автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Структурный синтез самоконтролируемых автоматов управления технологическими процессами

На правах рукописи

БАДМАЕВА Татьяна Содномдоржиевна

Структурный синтез самоконтролируемых автоматов управления технологическими процессами

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами /промышленность/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

\

Иркутск 2003

]

i

«

Работа выполнена в Иркутском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель. доктор технических наук

Деканова Нина Петровна.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Лукьянов Анатолий Валерьянович;

кандидат технических наук, профессор Ружников Валерий Африканович.

Ведущая организация:

Томский научный центр СОРАН, отделение "Проблем информатизации"

Защита состоится «25 » сентября 2003г. в 10 часов на заседании совета (шифр Д 218.004.01) в Иркутском государственном университете путей сообщения по адресу

664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного университета путей сообщения.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Автореферат разослан 25 августа 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Н П Деканова

■ • ■„ ¡ЬЙА^ I

БИБЛИОТЕК* )

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Неотъемлемой чертой развитых государств является способность к разработке и производству изделий высокой технологии, среди которых одно из ведущих мест занимает электронная техника. Успех электроники в значительной мере определяет технологические достижения многих отраслей промышленности, в которых все шире применяются системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП). Аппаратные средства АСУ ТП реализуются на микропроцессорных наборах, больших (БИС) и сверхбольших интегральных схемах (СБИС). Высокая стоимость технических средств АСУ ТП определяется преимущественно этапами проектирования и разработки, которую удается снизить за счет систем автоматизированного проектирования (САПР). Ни одна из микропроцессорных систем АСУ ТП не будет работать в реальном масштабе времени без реализации алгоритмов управления программными и микропрограммными автоматами. В настоящее время широко используется принцип модульного конструирования технических средств АСУ ТП из микропроцессоров, интерфейсов, контроллеров и типовых БИС Единственная подсистема, которая связывает все эти интегральные узлы и блоки в информационно- управляющую систему (ИУС), является подсистема управления. Автоматы обеспечивают правильное функционирование ИУС АСУ ТП. Обеспечение безотказности и высокой степени готовности ИУС требуют решения вопросов оптимизации структурной организации автоматов и устройств встроенного контроля, выбора рациональных соотношений программной и аппаратной частей реализации, снижения энергопотребления, стоимости и др. Структурная оптимизация автоматов управления в АСУ ТП становится самостоятельной задачей и является на сегодня актуальной в научном и

практическом плане, несмотря на развитие и применение типовых решений современной микропроцессорной техники. Работа выполнялась в соответствии с координационным планом Академии наук и в соответствии с целевыми комплексными программами "Микропроцессоры и микроЭВМ", "Датчик", "Системы автоматизации проектирования", > специальными постановлениями Совета Министров СССР (Комплексная

программа ГКНТ № 474 ( 250) 133 от 12.12.1980). В соответствии с постановлением правительства Российской федерации от 8 ноября 2001 № 779 с дополнениями от 13. XI. 2002 № 816 "Национальная технологическая база на 2002 - 2006 годы" исследования относятся к программе "Технологического перевооружения отечественной промышленности на основе передовых технологий" в области "Технологии информационных систем" соответствующих приоритетному направлению науки, технологии и техники Российской Федерации "Космические и авиационные технологии", "Новые транспортные технологии", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника", " Производственные технологии".

Целью работы являются разработки'

• методик структурного синтеза автоматов управления технологическими процессами;

• методов динамического контроля автоматов управления,

1 • методов проектирования автоматов управления неординарными

коммутаторами технических средств АСУ ТП.

Методы исследования базируются на теории графов, абстрактной и структурной теории автоматов, положений технической диагностики и системного анализа. В работе сочетаются как формальные, так и содержательные подходы. В исследовательском и практическом плане задача заключалась'

• в научном анализе современных методов проектирования автоматов управления по заданным схемам алгоритмов;

• в поиске рациональных способов структурной организации автоматов, допускающих применение БИС меньшей сложности (с малым энергопотреблением и более высоким уровнем надежности);

• в построении необходимых для внедрения в промышленности надежных

самоконтролируемых устройств управления технологическими процессами, стендами контроля и информационно-измерительными системами АСУ ТП.

Научная новизна работы определяется следующими положениями: дан системный анализ организации и методов структурного синтеза • автоматов для АСУ ТП на основе исследования основных публикаций (преимущественно отечественных) с 60- х годов по 2002 г;

- исследованы методы структурного синтеза автоматов АСУ ТП через декомпозицию алгоритма управления с объединением логических условий;

- предложена методика динамического контроля автоматов управления, основанная на специальном кодировании памяти автомата и использовании типовых аппаратных средств регистрации ошибки;

- предложен метод синтеза автоматов для алгоритмов управления АСУ ТП с несколькими последовательностями операторов, основанный на использовании взаимодействия двух автоматов с динамическим контролем

по функциям переходов и функциям реберного покрытия графов |

переходов; (

развита методика проектирования управления неординарными многоступенчатыми коммутаторами, основанная на системном анализе структурной организации коммутатора.

Практическая значимость полученных результатов заключается в создании нового подхода для анализа и структурного синтеза автоматов управления АСУ ТП и специальными системами новой техники,

позволяющего реализовать автомат в виде единой схемы ПЛИС, ПЛМ или ПЗУ с минимальной частью нетипового оборудования.

Достоверность результатов подтверждается - результатами теоретических расчетов по типовым методикам; -патентной экспертизой ВНИИГПЭ; ! -результатами практического внедрения ряда управляющих устройств в

АСУ ТП промышленных предприятий.

Апробация работы проводилась на ежегодных научных

>

конференциях Восточно - Сибирского технологического института (19801990гг.) и Иркутского института инженеров железнодорожного транспорта (1994 - 2003 гг.), на международной конференции "Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов" (Барнаул, 1988г.), на II Всесоюзном симпозиуме "Методы и программы оптимизации на графах и сетях" (1988г., Новосибирск), на Всероссийской конференции "ТрансибВУЗ 2000" (Омск, 2000 г.), на областном научно-техническом семинаре "Информационные технологии в образовании и науке" (Иркутск, 2003), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов с учетом климатогеографических условий Сибири, Забайкалья и Дальнего 1 Востока» (Иркутск,2003) и Всероссийской научной конференции

; "Математические и информационные технологии в энергетике, экономике,

экологии" (Иркутск, 2003) 1 Результаты внедрения. Структурные схемы ИУС и автоматов

управления АСУ ТП нашли применение в инженерной практике проектирования ряда образцов новой техники в НИИ и промышленных организациях России: НПО "Восток", НПО "Союз", НПО "Алтай", Улан-Удэнского приборостроительного объединения, Восточно - Сибирской железной дороги и некоторых других организаций и в учебном процессе

Иркутского государственного университета путей сообщения для специальностей "Информационные системы" "Микропроцессорные информационно-управляющие системы", " Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения, 7 работ в едином авторстве. В работах с соавторами соискателю принадлежит 40 -- 60 % результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения. Работа содержит 100 страниц текста, 53 рисунка, 20 таблиц и список литературы из 209 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматриваются два основных подхода к реализации ЙУС и автоматов управления АСУ ТП:

-программная реализация с использованием контроллеров и развитой информационной подсистемы на БИС ОЗУ и ПЗУ;

-на автоматах со схемотехнической реализацией (ПЛМ, ПЛИС или ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием).

Показано, что в АСУ ТП электронной и радиотехнической промышленности, в системах телекоммуникации и в образцах новой техники, работающих в реальном масштабе времени, программная реализация автоматов либо невозможна, либо приводит к неоправданно высоким требованиям к быстродействию элементной базы и завышенным объемам памяти. Поэтому для рассматриваемых в диссертации АСУ ТП реального времени основным путем структурной организации автоматов является аппаратная реализация с использованием БИС ПЛМ, ПЗУ или ПЛИС.

В первой главе рассмотрены методические подходы к решению задач структурного проектирования управляющих устройств, что актуально не только в научно-методическом плане, но и в практическом плане для построения надежных информационно-управляющих систем, обеспечивающих высокий уровень безопасности и соответствующий уровень эффективности АСУ ТП. Для специальной техники и АСУ ТП автоматы управления, хотя и относятся к классу микропрограммных автоматов, но имеют столь существенную специфику, что в принципе их можно рассматривать как отдельный класс управляющих автоматов. Специфика средств автоматики доя АСУ ТП определяется следующими особенностями:

- реализация одного- двух сложных алгоритмов АСУ ТП вместо нескольких десятков относительно простых алгоритмов микропрограммного управления в вычислительной технике;

- в алгоритмах управления АСУ ТП согласно технологическому процессу строго определена последовательность выполнения операторов управления, что не оставляет возможности для распараллеливания или частичного совмещения операторов и тем самым снижается база для возможной математической оптимизации на этапах формального и структурного синтеза,

- управление должно производиться в реальном масштабе времени без мно1 ократного просчета или специально выделенного времени для тестирования. Поэтому главным способом контроля должен быть оперативный (динамический) контроль;

- непрерывный характер работы во времени и длительный срок службы приводит к необходимости использования техники с минимальными энергозатратами;

- высокие требования к коэффициенту готовности и функциональной отказоустойчивости определяют необходимость реализации на минимальном числе БИС при их меньшей сложности,

- требования к обеспечению безопасности системы, определяющей отсутствие опасного воздействия на объект управления при возникновении неисправностей в элементах структуры, приводит к необходимости поиска структурных организаций с повышенными надежностными характеристиками

Появление в элементной базе БИС и СБИС с одновременным использованием существовавшего раннее базиса средней интеграции позволяет решать более сложные задачи АСУ ТП, в которых наряду с основными функциями управления присутствуют функции автоматического контроля, сервисные операции и др В этом случае в алгоритме управления не только увеличивается число операторов действия, но и резко растет число логический условий. Если в 1960-80 гг. автоматы с 10-15 состояниями и 4-6 логическими условиями считались относительно сложными, то в настоящее время в алгоритмах управления технологическими процессами могут содержаться до 18 логических условий при числе состояний > 32. Это приводит к необходимости применять мегабитные ПЗУ или ПЛИС большого объема при классических структурах. Но применение сложных БИС связано с i

высокими экономическими и энергетическими затратами, снижением надежности и возможности контроля в действии. j

Базовым методом анализа и синтеза информационно-управляющих систем является теория автоматов, созданная трудами В М. Глушкова, М.А. Гаврилова, В.Г. Лазарева, А Д Закревского, В.Б.Смолова, E.F. Moore, С.Н. Mealy, С N. Liu J Hartmaniz и др Вопросы управления в АСУ ТП на основе формальной теории автоматов исследовались В А Горбатовым, Д.А. Поспеловым, В В Новорусским, и др. Структурная теория автоматов

развита С. И. Барановым, ОЛ.Бандман, Ю А. Кравцовым, В.В. и Вл В. Сапожниковыми, Э. А. Якубайтисом, В.Ф.Мелехиным, Ю. Ф. Мухопадом и др. Вопросы контроля глубоко исследовались П.П. Пархоменко, В.А. Гуляевым, В.Г. 'Гоценко, Н.С. Щербаковым, В.Н. Балакиным, Ю.К. Дмитриевым, Ш. Графом, М Гесселем, Р. Дитрихом и др.

В работе показано, что упрощение структурной организации автомата за счет минимизации булевых функций или перехода от одного ПЗУ к каскаду малых ПЗУ или ПЛМ не всегда возможно или неэффективно при большом числе переменных. Эти аспекты заставляют использовать другие критерии оптимизации, а также ставить и решать новые задачи структурного синтеза автоматов. В последнем параграфе главы 1 дан краткий анализ тестового контроля ИУС и более подробный системный анализ динамического контроля автоматов управления АСУ ТП

Во второй главе рассмотрены предложенные в диссертационной работе новые методы структурного синтеза автоматов на основе различных способов декомпозиции алгоритмов управления. Упрощение структурной организации и переход к БИС меньшей сложности производится в структурной теории автомаюв методом разделения графов переходов на подграфы. Это приводит к необходимости решения комплекса экстремальных задач на графах для уменьшения числа состояний автоматов. Но для автоматов управления технологическими процессами с заданным алгоритмом эффективность этих методов невелика. Действительно, только для очень редкого класса алгоритмов можно так декомпозировать граф переходов (эвристическими и точными методами), что число состояний уменьшится < в 2 раза При этом число переменных на входе ПЛМ или ПЛИС либо вообще не уменьшится, либо уменьшится на 1 (при общем числе 18-30). Т.е. критерий и результат оптимизации, работавшие на разрозненной логике не эффективны при ориентации на БИС и СБИС. В существующих системах проектирования управляющих автоматов

ю

структурная ориентация если и идет на Г1ЛМ или ПЛИС, то с заданной структурной организацией автомата И в том, и в другом случае стремятся упростить комбинационную схему, реализующую функции перехода автоматов из одного состояния а(\) в другое о(1+1). Это достигается различными способами минимизации систем булевых функций или декомпозицией систем булевых функций для их реализации каскадом ПЛМ меньшего объема. Путь перехода от реализации автоматов на одной БИС к многоступенчатой реализации каскадом из нескольких БИС меньшей сложности для АСУ ТП неперспективен, т.к. влечет за собой появление элементов ненадежности в виде лишних связей, задержек и др. В диссертации показано, что снижение объема ПЛМ можно добиться на более ранних этапах проектирования, т.е. еще до получения системы булевых функций.

Объем ПЛМ определяет в основном число его входов (т). При синтезе конечных автоматов с заметным числом (я = 10) логических условий (а ь <22,---, ац) и числом внутренних состояний (< 2Г) автомата (Х), х2, ..хг) общая разрядность на входе ПЛМ (ПЗУ или ПЛИС) определится как сумма (г+с0=т. Таким образом, уже при г > 5 даже для q <8 величина т в 1,5 раза превосходит число входов наиболее экономичных ПЛМ (ш=8), а переход к ПЛМ или ПЛИС с т > 16 может оказаться неоправданным в связи со снижением уровня надежности, повышенным энергопотреблением, усложнением алгоритмов контроля и др Поэтому предлагается декомпозицию проводить на более раннем этапе - на этапе задания схемы алгоритма еще до получения графа. Рассматриваются граф-схемы (ГСА) алгоритмов без распараллеливания операторов. В любой последовательности операторов А; А, параллелизм в выдаче команд управления (одновременное включение) возможен в АСУ ТП лишь в рамках каждою оператора. Однако не может быть передачи управления без логического условия от А, одновременно к двум и более операторам.

Такие ГСА для АСУ ТП электронной, радиотехнической промышленности и др. можно разделить на 3 типа: преимущественно последовательные алгоритмы, в которых основным правилом переходов является счетчиков + 1) = аа(1) +1, а логические переходы не являются основными; алгоритмы, в которых нет явного закона счетчика, но число операторов существенно больше числа логических условий; алгоритмы с числом логических условий, соизмеримых с числом операторов.

Для каждого типа алгоритмов управления в диссертации предлагается свой способ декомпозиции:

- для первого типа - выделение единого счетчика в качестве памяти автомата или замена каждой линейной части единым обобщенным оператором;

-для второго типа — разделение алгоритма на несколько частей с приблизительно одинаковым числом состояний;

-для третьего типа - разделение алгоритма на части с приблизительно равным числом логических условий.

Способ декомпозиции для 2 и 3 типа алгоритмов представлен в виде двух методов

Метод 1. Декомпозиция по критерию минимального числа операторов. Алгоритм разделяется (декомпозируется) на части с приблизительно равным количеством управляющих операторов А,. Согласно методу дихотомии, сначала исходный алгоритм разделяется пополам, затем каждая половина еще раз пополам и т.д. При использовании этого метода введены правила составления декомпозиции: 1. Граница к разделению определяется не только по количеству операторов, но и с учетом логической структуры алгоритма Алгоритм разделяется либо сразу после решающего (логического) оператора, либо после первого следующего за а, или за а, управляющего оператора.

Количество (последующих) присоединенных управляющих операторов может быть не более 2-3.

2. Рассматривая случай декомпозиции после а с присоединенным оператором Ац не проводится разделение перед оператором А;, имеющим более одного входа.

3. Не декомпозируется алгоритм по связям от а, к а ].

4. В зависимости от вида алгоритма первоначальный шаг декомпозиции можно начать с деления не на две, а на три части.

Алгоритм структурного синтеза.

Шаг 0. 1 =0. Шаг 1. Декомпозиция по сформулированным правилам. Шаг 2. Составлений графа переходов для каждой декомпозируемой части. Шаг 3. Присваивание номеров и двоичных кодов р1р2-.рк каждой части. Шаг 4.Определение булевых функций коммутатора (селектора) логических условий -- Ф]({а}, {Р}).

Шаг 5. Запись функций переходов р! для определения у„ р, и функций выходов Рг декомпозированной структуры .

Шаг 6. Сравнение количества входных переменных т на предыдущем шаге декомпозиции и текущем шаге. Если произошло уменьшение, то [ = 1+1 и возврат к шагу 1, иначе шаг 7.

Шаг 7. Определение варианта декомпозиции (1 - 1) - го шага структурного синтеза. Конец.

Метод 2. Декомпозиция по критерию минимального числа логических условий. Правила декомпозиции следующие: 1 .Сохраняется принцип дихотомий и алгоритм синтеза (шаги 1-7).

2.Допускается разделение между логическими условиями. При этом между ними ставится пустой оператор, относящийся при декомпозиции к автомату, принимающему сигнал "включения" от предыдущего автомата.

3.Если из автомата исходит более одного сигнала перехода к другому автомату (причем к одному и тому же состоянию), то эти сигналы

объединяются в предыдущем автомате через пустой дополнительный оператор.

Для декомпозированного алгоритма выбор каждого автомата, реализующего свой алгоритм, определяется дополнительными логическими условиями {В}.

Схема автомата управления по декомпозированному алгоритму приведена на рис.1. В структурную схему автомата введен коммутатор логических переменных Р3 и дополнительный регистр малой

Рис.1. Автомат управления с коммутатором логических входов

пячпяпности, в котором хранится номер декомпозированной части автомата. Функции коммутатора описываются булевыми функциями, зависящими только от {а} и fß } и не зависящими от кода состояния {х }. В зависимости от сложности алгоритма количество итеративных шагов дихотомии может быть равно 2-3 или продолжаться до тех пор, пока не приблизится к границе усложнения коммутатора настолько, что количество разрядов адреса декомпозируемой части будет равно числу сокращаемого количества различных логических условий в декомпозируемой части. Для АСУ ТП контроля БИС ПЗУ с ультрафиолетовыми стиранием за счет декомпозиции и коммутатора F3 число входов для ПЛМ уменьшается с 17 до 11, что приводит к снижению требований к объему й сложности ПЛМ. Предложенная методика синтеза позволяет получить значительный эффект в упрощении комбинационной схемы автомата. Таким образом, по предложенной методике весь декомпозированный автомат может быть реализован на едином кристалле ПЛИС или ПЗУ меньшей сложности, чем в классической реализации. При этом «нестандартная» часть в виде коммутатора логических сигналов составит < 1% от общих затрат на реализацию автомата

Один из простейших известных способов декомпозиции - выделение счетчика в качестве памяти. Этот способ эффективен только в том случае, если большая часть переходов в графе автомата подчиняется закону a(t + i)= a-a(t)+l (символом а обозначено прямое или инверсное значение логического условия а). Для алгоритма первого гипа, в котором встречается несколько линейных последовательностей операторов, меюдика декомпозиции формализована с переходом от первоначальной граф-схемы алгоритма к графу из простых и обобщенных состояний. Обобщенные состояния помечаются специальными символами для дальнейшей расшифровки. Для синтеза автомата переходов S(t) —* S(t+1) эти состояния не отличаются от простых. В работе предложен

общий способ декомпозиции, основанный на разметке всех путей в граф-схеме автомата различными значениями конкатенации логических условий, являющихся началом /с-той последовательности управляющих операторов A,, Aj....Aq Операторы считаются обобщенными, если их число в последовательности >2. После разметки автомат конструируется в виде асинхронной линейной части на счетчике или регистре сдвига, реализующей через схему Fi каждую к-ю последовательность по коду состояния S(t) соответствующему началу последовательности. Автомат логического перехода от S(t) к S(t+1) - автомат Мура с жесткой логикой без схемы F2 и реализуется также по декомпозированной схеме. Наличие дешифратора состояний, обеспечивающего работу схемы F2 в линейном автомате, позволяет вести динамический самоконтроль автомата за счет сравнения состояния а(t И) с кодом этого же состояния по условию выбора пути в графе переходов.

Возможность оперативной диагностики автоматов по выходам впервые предложена А.Д. Закревским (1959), по внутренним состояниям М.А. Гавриловым (1960) и по входам М.А. Ляховичем (1968). Найболее практичными для схем со средним уровнем интеграции оказались методы контроля по состояниям В инженерной практике для автоматов зарекомендовали себя способы одновременного представления состояния a(t) в виде прямого и обратного кодов с независимым вычислением схемой Fi как кода o(t +1) так и 5(t +1). Это приводит к увеличению объема памяти и комбинационной схемы в 2 раза и по существу является особым видом резервирования автоматов. Вторым распространенным способом является использование кодов с фиксированным числом единиц Для автоматов на БИС последний метод приводит к нестандартным схемам контролирующей части, требующей специальной реализации и к расширению памяти автомата в 2 раза и более

В работе предлагается кодировать память автомата также с фиксированным числом единиц, но с модификацией геометрического и соседнего кода. От двух разрядов двоичного кода осуществляется переход к группе из трех разрядов. Вводятся ограничивающие условия необходимости отсутствия двух единиц в соседнем (старшем и младшем) разряде групп, а также всех нулей в группе. После модификации расстановка единиц в группах проводится по принципу соседнего кодирования (табл.1). После кодирования осуществляется возврат к двоичному позиционному коду (ДПК), для уменьшения числа разрядов памяти автомата (табл.2). Ошибка обнаруживается группой трехвходовых дешифраторов, выходы которых объединяются схемами ИЛИ соответствующих несуществующим комбинациям при правильном функционировании автомата. Равномерность подключения входов схем ИЛИ к выходам дешифраторов достигается методом перестановки столбцов в матрице табл.2. Предложенный способ сохраняет контролирующие способности кодов "тСп" при снижении разрядности памяти автомата в 2 раза и упрощении схем контроля.

В главе 2 рассмотрены многозвенные коммутаторы аналоговых сигналов как сложные операционные устройства информационно-управляющих аналого-цифровых систем АСУ ТП. Обычно коммутация физических каналов производится с помощью полного коммутатора в виде «матрицы» тхт элементов. Для большого числа каналов применяются трехзвенные коммутаторы. В работе рассматриваются ординарные (один канал соединяется с одним выходом) и неординарные коммутаторы, допускающие коммутацию одного канала к нескольким выходам. Реализации системы управления такими коммутаторами программным путем на микропроцессоре приводит к медленно действующим и неэффективным решениям.

Таблица I

\ , X, 1 \ , X , Г X *

№ Г I гв г - 7. « 7 1 У ' > 1 У в

0 1 1 1

1 1 1 1

2 1 1 1

з 1 1 I

4 1 1 1

5 1 1 1

« 1 1 1

7 1 1 1

8 1 1 1

9 1 1

1 0 1 1 1

1 1 1 1 1

1 2 1 1 1

1 1 1 1 1

1 4 1 1 1

1 5 1 I 1

Таблица 2

N X , X 4 х , ч X , х , X в м

0 0 1 I 3 О 0 ) I

' 0 1 1 3 О I

2 0 0 2 1 1

ч 0 1 0 2 1 п 1 5

4 0 1 0 2 1 I I 7

5 1 0 0 о" А А 1 1 1 » 7

6 I 0 I

7 1 0 О 1 0 1 5

8 1 0 ) 5 1 0 1 5

9 1 0 1 0 1 ч 1 1

1 0 5 ] 1 1 7

I 1 ) ) 1 7 ) ) 7

1 2 1 1 ' 7 п 1 1 0 ' 6

1 Э 1 1 1 7 1 0 1 5

1 4 1 1 О 6 1 0 1 5

1 5 1 1 О 6 1 1 0 6

нет 0 1 0 14

В диссертации для проектирования таких устройств управления предложен системный подход к анализу коммутационной схемы в целом и рассмотрение ее в виде обобщенной модели из пяти взаимосвязанных устройств. Система управления коммутатором в виде подсистем Ф, И, Л, А, У позволяет создать специальное операционное устройство (рис.2) и автомат управления им. При этом (Ф)- функциональная подсистема -коммутационное поле (рис.3); (И) - информационная подсистема -стековая память для хранения списка коммутации; (А)-адресная подсистема- техническая реализация способа активизации пути от 1 входа к j , к выходам через три ступени коммутации; (Л)-логическая подсистема-средства формирования необходимого числа логических условий; (У)-управляющая подсистема - автомат управления подсистемами Ф, А, И, Л коммутатора.

Рис.2. Операционное устройство системы управления коммутатором

Представление ИУС с неординарным коммутатором в виде пяти взаимосвязанных подсистем (структурная модель Ю.Ф.Мухопада)

упрощает процедуру структурного синтеза за счег снижения числапереборов Поскольку подсистема Ф определена изначально (рис.3), далее принимается решение для выбора средств технической реализации других подсистем в следующей последовательности И, А, Л, У. Для И подсистемы есть две альтернативы- адресуемое ЗУ или стековая память для размещения сииска коммутации. В соответствии с [4] выбирается стековая память. При известных Ф и И составляется таблица, соответствующая функции адресной подсистемы. Определяется перечень необходимых логических условий и схема технической реализации Л. Тогда при известной структуре подсистем Ф, И, Л,А (рис.2) формализуется алгоритм управления подсистемами на основании словесного описания

г п 1

п 2

^ д_

_1

1 _гг

2 _1 —с . Г

__1

в2 Г2

> м

Рис.3. Неблокируемая трехзвенная коммутационная схема.

N - число входов — грБ;!

Г] - число входов в каждый коммутатор 1-го звена; Б] - число коммутаторов 1-го звена; М - число выходов - гг^г;

гг - число выходов из каждого коммутатора 3-го звена; Бг - число коммутаторов 3-го звена; к - число коммутаторов 2-го звена.

задачи с учетом набора микроопераций обращения к БИС в каждой из

з _ з

подсистем.Л,А1 Аз4, [АзА41Л5[АйА7]а1[А8А9Аш][АпА12)сь[ЛиАмА!5] а3 | Ак;

(а) V а2 )А|бАк, где [А^ ]- признак параллельного выполнения операторов.

Предложенная в работе методика проектирования позволяет построить

многовходовые коммутаторы для тех диапазонов частот, для которых

отсутствуют коммутационные магрицы большого объема, в частности для

базовых матричных кристаллов 4x4 СВЧ диапазона (до 4 ГГц)

В последнем параграфе второй главы представлена полная методика

структурного синтеза автоматов управления в виде алгоритма (ЛСА) с

нечеткими л01ическими условиями. Операторами алгоритма являются

процедуры структурного синтеза и контроля с учетом предложенной

классификации алгоритмов управления.

А« Бо а^Б) П7 <ц Ца2 ¡19 оц 83| А*; (а, • а2 V а5) П15 (а3 П17 V а3 П16) 1 4

П18 а5 П10 82 Ак, где «1 = Ы >2/3 I А1 ГСА.; а2 - имеется несколько последовательностей А[ А] Аг; аз = {а} ~ { А }; оц - нет необходимости в декомпозиции;

8о=П0П1 П2ПЗП4, 81=11506, 32 =П8П13, 83 = П1Ш12П14;

ПО - ввод значения т, где т- тах число входов ПЛМ;

П1 - приведение алгоритма к бесцикловой схеме;

П2 - определение в ГСА наиболее длинного пути Ы от А) до Ак;

ПЗ -подсчет количества операторов в Ы и количества оставшихся

операторов в ГСА; П4 -восстановление циклов в ГСА;

П5 -сопоставление Ы счетчика состояний, введение в МП А

микрооперации (■•) Сч);

П6 -разметка ГСА и переход к графу автомата;

П7 -составление систем булевых функций Б) и Р2>

П8 -реализация р1 и Р2 в САПР;

П9 доставление таблицы обобщенных операторов 8182 8Ч и переход к графу автомата с пометкой конкатенациями щ а2 ак каждого пути;

П10 -кодирование ГК и КГ памяти автомата;

П11- переход к структуре УЛ и УП, определение функции Р2;

III2 -определение функции селектора с^ аг. .о*;

П13 -печать результатов проектирования;

П14- определение функций Из выделения ошибки;

П15-оцениваем количество переменных в конкатенации {х}{а} и определяем необходимость декомпозиции,

П16 - декомпозиция по методу 1 П17 - декомпозиция по методу 2; П18 - сравнение резулыатов 1 и 1И шага декомпозиции.

Формализованная методика проверена на многочисленных примерах и может составить основу САПР автоматов управления АСУ ТП.

В третьей главе рассмотрены вопросы построения устройств управления для промышленного контроля параметров электронных и радиотехнических элементов и блоков в некоторых задачах робототехники.

Рассмотрена задача определения центра изображения на диодной фотоматрице (ФМ14 и др.) при размерах матрицы 64 x 64 и более Метод основан на разделении изображения с помощью светоделительной линзы и направления на ФМ светопотока по координатам х и у (рис.4). По каждой координате используются независимые простые аналого-цифровые преобразователи информации (ВПИ), включающие коммутатор сигналов строк (столбцов) ФМ и устройство управления с дешифратором для определения последовательности аналоговых сумм сигналов с частей ФМ. После суммирования сравниваются сигналы от полуматриц, затем от их четвертей и т.д. с фиксацией результата сравнения в регистре сдвига. Алгоритм продолжается до уровня сравнения сигналов от одиночных строк х (столбцов у). Получение значения кодов х и у на соответствующих регистрах определяют координаты центра изображения (рис.5). Структура

Изображение

Призма

X у

Кординаты

Рис. 4. Блок-схема оптоэлектронной системы преобразования информации

Рис. 5. Функциональная схема преобразователя информации на фотоматрице

ИУС оригинальна [2] и применима в робототехнике, в системах наведения, системах считывания номеров вагонов, опознавателях образов и др. В таблице 3 приведены расчеты, подтверждающие эффективность ВПИ, где К - отношение времени реализации процедуры поиска центра на ВПИ и ЭВМ.

Таблица 3

Устройства ВПИ АЦП ОЗУ АЛУ ЭВМ К

t элементарной операции 0,2мкс 2мкс 0,05мкс 0,05мкс 2,15мкс 10,7

ФМ 64x64 1,2мкс 8м .с 400мкс 200мкс 8,6м с 7166

ФМ 1024x1024 20мкс 2сек 50мс 25мс 2,07 5сек >10~5

Важной производственной задачей является быстрый разворот изделий на заданный угол в пределах до ±180° с умеренной точностью вычислений ~0,2°и точностью исполнения команд -1°. Указанная точность для изделий весом в несколько сот кг при времени <0,1 сек является высокой с точки зрения исполнения команд приводом и требует реализации ИУС, работающей в реальном масштабе времени. Реализовано аналого - цифровое ЙУС для дискретного привода с управлением от автомата, спроектированного по предложенному методу декомпозиции алгоритма с выделением коммутатора логических сигналов. Метод позволил снизить число входов в ПЛМ автомата с 14 до 9.

Этот же метод применен для синтеза устройства управления системой БИС ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, что позволило уменьшить число входов в ПЛМ в 1,5 раза.

Реализация операций измерения характеристик кристаллов и запаянных в корпус ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием в динамике является одной из сложнейших операций технологического контроля параметров БИС, т.к. сложность контроля по типовым методикам

пропорциональна pn2 , где n-количество элементов памяти, р -коэффициент пропорциональности. Специалистами НПО " Восток", совместно с кафедрой "Автоматизация технологических процессов" ВСТИ получено изобретение на специализированную установку, сложность алгоритма управления которой оценивается 12 логическими условиями при 38 состояниях (17 входов на ПЗУ F1). Проектирование автомата управления для контроля БИС с ультрафиолетовым стиранием (емкостью до 1 Мбита) по формализованной методике позволило упростить структурную схему автомата управления с уменьшением числа входов до 11, т.е. количество комбинаций сокращено в 64 раза. Аналогичная задача .контроля параметров радиотехнических изделий решена в микропроцессорной ИУС на базе неординарного многозвенного коммутатора 24x48.

Важной задачей при передаче информации в корпоративных сетях промышленных предприятий и обмене информацией центра управления перевозками со станциями является задача защиты передаваемой информации (особенно ответственных команд). На основе методики структурного синтеза ИУС по пятикоординатной модели в диссертации разработан кодер и устройство управления им для быстродействующих каналов технологической связи. Алгоритм кодирования основан на преобразовании (перемешивании) порции информации с помощью одного из ключевых слов ПЗУ. В ПЗУ хранится несколько тысяч ключевых слов Структура кодера заявлена во ВНИИГПЭ как полезная модель.

Вышеназванные практические разработки для АСУ ТП электронной и радиотехнической промышленности, для предприятий железнодорожного транспорта подтвердили эффективность предложенной методики структурного синтеза самодиагностируемых автоматов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы методы структурного синтеза автоматов управления технологическими процессами и предложен новый подход, основанный на декомпозиции алгоритма управления и применении коммутатора логических условий в схеме автомата. Метод структурного синтеза позволяет уменьшить число входов в ПЗУ или ПЛМ, реализующих комбинационные схемы, в 1,3-1,5 раза, что позволяет реализовать автомат на одной БИС с добавлением нестандартной части, сложностью менее 1 % от общих затрат на реализацию автомата

2. Предложена методика проектирования устройств управления неординарными многозвенными коммутаторами, основанная на представлении структурной схемы пятиблоковой моделью, которая позволяет определить структуру операционного устройства автомата управления. Схема устройства управления коммутагором защищена авторским свидетельском.

3. Разработана формализованная методика структурного синтеза автоматов управления АСУ ТП на основе введенной классификации и декомпозиции алгоритмов.

4 Разработан метод динамического контроля автомата управления, основанный на сравнении правильности переходов с использованием информации о выбранном пути в графе переходов. Для реализации метода структурная схема автомата декомпозируется с выделением автомата переходов и автомата генерации линейной последовательности команд.

5. Результаты исследования методов динамического контроля автоматов, относящихся к классу кодов "тСп", позволяют строи гь самоконтролируемые автоматы с меньшим объемом памяти и простой схемой динамическою контроля на трехвходовых дешифраторах В

методе для промежуточного представления кодов памяти используется модифицированный геометрический и соседний коды. 6. Г1о разработанной в диссертации методике структурного синтеза авюматов управления в реальных задачах управления технологическими процессами и оптоэлектронными системами предложены:

- структурная организация оптоэлектронной системы с фотоматрицей и коммутаторами строк и столбцов, позволяющая повысить быстродействие обработки сигналов для ФМ размером 64 * 64 в 7500 раз без использования памяти и контроллера;

- существенное упрощение усгройсгв управления дискретным приводом и системой технологического контроля параметров ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации (количество входов в ПЗУ или ГОШ уменьшается в 1.5, а количество комбинаций в 64раза;

- решение задачи допускового контроля параметров с применением управляемого неординарного коммутатора

- структурная схема кодера для защиты информации от несанкционированной расшифровки

На сегодня для СВЧ диапазона не достигнут уровень интеграции ПЛМ и ПЛИС. Предложенные методы управления многокаскадными коммутаторами и методы структурного синтеза автоматов позволяют расширить возможности программируемой СВЧ техники. Новые структурные способы организации самоконтролируемых автоматов и формализованные методики структурного синтеза по заданной схеме алгоритма позволяют также ставить вопрос о развитии программно управляемых систем для опасных технологических процессов на основе коммутируемых матриц пневмо и струйной техники.

Публикации по теме диссертации

1 Бадмаева ТС Автоматная реализация абоненчского регистра // Мухопад ЮФ Проектирование специализированных микропроцессорных вычислителей Новосибирск- Наука, 1981 - С 134-137

2 Мухопад Ю.Ф, Бадмаева Т С, Крутиков С В Устройство для выделения координат центра изображения АС №991452, БИ №3, 1983

3. Бадмаева ТС Системный подход к синтезу неординарных коммутаторов // Проектирование специализированных вычислителей и управляющих систем - Иркутск ИГУ, 1984 - С 40-45

4 Мухопад Ю Ф , Бадмаева Т С Устройства для программного управления А С 1087996, БИ№ 15, 1984.

5 Бадмаева Т С , Мухопад Ю Ф Коммутаторы вычислительных систем // Мухопад Ю Ф Микропроцессорные системы управления роботами - Иркутск ИГУ,1984 С 54-61

6 Бадмаева Т С , Мухопад Ю Ф Обработка информации датчиков изображения

// Мухопад Ю.Ф . Микропроцессорные системы управления роботами - Иркутск ИГУ, 1984- С 93-101.

7 Бадмаева Т С Функциональный преобразователь определения координат изображения // Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов - Барнаул АПИ, 1989 Ч 1 - С 7 - 9.

8 Бадмаева Т С. Преобразование графов автоматов олтоэлектронных функциональных преобразователей // Микропроцессорные системы контроля и управления,- Улан-Удэ: ВСТИ, 1992 - С17-21

9 Мухопад Ю.Ф., Бадмаева ТС Контроль и диагностика дискретных сообщений // Железнодорожный транспорт Сибири проблемы и перспективы - Омск- ОАПС,

1999 - С. 127-128

10 Бадмаева ТС Контроль и диагностика систем передачи дискретной информации// Автоматизированные системы контроля и управления на транспорте - Иркутск ИрИИТ, 1999,-С 127-128

11 Зубрицкий Э В , Мухопад Ю Ф , Бадмаева Т С Контроль электрических параметров аналого-цифровых схем автоматики // Автоматизированные системы контроля и управления на транспорте - Иркутск' ИрИИТ, 1999 - С 127-128

12 Мухопад Ю Ф, Бадмаева Т.С Динамический контроль управляющих автоматов// Информационные технологии контроля и управления на транспорте - Иркутск ИрИИТ,

2000 - С.185-191

13 Мухопад ЮФ, Бадмаева ТС Контроль автоматов с двоичным кодированием состояний // Информационные технологии контроля и управления на транспорте -Иркутск ИрИИТ, 2000 - С 192-194

14. Мухопад Ю Ф, Бадмаева Т.С Синтез автоматов управления по декомпозированной схеме алгоритма // Информационные системы контроля и управления на транспорте - Иркутск. ИрИИТ, 2002 - С. 14-25

15 Мухопад Ю.Ф, Сербуленко ЛМ, Бадмаева ТС Контроль функционирования микропроцессорной системы // Информационные системы контроля и управления на транспорте - Иркутск ИрГУПС, 2002 - Вып 10 - С 141-144

16 Мухопад ЮФ, Извеков ЯО, Бадмаева Т.С, Тумуров Г Г, Демидов ГА Информационно-управляющая система для стендовых испытаний //Информационные системы контроля и управления на транспорте - Иркутск ИрГУПС , 2002 - Вып 10 С 81-85

17 Мухопад Ю Ф , Бадмаева Т С , Солдатенков Е Г Выбор алгоритмов управления для анализа протоколов информационно-управляющих систем // Информационные

технологии контроля и управления на транспорте - Иркутск ИрГУПС, 2002 - Вып 9 -С 132-137

18 Мухопад Ю.Ф , Бадмаева Т С Автоматы управления со встроенными системами контроля и диагностики // Информационные системы контроля и управления на транспорте,-Иркутск ИрГУПС, 2002 - Вып 10 - С 134-140

19 БадмаеваТ.С, Деканова НП, Мухопад ЮО Синтез самоконтролируемой системы управления электроавтоматикой // Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии - Иркутск' СЭИ СОРАН, 2003. Ч 1С 88-93.

20 Бадмаева Т С Формализованная методика синтеза автоматов по схеме алгоритма управления II Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии.- Иркутск СЭИ СОРАН, 2003 Ч 1,- С.93-98

21 Бадмаева Т.С. Управление коммутаторами сигналов АСУ ТП // Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии - Иркутск СЭИ СОРАН, 2003 Ч 2 - С 146-151

22 Мухопад Ю Ф , Бадмаева Т.С. Аналого-цифровая оптоэлектронная система на фотоматрице // Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов-Иркутск : ИВАИ, 2003. Ч 1.-С 191-194

23 Мухопад Ю.Ф, Бадмаева Т.С Контроль вычислительного процесса в информационно управляющих системах летательных аппаратов //Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов - Иркутск ИВАИ, 2003 Ч 1,- С. 189-191

Лицензия № 021231 от 23 07 97

Подписано в печать Формат 60x84/16 Печать офсетная

Тираж 120 экз Кол-во лист- 16 Уел печ л. 1,34 Заказ 1195

СЬ печатано в Глазковской типографии, г. Иркутск ,ул Гоголя, 53

J

«

«

i

\i

I

У

w

1

*

«

*

с

i

í

«

*

«

i

I

«

ft

3 5 7 9 ^577

Перечень условных обозначений.

Введение.

Глава 1 Методы анализа и синтеза структурных схем автоматов управления технологическими процессами.

1.1. Анализ систем управления технологическими процессами.

1.2. Структурные модели систем управления технологическими процессами.

1.3. Структурная организация устройств управления.

1.3.1. Структурные схемы автоматов управления.

1.3.2. Комбинационные схемы на элементах логики.

1.3.3. Комбинационные схемы автоматов на ПЗУ.

1.3.4. Организация памяти автоматов.

1.3.5. Микропрограммные автоматы с использованием ПЛИС.

1.4. Структурная организация систем управления технологическими процессами.

1.4.1. Декомпозиция автоматов.

1.5. Методы и алгоритмы поиска неисправностей в автоматах управления технологическими процессами.

1.5.1 Контроль управляющих автоматов.

1.5.2 Динамический контроль управляющих автоматов.

Глава II Структурный синтез автоматов управления технологическими процессами.

2.1. Анализ и классификация алгоритмов управления АСУ ТП. о о Синтез автоматов с линейной частью. о 9 ] Структурная организация самоконтроля в управляющем автомате.

2.3. Синтез автоматов по декомпозированной схеме алгоритма управления.

2.4. Автоматы управления со встроенными системами контроля и диагностики.

2.5. Проектирование системы управления коммутацией сигналов в системах АСУ ТП.

2.6. Формализация методики структурного синтеза автоматов управления АСУ ТП.

Глава III Применение методов структурного синтеза автоматов в АСУ ТП.

3.1. Управление оптоэлектронными системами на фотоматрицах.

3.1.1. Дистанционные датчики угла и угловой скорости на ФМ.

3.2. Автомат управления дискретным приводом.

3.3. Автомат управления спецпроцессором функционального контроля БИС ПЗУ.

3.4. Устройство защиты передаваемой информации.

3.5. Контроль электрических параметров аналого-цифровых схем промышленной автоматики.

Автоматизация технологических процессов и производств в различных отраслях народного хозяйства, в том числе электронной, радиотехнической промышленности и предприятиях железнодорожного транспорта, связана с внедрением информационных технологий и информационно-управляющих систем. Реализация автоматизированных систем осуществляется на базе микропроцессорных средств и современных контроллеров, больших интегральных схем (БИС) памяти, программируемых логических матриц (ПЛМ), специализированных интерфейсов и автоматов управления Г1А13,16,18,23,34,73,139,149J 53,154,166,189,206].

Информационно-управляющие системы в каждой из служб железной дороги, например, работают на основе оперативной информации, получаемой через системы приема и передачи цифровой информации. Повышение скорости и достоверности передачи информации достигается за счет автоматизации технологических процессов передачи, архивирования и обработки информации. В еще большей мере подвержены модификации средства сигнализации, централизации и блокировки при внедрении системы электрической централизации, опознавания номеров вагонов (системы класса САЙД), дистанционного измерения нагрева букс (системы ДИСК, КТСМ), автоматизированных систем управления энергоснабжением и теплоснабжением [10,171].В перечисленных системах автоматизации управления технологическими процессами с целью обеспечения безопасности движения поездов широко используются операционные устройства на базе контроллеров и цифровые автоматы управления. Микропроцессорные системы автоматизации технологического процесса приема и обработки информации для работы в реальном масштабе времени требуют реализации алгоритмов управления программными и микропрограммными автоматами. Системы проектирования для автоматов управления развивались, как правило, на элементной базе средней интеграции. Некоторые зарубежные системы проектирования (фирмы Altera, Xilinx и др.) созданы и для автоматов на базе сверхбольших интегральных схем (СБИС). Несмотря на кажущуюся всестороннюю проработку вопросов автоматизации проектирования автоматов на СБИС, как правило, они ориентированы на классические структуры автоматов, такие же, как и для элементной базы средней интеграции. Автоматизация развивалась в основном в направлении моделирования временных диаграмм, минимизации комбинационных схем и создании специальной графики, обеспечивающей отображение информации. Для БИС и СБИС вопросы структурного проектирования автоматов управления в реальном масштабе времени требуют поиска новых структурных решений в организации как самих автоматов, так и систем встроенного контроля. При переводе систем автоматики, телемеханики и телекоммуникаций на новую интегральную элементную базу особенно актуальными становятся проблемы анализа и структурного проектирования информационно-управляющих систем, а также встроенных систем контроля и диагностики.

Область применения информационно-управляющих систем (ИУС), как и сфера применения вычислительной техники, практически неограниченна. Это системы управления приемом и передачей информации, автоматы кодирования и декодирования сигналов; контроллеры, осуществляющие протоколы обмена информацией в цифровых сетях передачи данных; многопрограммные системы управления интерфейсами и вычислительными блоками; системы управления исполнительными механизмами; системы для диагностики оборудования; системы обработки в измерительных устройствах; системы контроля и проверки состояния аппаратуры управления движением транспорта; системы управления кондиционированием воздуха; подсистемами метрополитена и др.

В информационно-управляющей системе микропроцессор (МП) -это типовой блок системы, наряду с которым в системе имеются постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), элементы логики, функциональные преобразователи сигналов, устройства распределения информации (коммутаторы, мультиплексоры и др.). При проектировании ИУС неясно обычно, какие элементы, кроме оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), ПЗУ и микропроцессоров, должны обеспечить функционирование всей информационно-управляющей системы, сколько таких элементов, сколько шин передачи сигналов (шина адреса, управляющая, информационная или вообще одна общая шина для всех видов сигналов) и как они должны быть организованы в систему вместе с шинами. Решение этих вопросов возможно на базе системного подхода.

Системный подход применительно к проектированию на микропроцессорном базисе реализуется при двух способах организации системы управления:

• при организации управления МП и ОЗУ от единого микропрограммного автомата (МПА) с привязкой к датчикам через аналого-цифровые преобразователи;

• при распределенном управлении всей системой.

Распределенный характер управления предполагает разделение функций обработки, коммутации сигналов, использование различных типов функционального преобразования и т.п. В каждой из подсистем требуется организация блоков логического преобразования сигналов, локальных микропрограммных автоматов, блоков запоминания информации и др. Причем при «оптимальном» варианте структурной организации ИУС функции управляющей части каждой из подсистем окажутся несложными, однако вся система в целом будет представлять конструкцию, степень сложности которой соответствует заданной задаче управления.

В настоящее время широко используется принцип модульного конструирования ИУС из типовых БИС, СБИС, микропроцессоров, интерфейсов и контроллеров. Единственная подсистема, которая связывает все эти интегральные узлы и блоки в систему, является подсистема управления. Автоматы обеспечивают правильное функционирование информационно -управляющей системы во времени при реализации алгоритмов переработки информации. Обеспечение безотказности и высокой степени готовности ИУС требуют решения вопросов оптимизации структурной организации автоматов и устройств встроенного контроля.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Решение вопросов структурного проектирования управляющих устройств автоматизированных систем относится к актуальным задачам не только в научно-методическом плане, но и в практическом плане для построения надежных информационно-управляющих систем, обеспечивающих высокий уровень безопасности и соответствующий уровень эффективности управления процессами в промышленных технологиях.

Теория проектирования и контроля работоспособности автоматов развивалась главным образом применительно к микропрограммным автоматам (МПА) для управления вычислительным процессом ЭВМ или процессом обработки информации в машинных комплексах.

Для таких МПА одними из важнейших задач являются: 1. комплексирование десятков и даже сотен микрокоманд по условию совместимости;

2. выбор типа структурной организации автомата по принципу горизонтального, вертикального или смешанного типа кодирования;

3. распределение полей адресности;

4. определение оптимального числа регистров и мультиплексоров;

5. минимизация булевых функций вложимых в ПЛМ;

6. поиск организации структуры автомата с минимальным временным циклом.

Эти задачи достаточно глубоко исследованы и практически решены для ЭВМ и вычислительных комплексов. Основополагающие положения опубликованы в работах [5, 27, 36, 38, 39, 43, 45, 50, 52, 67, 132, 187, 190].

Для специальной техники [55, 59, 109, 160, 198, 207] и для автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) [1, 16, 41, 60, 149, 189, 206] автоматы управления, хотя и относятся к классу микропрограммных автоматов, но имеют столь существенную специфику, что в принципе их можно рассматривать как особый класс управляющих автоматов.

Постановка задачи исследований

Специфика средств автоматики для управления АСУ ТП определяется следующими особенностями:

• управление в реальном масштабе времени, что не оставляет возможности для многократного просчета и промежуточного тестирования в «перерывах» между просчетами;

• непрерывный характер работы во времени и длительный срок службы;

• сложные климатические, динамические и электромагнитные условия работы, обуславливающие высокие требования к надежности;

• высокие требования к коэффициенту готовности и функциональной отказоустойчивости определяют необходимость встроенных систем оперативного контроля и диагностики неисправностей;

• требования к обеспечению безопасности системы, определяющей отсутствие опасного воздействия на объект управления при возникновении неисправностей в элементах структуры.

Появление в элементной базе БИС и СБИС с одновременным использованием существовавшего ранее базиса средней интеграции позволяет решать более сложные задачи автоматизации, в которых наряду с основными функциями управления присутствуют функции автоматического контроля, сервисные операции и др. В этом случае в алгоритме управления не только увеличивается число операторов действия, но и резко растет число логических условий. Если в 1960- 1980 гг. рассматривались автоматы с 10-15 состояниями и 4 -6 логическими условиями [ I 6,1 7,36, 54, 64, 72, 170] , то в настоящее время в алгоритмах управления технологическими процессами содержится, как правило, 12 -18 логических условий при числе состояний > 32. Это приводит к необходимости применять ПЗУ с объемом памяти до одного мегабита или ИЛМ большого объема при классических структурах. По применение сложных БИС связано с высокими экономическими и энергетическими затратами, снижением надежности и возможностями контроля в действии. Упрощение структурной организации автомата за счет минимизации булевых функций или переход от одной ПЛМ к каскад} малых ПЛМ не всегда возможны или неэффективны при большом числе переменных [5, 28, 36, 44]. Эти аспекты заставляют использовать другие критерии оптимизации, а также ставить и решать новые задачи структурного синтеза автоматов. Для АСУ ТП методы синтеза автоматов управления должны быть ориентированы на создание таких структурных организаций, в которых обеспечение надежности и безотказности решается за счет включения ограниченного числа элементов, сложность и количество которых значительно меньше общих затрат на автомат управления. Однако сегодня в технике наблюдается другая тенденция. Стремясь к полной диагностируемое™, разрабатываются средства контроля по сложности, иногда превосходящие сам объект контроля. В этом случае неизбежно возникает проблема "кто будет сторожить сторожей?". При принятии решений о выборе той или иной структурной организации автомата управления для АСУ ТП предпочтение необходимо отдать тому варианту, в котором задача управления реализуется на более простых БИС. Переход к реализации на СБИС для АСУ ТП может оказаться неприемлемым, т. к. при этом, несмотря на снижение числа корпусов БИС, увеличивается энергопотребление и снижается надежность управления за счет ненадежности СБИС в экстремальных условиях.

Рассматривая задачи структурной организации систем управления технологическими процессами в той же последовательности, что и для МП А, можно сделать следующие заключения:

1. для автоматов управления технологическими процессами чаще всего речь идет не о совместной реализации многих алгоритмов, называемых микропрограммами, а о реализации одного-двух сложных алгоритмов управления единого технологического цикла [1, 16, 23, 189, 206];

2. горизонтальность или вертикальность кодирования микрокоманд не рассматривается, т.к. тип кода в памяти автоматов определяется требованиями контролепригодности [31, 91, 119, 131];

3. распределение полей адресности является малосущественным аспектом оптимизации [59, 61, 149];

4. минимизация булевых функций на уровне структурного проектирования не является определяющей, т.к. структурная организация сводится к использованию малого числа типовых БИС [9, 40, 42, 136, 139];

5. временной цикл выполнения алгоритма не всегда может быть минимизирован, т.к. он не может быть ускорен или замедлен, а определяется технологической схемой процесса [1, 20, 42, 149, 189, 191].

Список публикаций по «проблемно-ориентированному» проектированию автоматов для АСУ ТП ограничен [1, 13, 15, 16, 20, 61, 68, 149, 189, 206]. Структурная оптимизация автоматов управления АСУ ТП с учетом определенной выше специфики становится самостоятельной задачей и является на сегодня актуальной в научном и практическом плане, несмотря на развитие и применение типовых решений современной микропроцессорной техники.

Целью исследований являются разработки:

• методик структурного синтеза автоматов управления технологическими процессами;

• методов динамического контроля автоматов управления;

• методов проектирования автоматов управления неординарными коммутаторами технических средств АСУ ТП.

Методы исследования базируются на теории графов, теории автоматов, положений технической диагностики и системного анализа. В работе сочетаются как формальные, так и содержательные подходы. В исследовательском и практическом плане задача заключалась:

• в научном анализе современных методов проектирования автоматов управления по заданным схемам алгоритмов;

• в поиске рациональных способов структурной организации автоматов, допускающих применение БИС меньшей сложности (с малым энергопотреблением и более высоким уровнем надежности);

• в построении необходимых для внедрения в промышленности надежных самоконтролируемых устройств управления технологическими процессами, стендами контроля и информационно-измерительными системами АСУ ТП.

Научная новизна работы определяется следующими положениями.

- дан системный анализ организации и методов структурного синтеза автоматов для АСУ ТП на основе исследования основных публикаций;

- исследованы методы структурного синтеза автоматов АСУ ТП, основанные на декомпозиции алгоритма управления с последующим объединением логических условий;

- по результатам исследования предложена методика динамического контроля автоматов управления, основанная на специальном кодировании памяти автомата и использовании типовых аппаратных средств регистрации ошибки;

- предложен метод синтеза автоматов для алгоритмов управления АСУ ТП с несколькими последовательностями операторов, основанный на использовании взаимодействия двух автоматов с динамическим контролем по функциям переходов и функциям реберного покрытия графов переходов;

- предложена методика проектирования управления неординарными многозвенными коммутаторами, основанная на системном анализе структурной организации коммутатора.

Практическая значимость полученных результатов заключается в создании нового подхода для анализа и структурного синтеза автоматов управления АСУ ТП и специальными системами новой техники.

Результаты внедрения. Перечисленные структуры внедрены в практические системы управления дискретным приводом, системы технологического контроля параметров БИС ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, в системы опознавания образов на фотоматрицах, в системы производственного контроля параметров радиотехнических изделий. Основной эффект от выполненной работы заключается в создании нового подхода для анализа и синтеза автоматов управления технологическими процессами и специальными системами новой техники.

Связь работы с научными программами, темами.

Тема диссертации связана с планом хоздоговорных работ кафедр " Автоматизации технологических процессов и производств" Восточно -Сибирского технологического института (1980 -1990) и "Микропроцессорной техники и информационных систем" (1994 - 2003) Иркутского института железнодорожного транспорта, с 2002 г. -Иркутского государственного университета путей сообщения. Исследования проводились по заказам ведущих НИИ и промышленных организаций России: НПО "Восток", НПО "Союз", НПО "Алтай", Улан - Удэнского приборостроительного объединения, Восточно - Сибирской железной дороги и некоторых других организаций. Большинство НИР выполнялось по координационным планам Академии наук или в соответствии с целевыми комплексными программами "Микропроцессоры и микроЭВМ", "Датчик", "Системы автоматизации проектирования", специальным постановлениям Совета Министров СССР (Комплексная программа ГКНТ № 474 (250) 133 от 12.12.1980). В соответствии с постановлением правительства Российской федерации от 8 ноября 2001 № 779 с дополнениями от 13. 11. 2002 № 816 "Национальная технологическая база на 2002 - 2006 годы" исследования относятся к программе "технологического перевооружения отечественной промышленности на основе передовых технологий" в области "Технологии информационных систем", соответствующих приоритетному направлению науки, технологии и техники Российской Федерации, "Космические и авиационные технологии", "Новые транспортные технологии", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника", " Производственные технологии".

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие результаты работы: -метод структурного синтеза автоматов, основанный на последовательном применении способа дихотомии для различных типов алгоритмов управления технологическими процессами;

-метод динамического контроля декомпозированных автоматов через сравнение правильности функций переходов в автомате и выбранного пути в графе переходов;

-модифицированный метод динамического контроля с уменьшенным числом разрядов памяти автомата, относящийся к классу кодов с фиксированным числом единиц;

-методика структурного проектирования системы управления неординарными многозвенными коммутаторами.

Апробация работы проводилась на ежегодных научных конференциях Восточно - Сибирского технологического института (19801990гг.) и Иркутского института инженеров железнодорожного транспорта (1994 - 2003 гг.), на международной конференции "Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов" (Барнаул, 1988 г.), на II Всесоюзном симпозиуме "Методы и программы оптимизации на графах и сетях" (Новосибирск, 1988г.), на Всероссийской конференции "ТрансибВУЗ 2000" (Омск, 2000 г), на областном научно- техническом семинаре "Информационные технологии в образовании и науке" (Иркутск,2003), на Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов с учетом климатогеографических условий Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока" (Иркутск,2003) и Всероссийской научной конференции "Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии" (Иркутск, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения, 7 работ в едином авторстве. В работах с соавторами соискателю принадлежит 40 - 60 % результатов (приложение).

Достоверность результатов подтверждается

- результатами теоретических расчетов по типовым методикам;

- патентной экспертизой ВНИИГПЭ;

- результатами практического внедрения ряда управляющих устройств в АСУ ТП промышленных предприятий.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения. Работа содержит 100 страниц основного текста, 53 рисунка, 20 таблиц и список литературы из 209 наименований.

Выводы

Разработанная в диссертации методика структурного синтеза систем управления в реальных задачах управления технологическими процессами и специальными оптоэлектронными системами реализована следующим обра зим:

1.Предложена структурная организация оптоэлектронной системы с фотоматрицей и коммутаторами строк и столбцов, позволяющая повысить быстродействие обработки сигналов для фотоматрицы размером 1024 х 1024 почти в 10 тысяч раз без использования памяти в 3 Мбайт и контроллера.

2. Решена задача существенного упрощения устройств управления дискретным приводом и системой технологического контроля параметров ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации (количество входов в ПЗУ или ПЛМ сокращено в 1.5 раза).

3. Разработана микропроцессорная система допускового контроля параметров радиотехнических блоков с применением неординарного коммутатора.

4. Предложена структурная организация кодера для защиты информации от несанкционированной расшифровки.

5. По разработкам, представленных в пунктах 1, 3 получены авторские свидетельства, по разработке 4 подана заявка на полезную модель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы методы структурного синтеза автоматов управления технологическими процессами и предложен новый подход, основанный на декомпозиции алгоритма управления и введении коммутатора логических условий в схему автомата. Метод структурного синтеза позволяет уменьшить число входов в ПЗУ или ПЛМ, реализующих комбинационные схемы, в 1,3-1,5 раза, что позволяет реализовать автомат на одной БИС с добавлением нестандартной части, сложностью менее 1% от общих затрат на реализацию автомата.

2. Предложена методика проектирования устройств управления неординарными коммутаторами, основанная на представлении структурной схемы пятиблоковой моделью, которая позволяет определить структуру операционного устройства автомата управления. Устройство управления коммутатором защищено авторским свидетельством.

3. Разработана формализованная методика структурного синтеза автоматов управления АСУ ТП на основе введенной классификации и декомпозиции алгоритмов.

4 Разработан метод динамического контроля автомата управления, основанный на сравнении правильности переходов с использованием информации о выбранном пути в графе переходов. Для реализации метода структурная схема автомата декомпозируется с выделением автомата переходов и автомата генерации линейной последовательности команд.

5 Предложен метод динамического контроля автоматов, относящийся к классу кодов "mCn", позволяющий строить самоконтролируемые автоматы с меньшим объемом памяти и простой схемой динамического контроля на трехвходовых дешифраторах. В методе для промежуточного представления кодов памяти используются модифицированный геометрический и соседний коды.

6. llo разработанной в диссертации методике структурного синтеза автоматов управления в реальных задачах управления технологическими процессами и оптоэлектронными системами предложены:

- структурная организация оптоэлектронной системы с фотоматрицей и коммутаторами строк и столбцов, позволяющая повысить быстродействие обработки сигналов для ФМ размером 64 хб4 в 7500 раз без использования памяти и контроллера;

- устройство управления дискретным приводом и система технологического контроля параметров ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием информации (количество входов в ПЗУ или ПЛМ уменьшается в 1.5, а количество комбинаций в 64 раза);

- автоматизированная система допускового контроля параметров с применением управляемого неординарного коммутатора;

- структурная схема кодера для защиты информации от несанкционированной расшифровки.

На сегодня для СВЧ диапазона не достигнута интеграция уровня ПЛМ и ПЛИС. Предложенные методы управления многокаскадными коммутаторами и методы структурного синтеза автоматов позволяют расширить возможности программируемой СВЧ техники.

Новые структурные способы организации самоконтролируемых автоматов и формализованные методики структурного синтеза по заданной схеме алгоритма позволяют ставить вопрос о развитии программно управляемых систем для опасных технологических процессов на основе коммутируемых матриц пневмо и струйной техники.

1. Асфаль Р.Роботы и автоматизация производства.М.Машиностроение, 1989.-447 с.

2. Ьадулин С. С. и др. Автоматизированное проектирование цифровых устройств.-М.: радио и связь, 1981. 238 с.

3. Бадмасва Т.С., Деканова Н.П. Мухопад Ю.Ф. С и тез самокон фолир>емой сис ге-мы управления электроавтоматикой. //. Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии. Иркутск: СОИ COPAII, 2003. 4.1 -С. 88-93.

4. Бадмаева Т.С. Формализованная методика синтеза автоматов по схеме алгоритма управления. // Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии,- Иркутск: СЭИ СОРАН, 2003 Ч.1.- С.93-98.

5. Горбатов В.А. Основы дискретной математики. М.: Высшая школа, 1986.- 286 с.

6. Мухопад Ю.Ф. Микропроцессорные системы дискретной автоматики. Иркутск: ИрИИТ, 1999. - 467 с.

7. Новорусский В.В. Основы теории систем и системы логического управления. -Новосибирск.: Наука, 1997. 335 с.

8. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа. 1989. - 363 с.

9. Поляков Г.А., Умрихин Ю. Д. Автоматизация проектирования сложных цифровых систем коммутации и управления. М.: Радио и связь. 1988. 303 с.

10. Сапожников В.В., Кравцов Ю.А., Сапожников Вл.В. Теория дискретных устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.- М.: Транспорт, 2001. 307 с.

11. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб: БХБ, 2000. - 520 с.

12. Шевелёв Ю.П.Дискретная математика-Томск:ТГ"УСУР 2000. Ч I- 113с.; Ч II- 120с.

13. ФригчФ. Применение микропроцессоров в системах управления. М.: Мир, 1984.-463 с.

14. Энциклопедия кибернетики. Т. 1,2.- Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии, 1974. с. 123, 519.

15. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОЦЕССОВ

16. Бычков В.А. Особенности логических схем управления технологическими процессами // Распределенные системы передачи и обработки информации. М.: Наука, 1985,- С. 115-120.

17. Горбатов В.А., Кафанов В.В., Павлов Г.Г. Логическое управление технологическими процессами. М.: Энергия, 1978. - 272 с.

18. Захаров В.Н. Поспелов Д.А. Хазацкий В.Е. Системы управления. М.: Энергия, 1972. - 344 с.

19. Кузьмин И.В., Березюк Н.Т. Фурманов К.К. Шаронов В.В. Синтез вычислительных алгоритмов управления и контроля. Киев: Техника, 1975. - 248 с.

20. Логический язык для представления алгоритмов синтеза релейных устройств/ Ред. А.Ш. Блох. М.: Наука, 1966.-256 с.

21. Мухопад Ю.Ф., Березков Л.О., Скосырский Г.С., Минаев В.И. Микропроцессорные системы контроля БИС ПЗУ. Иркутск: Улан-Удэ: ИГУ. 1984. - 144 с.

22. Мухопад Ю.Ф., Бадмаева Т.С., Солдатенков Е.Г. Выбор алгоритмов управления для анализа протоколов информационно-управляющих систем. // Информационные системы контроля и управления на транспорте,- Иркутск: ИрГУПС, 2002,- Вып.9 -С. 132-137.

23. Тищенко II.М. Введение в проектирование сискм управлении. М.; Энергоатом-издат. 1986. - 248 с.

24. Ткаченко И.В. Основы автоматизации производства и вычислительная техника,-М.: Недра, 1986.- 216 с.

25. I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

26. Абесадзе А.С. Ушаков И.А. Программная реализация памяти дискретных устройств // Вопросы радиоэлектроники. -1984. -Сер. ЭВТ.- Вып. 1. С. 126-137.

27. Бадмаева Т.С. Управление коммутаторами сигналов АСУ ТП.// Математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии.- Иркутск: СЭИ СОРАН. 2003,-4.2.- С.146-151.

28. Бадмаева Т.С., Мухопад Ю.Ф. Обработка информации датчиков изображения // кн. Ю.Ф. Мухопад "Микропроцессорные системы управления роботами". Иркутск. ИГУ. 1984,-С.93-101

29. Бадмаева Т.С. Функциональный преобразователь определения координат изображения // Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов.-Барнаул: АлПИ. 1989,- 4.1.- С.17-21.

30. Баранов С.И., Синев В., Янцен Н.Н. Синтез автоматов на БИС с матричной структурой // Проектирование функционально-ориентированных вычислительных систем. Л.: ЛГУ, 1990. - С. 90-108.

31. Блох А.Ш. Граф схемы и их применения. - Минск: Высшая школа, 1985. - 302 с.

32. Бауэр В. Введение в теорию конечных автоматов,- М.: Радио и связь, 1987.- 388 с.

33. Берлин А.Н. О кодировании состояний в процессе синтеза конечных автоматов //' Вопросы радиоэлектроники. ТПС.-1972. № 6. - С.50-59.

34. Богомолов A.M., Грунский И.С., Сперанский Д.В. Контроль и преобразование дискретных автоматов. Киев: Наукова думка, 1 975. - 1 73 с.

35. Буз>пов Ю.А. Метод двухкоординатного кодирования микрокоманд // Автоматика и вычислительная техника,-1976,- № 5.

36. Бузунов Ю.А., Шипилов Н.Н. Реализация неавтономных микропрограммных ав-гомаюв на программируемых логических матрицах // Управляющие системы и машины,- №6. -1980,- С. 23 29.

37. Булатова И.Р., Друзина М.П., Галковский А.В. Автоматизированное проектирование устройств управления на ПЛМ // Разработка и оптимизация САПР и ГАП. -Воронеж: ВПИ, 1989. С. 94-95.

38. Гаврилов М.А., Девятков В.В. Логическое проектирование дискретных автоматов. М.: Наука. 1977,- 196 с.

39. Глушков В.М. Автоматно-алгебраические аспекты оптимизации микропрограммных автоматов // Тр. Международного конгресса математиков. М., 1968.-С. 53-55.

40. Г лушков В.М. Синтез цифровых автоматов. М.: Физматиздат, 1962. - 476 с.

41. Горбатов В.А., Смирнов М.И., Хлытчиев И.С. Логическое управление распределенными системами. М.: Энергоатом и здат, 1991. - 288 с.

42. Грамолин В.В., Першеев В.Г., Шамров М.И. Реализация комбинационных преобразователей большими интегральными схемами // Управляющие системы и машины,- 1980,- № 6 . С. 30-37.

43. Григорян А.К. Метод декомпозиции конечных автоматов // Автоматика и телемеханика,- 1968. -№ 10.

44. Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х, Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. СПб.: БХВ - Петербург. 2002. - 606 с.

45. Жинтелис Г.Б., Карпяускас Э.К., Магикенас Э.К. Автоматизация и проектирование МПА. Д.: Машиностроение, 1985. - 216 с.

46. Закревский А.Д. Синтез каскадных схем. М.: Наука, 1981. -386 с.

47. Закревский А.Д. Метод синтеза функционально устойчивых автоматов: Доклады АН СССР. -М.:Изд-во АН СССР, 1959.-Т. 129,-№ 4 -С.729-731.

48. Залманзон JI.A. Микропроцессоры и управление потоками жидкостей и газов. -М.: Наука. 1984.-302 с.

49. Казак А.Ф., Кокаев О.Г., Петров Г.А. Микропрограммные системы ЭВМ. Л.: ЛЭТИ. 1981. - 100 с.

50. Колосов В.Г., Мелехин В.Ф. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники. Л.: Энергоатомиздаг, 1983,- 256 с.

51. Князев А.В., Черкасова Л.С. Моделирование автоматов в системе синтеза тестов// Математическое обеспечение ЭВМ. М.: МЭИ. 1991.-Вып. 86,- С. 105-109.

52. Кравцов Л.Я., Черницкий Г.И. Проектирование микропрограммных устройств управления. Л.: Энергия, 1976. - 148 с.

53. Кънчев Т.Ц., Боянов К.Л. Граф программное управление на основе ассоциативной выборки инструкций и данных. Вопросы теории и построения вычислительных систем. - Новосибирск: Изд-во СОРАН, 1978,- С. 53-66.

54. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управляющих автоматов. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с.

55. Лазарев В.Г. Турута Е.Н. Программное управление на узлах коммутации.: М.: Связь, 1978. 264 с.

56. Левитан М.Е. Оптимизация структуры дискретного автомата методом декомпозиции // IFAC, Дискретные системы. Рига: Зинатне ,1974,- Т.5.- С. 154-160.

57. Лобов О.Ф. Гасников И.А. Быстродействующий цифровой автомат /7 Вопросы радиоэлектроники. ЭВТ.1989,- №10,- С.27-33.

58. Логическое проектирование БИС и СБИС / Ред. В. А. Мищенко. М.: Радио и связь. 1984. - 311с.

59. Майоров С.А., Новиков Г.И. Структура ЭВМ.- М.: Машиностроение, 1979. -384 с.

60. Мал ей н Ю.С. О преобразовании автоматов Мили в автоматы Мура // Автоматы и вычислительная техника.-1975,- № 5. С. 17-21.

61. Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики. М.: Транспорт. 1995,- 273 с.

62. Мухопад Ю.ф., Скосырский Г.С., Репин В.М. и др. Формирователь временных последовательностей. А.С. СССР, -№ 991587, БИ № 3. 1983

63. Мухопад Ю.ф. Проектирование специализированных микропроцессорных вычислителей. Новосибирск: Наука, 1981. - 160 с.

64. Мухопад Ю.ф., Бадмаева Т.С. Синтез автоматов управления по декомпозированной схеме алгоритма. // Информационные системы контроля и управления на транспорте,- Иркутск: ИрГУПС, 2002,- С.14-25.

65. Овчинников В.В., Рыбкин И.И. Техническая баш интерфейсов локальных вычисли тельных сетей.- М.: Радио и связь, 1989. 271 с.

66. О построении микропрограммных автоматов одного класса // Специализированные вычислительные устройства. Сб. тр. /РРТИ. Рязань. 1975.- С. 66-69.

67. Постников А.И.Основы теории цифровых автоматов.Краеноярск:КГТУ,1999.-251с

68. Плотиков Л.В., Баркагов А.А., Стародубцев К.Е. Микропрограммное устройство управления // Управляющие системы и .машины. -1987.-№ 4. -С. 38-41.

69. Пупырев Е.И. Перестраиваемые автоматы и микропроцессорные системы. М.: Наука, 1984,- 191 с.

70. Рудковский В.П., Мухопад Ю.Ф. Синтез управляющих устройств в арифметико-логическом базисе // Информационные технологии контроля и управления транспортными системами. Иркутск: ИрИИТ. 2000,- Вып. 6,- С.25-37.

71. Савельев А.Я. Прикладная теория автоматов. М.: Высшая школа, 1987,- 272 с.

72. Син тез асинхронных автоматов на ЭВМ/ Под ред. А.Д. Закревского. Минск: Наука и техника, 1975. -184 с.

73. Скворцов В.А. Разработка метода алфавитно-программной реализации интерфейса в МПС. Л.: ЛЭИС, 1983,- 175 с.

74. Специализированные цифровые вычислительные машины / Под ред. В.Б. Смоло-ва. М.: Высшая школа. 1981. -279с.

75. Ciaiiutii В.В.Урусов А.В.Мологонцева О.Ф.Проектирование цифровых устройств па однокристальных микроконтроллерах. -М.: Энсргоагомиздат, 1990. 224с.

76. TeiepiiH 10.H. О сокращении объема памяти микропрограмм // Вопросы радиоэлектроники,- 1983,- Сер. ЭВТ. Вып. 4,- С. 35-39.

77. Тимофеев А.О. Теницкий Л.Г. Проектирование автомата управления с предельным быстродействием. Л.: ЛЭТИ, 1981С. 47-50.

78. Туманян А.К. Построение автоматов на основе средних интегральных схем (автореферат диссертации).- Л.: ЛЭТИ, 1977.- 23 с.

79. Тимонькин Г.Н., Харченко B.C. Графологические схемы алгоритмов и их использование в задачах контроля управляющих автоматов // Автоматика и вычислительная техника. 1984. - №7. - С.77-82.

80. Чекмарев Ю.Д. Смолов В.Б. Содержательный принцип определения оптимального геометрического кода ПЗУ // Известия ВУЗов: 11риборостроение.-1971.- № 8.

81. Чирков М.К. Основы общей теории конечных автоматов. -Л.: ЛГУ, 1975. -280 с.

82. Хетагуров Я.А. Основы проектирования управляющих вычислительных систем. -М.: Радио и связь. 1991. 284 с.

83. Якубайтис Э.А. Логические автоматы и микромодули. Рига: Знание, 1975.-174с.1.. КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ

84. Anderson D.A., Metze G. Design of totally Self Checking Check Circuits for m-Out-of-n Codes. I EH Г Transactions. - 1973,- Vc-22.- №3,- P.263.

85. Ьалнкин В.П. Барашенков В.В. Проектирование самопроверясмых управляющих устройств по тестопригодным схемам алгоритмов // Автоматика и телемеханика. -1988. -№ 11. С. 161-168.

86. Бадмаева Т.С. Контроль и диагностика систем передачи дискретной информации // Автоматизированные системы контроля и управления на транспорте.-Иркутск: ИрИИТ, 1999,- С. 127-128.

87. Буинов А.Н., Мухопад Ю.Ф., Скибинский В.Л. Устройство поиска неисправных блоков и элементов. А.С. № 1709351 СССР, БИ №4, 1992.

88. Валиев Ш.К. Способ построения контролируемых асинхронных автоматов // Совершенствование и повышение надежности ж.д. систем. Днепропетровск: ДНИ Г. 1985,- С .88-95.

89. Гаврилов М.А. Структурная избыточность и надежность работы релейных устройств // Международный конгресс IFAC.- М.: Изд-во АН СССР, 1960. Т.З.

90. Гор.тенко Л.В. Донской A.JI. Лакип U.K. Техническое ли ai копирование электронного оборудования электровозов. -М.:Транспорт,1992. -112с.

91. Горяшко А.П. Синтез диагностируемых систем вычислительных устройств. М.: Наука, 1987,- 287 с.

92. Граф Ш., Гессель М. Схемы поиска неисправностей. М.: Энергоатомиздат, 1989.142 с.

93. Дербунович Л.В. Нешвеев В.В. Проектирование самопроверяемых схем контроля на ПЛМ // Автоматика и телемеханика. -1986,- № 4,- С. 149-156.

94. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования М.: Транспорт, 1984,- 190с.

95. Дмитриенко И.Е. Дьяков Д.В., Сапожников В.В. Измерение и диагностирование железнодорожной автоматики, телемеханики и связи,- М.: Транспорт, 1994.-263 с.

96. Дми триев Ю.К. Самодиагностика систем из однотипных блоков. Новосибирск: СОАН СССР, 1978,- С. 107-121.

97. Дми триев А.К. Распознавание отказов в системах электроавтоматики. Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 100 с.

98. Жсрдсв Н.К., Креденцер В.П., Белоконь Р.Н. Кон троль устройств на интегральных схемах,- Киев: Техника, 1986. -159 с.

99. Зубрипкий Э.В., Мухопад Ю.Ф., Бадмаева Т.С. Контроль электрических параметров аналого-цифровых схем автоматики // Автоматизированные системы контроля и управления на транспорте,- Иркутск: ИрИИТ. 1999,- Вып.5 С. 106-110.

100. Иы\ду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем. М.: Высшая школа, 1989.- 214 с.

101. Казначеев В.И. Диагностика неисправностей цифровых автоматов. М.: Сов. Радио. 1975. - 256 с.

102. Коваленко А.Е., Гула В.В. Отказоустойчивые микропроцессорные системы,- Ки ев: Техника. 1986. -150 с.101 .Кондратьев В.В. Махалин Б.Н. Автоматизация контроля цифровых функциональных модулей. М.: Радио и связь, 1990. -150 с.

103. Ю2.Кокаев О.Г., Афанасьев А.Н. Гужавин А.А. Ассоциативное микропрограммирование. Саратов.: СГУ, 1989.-138 с.

104. ЮЗ.Курдиков Б.А. Кожевников В.В. Организация диагностирования многопроцессорных систем. -Л.: Известия ЛЭТИ, 1989,- Вып. 364.-С. 50-55.

105. Cook R. W., Sisson W.H., Storey T.R., Toy W.N. Design of a Self-Checking Microprogram Control.- IEEE Transactions. 1973. - Vc. -22. - №3. P.255.

106. Литиков И.Г1. Кольцевое тестирование цифровых устройств. М.: Онергоатомпз-дат. 1990. -156 с.

107. Юб.Ляхович В.Ф.Некоторые методы синтеза релейных устройств с коррекцией входных и внутренних ошибок// Мат.сем.по кибернетике.Кишинев, 1968. Вып. 3.-32с.

108. Муттер В.М. Петров Г.А. Маринкин В.И., Степанов B.C. Микропроцессорные кодеры и декодеры. М.: Радио и связь, 1991. - 184 с.

109. Мухопад Ю.Ф, Сербуленко Л.М., Бадмаева Т.С. Контроль функционирования микропроцессорной системы // Информационные системы контроля и управления на транспорте. Иркутск: ИрГУПС, 2002,- Вып.10. -С.141- 144.

110. Мухопад Ю.Ф., Бадмаева Т.С. Динамической контроль управляющих автоматов // Информационные технологии контроля и управления на транспорте- Иркутск: ИрИИТ. 2000,-С. 85 -95.

111. Мухопад Ю.Ф., Чекмарев Ю.Д. Постоянные запоминающие устройства с самоконтролем. А.С. № 1410101 СССР БИ № 26. 1988.

112. Романкевич A.M., Валуйский В.Н., Остафин В.А. Структурно-временная избыточность в управляющих схемах. Киев: Высшая школа, 1979. -153 с.

113. Сагалович Ю.А. Кодирование состояний автоматов. М.: Связь, 1975. - 208 с.1 19.Саг\тюв В.Г. Алгоритмы технического диагностирования дискретных устройств. -М.: Радио и связь.1990.- 111с.

114. Скосырский Е.С., Мухопад Ю.Ф. Устройство для контроля перепрограммируемых ПЗУ. А.С. № 1547034 СССР, БИ № 8. 1990.

115. Согомонян Е.С., Слабаков Е.В. Самопроверяемые устройства и отказоустойчивые системы. М.: Радио и связь. 1989. - 208 с.

116. Стешенко В.Б. Плис фирмы Altera: проектирование устройств обработки сигналов. М.: Додэка, 2000. - 124 с.

117. Тоцепко В.Г. Алгоритмы технического диагностирования дискретных устройств. М.: Радио и связь. 1985. -238 с.

118. Усачев Ю.Е. Функциональное диагностирование управляющей части ЭВМ по граф -схемам алгоритмов (автореферат диссертации).-Л.: ЛЭТИ, 1984.

119. Фергусон Дж. Макарил Уильяме. Обслуживание микропроцессорных систем. -М. : Мир. 1989,- 335с.

120. Френкель С. Функционально-временная верификация сложных цифровых систем. //' Открытые системы. М., 2002,- С.10-17.

121. V. УПРАВЛЕНИЕ ДИСКРЕТНЫМИ ПРОЦЕССАМИ

122. Автоматическое управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах. М.: Наука, 1986,- 398 с.

123. Ачасова С.М. Алгоритмы синтеза автоматов на программируемых матрицах. М.: Радио и связь. 1987.-135 с.

124. Ачасова С.М., Бандмап О.Л. Корректность параллельных вычислительных процессов. Новосибирск: Наука. 1990. - 252 с.

125. Беллами Дж. Цифровая телефония,- М.: Радио и связь, 1986. 544 с

126. Бадмаева Т.С. Системный подход к синтезу неординарных коммутаторов. // Проектирование специализированных вычислителей и управляющих устройств. Иркутск: ИГУ. 1984. -С.40-45.

127. Варшавский В.И., Кишиневский М.А., Мараховский В.Б. Автоматное управление асинхронными процессами в дискретных системах. М.: Наука, 1986.-398 с.

128. Василиев В.В., Кузьмин В.В. Сети Петри, параллельные алгоритмы и модули МПС. Киев: Наукова думка, 1991,- 216 с.

129. Девятков В.В. Технология автоматизированного проектирования систем программно-логического управления // Автоматизация проектирования. М.: Машиностроение. 1990.- С.4-28.

130. МО.Евстигнеесв В.А., Касьянов В.Н. Сводимые графы и граф-модели в программировании. Новосибирск: ИДМИ, 1999. - 288с.

131. Игнатьев М.Б., фильчиков В.В., Осовецкий Л.Г. Активные методы обеспечения надежности алгоритмов и программ. СПб.: Политехника, 1992.- 288 с.

132. Мухопад Ю.Ф., Сербуленко Л.М. Автоматная интерпретация устройств контроля и управления // Микропроцессорные системы контроля и управления. -Новосибирск: НТОП; НЭТИ, 1992,- С. 41-49.

133. М\хонад Ю.Ф. Бадмаева Т.С. Устройство для программного управления. А.С. NH0N7i)% СССР. БИ №15. 1984.

134. Пи1срсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем- М.: Мир 1984.-260 с.

135. Петерсон Э.Я. Сложность в анализе и синтезе вычислительных систем. Рига: РПИ. 1984,-С.5-21.146.11рименение микропроцессорных средств в системах передачи информации,- М.: Советское радио, 1987. -320 с.

136. Росляков В.А. и др. Цифровые системы коммутации.-М.: Экотрендз, 1998.-139 с.

137. Стародубцев Н.А. Синтез схем управления параллельных вычислительных систем. Л.: Наука, 1984.-190 с.

138. Юдитский С.А., Магергут В.З. Логическое управление дискретными процессами. М.: Машиностроение, 1987. -175 с.

139. VI. ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

140. Бадмаева Т.С. Автоматная реализация абонентского регистра // кн. Мухопад Ю.Ф. Проектирование специализированных микропроцессорных вычисли! елей,- Новосибирск: Наука, 1981. С. 134-137.

141. Бадмаева Т.С. Преобразование графов автомагов оптоэлектронных функциональных преобразователей // Микропроцессорные системы контроля и управления.-Улан-Удэ: ВСТИ, 1992.

142. Бадмаева Т.С., Мухопад Ю.Ф. Коммутаторы вычислительных систем // Микропроцессорные системы управления роботами .-Иркутск: ИГУ.1984.-С. 54-61,

143. Воробьев Н. В., Вернер В.Д. Микропроцессоры. Г. 3. Элементная база и схемотехника средств сопряжения. М.: Высшая школа. 1984. -104 с.

144. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. М.: Энер! оатомиздат, 1987.- 320 с.

145. Гордонов АЛО., Дерю! ин А.А. Применение иже1ральных микросхем памяти. -М.: Радио и связь, 1994. -224 с.

146. Кофрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем. М.: Мир, 1983. -344 с.

147. Мелихов С.В. Ненахов А.В., Колесов И.А. и др. Многофункциональные аналого-цифровые устройства СВЧ на основе базового матричного кристалла. //Тр. Юбилейной научно -техн. конф. -Томск: ТУСУР. 2000,- С.70-74.

148. Молодкин В.А., Мухопад Ю.Ф. Лаптев А.П. Устройство сравнения напряжений. А.С. № 532865, БИ № 42, 1975.

149. Мухопад Ю.Ф., Бовкун А.Ф. Перепрограммируемые матрицы для пневматических систем управления.// Микроэлектронные системы контроля и управления на транспорте. Иркутск: ИрИИТ.1996,- Вып.2,- С. 45-52.

150. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоагомиз-дат, 1981,-242 с.

151. VII. АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

152. Афанасьев А.А. Программные модели автоматов. Программирование арифметических операций в микропроцессорах. Новосибирск: НГ'ГУ. 1995. -С. 48-79.

153. Иванников А.Д. Моделирование микропроцессорных систем. М.: Энергоатомиз-дат. 1990,- 143 с.

154. Курейчик В.М., Глушань В.М., Щербаков Л.И. Комбинаторные аппаратные модели и алгоритмы в САПР. М.: Радио и связь, 1990. - 214 с.

155. Ьандман О Л., Миренков Н.Н., Седухин В.Н. Специализированные процессоры высокопроизводительной обработки данных. Новосибирск: Наука. 1988.-208с.

156. Батырев Р.И. Зарецкий Б.Ф. Эленбоген М.М. Микропроцессоры в химической промышленности. М.: Химия, 1988. - 224 с.

157. Гулямов С.С., Докучаев А.А., Исматулаев ГГР. Свиньин С.Ф. Малые вычисли-1ельные машины и их применение для автомат изации научных исследований. -Ташкент.: Изд-во ФАН, 1985. 144 с.

158. Крутиков С.В., Мухопад Ю.Ф. Оптоэлектронные системы на фотоматрицах. М.: ЦНИИ Электроника, 1982. 48с.

159. Коффрон Дж., Лонг В. Расширение микропроцессорных систем. М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

160. Куприянов С.С. Матошкин Б.Д. Иванова В.Г. Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов: Справочник. СПб: Наука и техника. 2000.- 560с.

161. Кун С. Матричные процессоры на СБИС.- М.: Мир, 1991.-672с.

162. Мухопад Ю.Ф., Извеков Я.О., Бадмаева Т.С., Демидов Г.А., Тумуров Г.Г. Информационно-управляющая система стендовых испытаний.// Информационные системы контроля и управления на транспорте. Иркутск: ИрГУПС, 2002.- Вып. 10.-С.81-85.

163. Мухопад Ю.Ф., Таблично алгоритмические спецпроцессоры для функций не скольких переменных.// Информационные системы контроля и управления на транспорте. - Иркутск: ИрГУПС, 2002.- Вып.1,- С. 180.

164. Назаров А.Н. Симонов М.В. ATM технология высокоскоростных сетей. М.: Эко- Трендз. 1999. 250 с.

165. Налимов B.C. Зенькович А.С Автоматизация измерения параметров радиоприемных устройств: Сер. Техника проводной связи, радиоизмерения. М., 1987.-Вып. 1.- С.20-30.

166. Нелюбин А.А., Нелюбин П. А., Мухопад Ю.Ф. Вычислительная сеть ВСЖД // Информационные системы контроля и управления на транспорте. Иркутск: ИРГУПС, 2002,- Вып. 10,- С.86-99.

167. Системы управления // Технология, организация производства и оборудования: Сер.7. Электронная техника,- 1990.-Вып.1 (158). С. 41-57 .

168. Цифровые радионавигационные устройства / Под ред. В. Б. Смолова. М.: Сов. Радио, 1980.- 286 с.

169. Шуваев Ю.Н., Соловей Б.З. Универсальное устройство допускового контроля напряжений // Электронная техника в автоматике. / Под ред. Ю. И. Конева . М.: Радио и связь, 1983,- Вып. 14,- С. 275-282.

170. Указание Министерства путей сообщения (МГ1С России) № 310 пр-у от 05.12.2002 « О внесении изменений и дополнений в федеральную целевую программу «Национальная технологическая база» на 2002-2006 годы».-М.2002.