтехлитиздат, №1, 1999.

16. Касьянов В. Н. Анализ структур программ // Кибернетика. -1980. -№2 -С. 51-54.

17. Саркисян А.А. Машинонезависимая оптимизация исходных программ. -М.: «Радио и связь», 1985. -207с.

18. Касьянов В. Н. Оптимизация программ // Прикладная информатика. -М.: Статистика, 1983. Вып. 2.-С. 38-76.

19. Бутаков Е.А. Методы создания качественного программного обеспечения ЭВМ. -М.: Энергоатомиздат, 1984. -230с.

20. Саркисян А. А. Машинонезависимая оптимизация исходных программ. // -М. Радио и связь, 1985. -208с.

21. Касьянов В.Н., Поттосин КВ. Методы построения трансляторов. -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука, Отв. Ред. А.П. Ершов. 1986. -343с.

22. Касьянов В.Н. Оптимизирующие преобразования программ. -М.: Наука. 1988.-334с.

23. Касьянов В.Н. (ред.) Оптимизирующая трансляция и конструирование программ. // Сб. Ин-т. Систем информатики. СО РАН. -Новосибирск. 1997.-171с.

24. Саркисян А.А. Повышение качества программ на основе автоматизированных методов. -М.: Радио и связь. 1991.

25. Касьянов В.Н. К оценке частоты выполнения операторов и переходов в программе // Программирование. 1975. № 5. -С. 6472.

26. Штаркман Вик. Локальная оптимизация объектной программы в трансляторе Форекс. -М.: Препринт/ИПМ АН СССР. 1979, -№ 149, -26с.

27. Штаркман Вик. Исследование методов локальной оптимизации и их реализация в трансляторе с расширенного фортрана (форекс): Автореф. дис. на соискание учен, степени канд. физ.-мат. наук. -М.: ИПМ АН СССР. 1981.

28. Дзелинская А.А. Чистка циклов в крупноблочных схемах // Языки и системы программирования. -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука. 1981. -С. 64-74.

29. Летичевский А. А. Эквивалентность и оптимизация программ // Теория программирования. -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука. 1972. -Ч. 1. -С. 166-180.

30. Поттосин И. В. Глобальная оптимизация, практический подход // Тр. Всесоюз. симпоз. по методам реализации новых алгоритмических языковю -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука. 1975.-4.1.-С. 113-128.

31. Касьянов В. Н. Разгрузка участков повторяемости. -Препринт/ВЦ СО АН СССР. -Новосибирск, 1978. -№ 178. -26с.

32. Касьянов В. Н. Эквивалентные преобразования линейных участков программ // Трансляция и преобразования программ. -Новосибирск. Сибирское отделение. Наука. 1984. С. 56-61.

33. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. -М.: Мир, 1981.

34. Серебряков В.А. Лекции по конструированию компиляторов. -М.: Вычислительный центр РАН. 1994. -174с.

35. JIunaee В.В. Обеспечение качества программных средств. -М.: СИНТЕГ. 2001.-370с.

36. Ершов А.П. Современное состояние теории схем программ //Проблемы кибернетики. -М.: Наука, 1973. Вып. 27. -С 3-21.

37. Евстигнеев В.А. Применение теории графов в программировании / Под. Ред. А.П. Ершова. -М.: Наука, 1985. -352с.

38. Свами М. Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. -М.: 1984. -455с.

39. Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Ющенко Е.JI. Алгебра. Языки. Программирование. -М.: 1989. -376с.

40. Котов В. Е., Сабелъфелъд В. К Теория схем программ. -М.: Наука, 1991.-248с.

41. Карпов Ю.Г. Теория автоматов. -СПб: Питер. 2003. -351 с.

42. Rabin М. О., Scott D. Finite automata and their decision problems // IBM Jornal of Research and Development, 1959, v.3, N2, p. 114125. (русский перевод: Кибернетический сборник, 1962, №4, с. 58-91).

43. Bird М. The equivalence problem determenistic two tape auto-mata//YCSS.1973.- Vol. 7. №2.

44. Harju Т., Kazhumaki J. The equivalence of multi-tape finite automata // Theoretical Computer Science, 1991, v.78, *2, p.347-355.

45. Кинбер E. Б. Об одном классе многоленточных автоматов с разрешимой проблемой эквивалентности. -М.: Программирование, 1983, №3, С. 3-16.

46. Lewis Н. R. A new decidable problem, with application // Proc. 18 Ann. Symp. On Foundations of Сотр. Sci. 1979, p.62-73.

47. Подловченко P. И. Полная система подобных преобразований схем. // Прикладная кибернетика. -М.: Наука. 1973. -Вып.27.

48. Хачатрян В. Е. Однородные логические графы. Прикладная математика. Ереван; Изд. ЕГУ, 1981.

49. Подловченко Р. К, Айрапетян М. Г. О построении полной системы эквивалентных преобразований схем программ. Программирование МАИК Наука; N 1,1996, С. 3-29.

50. Подловченко Р. И. Хачатрян В. Е. Чаьиин Ю. Г. Полная система эквивалентных преобразований для двухленточных автоматов с непересекающимися циклами. -М.: Программирование. N 5, 2000. С.3-28.

51. Бахвалов Н.С, Жидков Н.П., Кобельков Г.М., Численные методы. М.: Наука, 1987. -226с.

52. Самарский А.А., Введение в численные методы. М.: Наука, 1982.-327с.

53. Кобельков Г.М., Численные методы. -М.: Наука, 1987. -600с.

54. Казаринов Ю.М., Номоконов В.Н., Подклетнов Г.С., Филиппов Ф.В., Микропроцессорный комплект К1810: Структура, программирование, применение: Справочная книга. М.: Высш. Шк., 1990. -269с.

55. Черемных С.В., Гиглавый А.В., Поляк Ю.Е., От микропроцессоров к персональным ЭВМ. М.: Радио и связь, 1990. - 288с.

56. Бродим В.Б., Шагурин НИ., Микропроцессор i486. Архитектура, программирование, интерфейс. М.: "ДИАЛОГ-МИФИ", 1993.—240с.

57. МячевА.А., Степанов В.Н, Персональные ЭВМ и микроЭВМ. Основы организации: Справочник / Под ред. А.А. Мячева. М.: Радио и связь, 1991. -320с.

58. Гук М.Ю. Процессоры PHI, Atlon и др. -СПб.: Питер. 2000. 478с.

59. Шагурин И.Н. Процессоры семейства Intel Р6, PII, РЗ, Celeron и др. Телеком: Грааль 2000. -244с.

60. Нечепуренко М.И. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях. -Новосибирск: Наука. 1990. -520с.

61. Свами М., Тхуласираман К Графы, сети и алгоритмы. -М.: Мир, 1984. -128с.

62. Хачатрян В.Е., Чашин Ю.Г Преобразования, сохраняющие перестановочность логических графов. Сборник научных трудов.• БелГТАСМ. -Белгород 1996. С. 10-15.

63. Чашин Ю.Г., Хачатрян В.Е. Информационные модели с системой соотношения. Конференция: Информационные технологии.

64. БелГТАСМ. Белгород, октябрь 1998. С. 156-161.

65. Чашин Ю.Г. Структурные преобразования информационных моделей. Международная конференция "Передовые технологии в промышленности и стройиндустрии на пороге 21 века." Секция 9: "Информационные процессы и технологии". БелГТАСМ. Белгород. 1999. С.141-146.

66. Хачатрян В.Е., Чашин Ю.Г. Преобразование программ микропроцессорных систем управления. Журнал «Известия высших учебных заведений» 2000г. №10. С. 135-138.

67. Хачатрян В.Е. О перестановочности логических графов. // Кибернетика.- 1976. №3.

68. Хачатрян В.Е., Чашин Ю.Г. Использование преобразований для сравнения моделей на эквивалентность. Международная научно-техническая конференция "Информационные технологии в науке, образовании и производстве". -Орел. 2004. С.53-57.

69. Чашин Ю.Г., Константинов И.С. Получение рационального кода управляющих программ микропроцессорных систем. Международная научно-техническая конференция "Информационные технологии в науке, образовании и производстве". Орел 2004. С.65-69.

70. Балашов В.В., Капитонова А.П., Костенко В.А. и др. Метод и средства оценки времени выполнения оптимизированных программ. //Программирование. 1999. №5 С.52-61.

71. Коган В.И. Экспериментальное исследование программ. -М.: Наука, 1988. -184с.

72. Кижук А. С. Автоматизация технологических процессов и производств. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 210200. -Белгород, БГТАСМ, 1997. ^8с.

73. Захаров И.С., Лунев А.Ю. Статистика и диагностика отказов программируемых контроллеров МикроДАТ в условиях промышленной эксплуатации. М.: Наука, 1982. -59с.

74. Майо Дж. С#. Искусство программирования. -М.: DiaSoft, 2002, -657с.

75. Ахо А., Ульман Дж. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. -М.: Наука, 1978, -Т.2. -487с.

76. Ильин В. Д. Система порождения программ, под ред. Фролова. -М.: Наука, 1989, -264с.

77. Иванова Г.С. Технология программирования. М. Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. -320с.

78. Касьянов Ю.В. Автоматизированная система управления технологическим процессом ректификации КССЖ в производстве спирта. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Орел: ОГТУ, 2002.

79. Бачурин П.Я., Устинников Б.А. Оборудование для производства спирта и спиртопродуктов. М.: Агропромиздат, 1985. -343с.

80. Технология спирта и спиртопродуктов 1В.В. Ильинич, Б.А. Устинников, И.И. Бурачевский,С.И., С.И. Громов; под ред. В.В. Ильинича. М.: Агропромиздат, 1987. -383с.

81. Касьянов Ю.В. Ресурсосберегающая система автоматизированного управления процессом брагоректификации в спиртовом производстве. С. 190-195.

82. Справочник по производству спирта /Ю.Л. Богданов и др. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. -480с.

83. Анисимов И.В., Бодров B.C., Покровский В.Б. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок. -М.: Химия, 1975.-216с.