автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Вопросы построения децентрализованных систем автоматического регулирования технологических процессов в нефтепереработке

- г; •

, I ^ ,

г-

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. АЗИЗБЕКОВА

На правах рукописи

АШУРБЕЙЛ И ИГОРЬ РЛУФОВИЧ

ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ

05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баку — 1 992

Работа выполнена на кафедрах «Информационно-измерительная и вычислительная техника» и «Автоматизированные системы управления» Азербайджанского индустриального университета имени М. Азизбекова.

лауреат Государственной премии СССР, член-корреспондент АН Азербайджанской Республики, доктор технических наук, профессор АЛИЕВ Р. А.

доктор технических наук, доцент МУРАТОВ И. X.

доктор технических наук, профессор ДЖАФАРОВ С. М., кандидат технических наук, старшин научный сотрудник УЛАНОВ А. Г.

Ведущая организация — Отдел АСУ АН Азербайджанской Республики.

Защита состоится 1992 г. в час.

па заседании специализированного совета Д 054.02.04 по присуждению ученой степени доктора технических наук при Азербайджанском индустриальном университете им. М. Азизбекова по адресу: 370601, г. Баку, проспект Азадлыг, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиоткке Азербайджанского индустриального университета им. М. Азизбекова.

Автореферат разослан «

1992 г.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ученый секретаре специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

КРИВОШЕЕВ В. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

т^зл ¡Актуальность теки исследования.

1^...'современные непрерывные производства- в нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности характеризуются крупномасштабность» технологических установок, значительной напряженностью режимов функционирования, повышенной взрыво и пожэро-опасностыо. что предъявляет жесткие требования к отказоустойчивости и функциональной живучести систем управления ими.

Однако, недостаточная надежность средств микропроцессорной техники на базе которой реализуются систем управления производством, существенно 'сдерживает широкое использование этой техники в средствах автоматизации рассматриваемого класса технологических объектов.

Одним из перспективных направлений решения задачи повышения отказоустойчивости микропроцессорных систем автоматического регулирования режимных параметров сложных технологических объектов с непрерывным характером производства является создание децентрализованных систем автоматического регулирования (ДСАР) о использованием локальных вычислительных сетей, позволяют« реализовать алгоритмы перераспределения задач управления отказавших вычислительных устройств.

В этой связи решение проблемы создания отказоустойчивых децентрализованных систем автоматического регулирования является актуальной научно-технической задачей.

Целью диссертационной ргботи является разработка цифровых децентрализованных систем автоматического регулирования в нефтепереработке, включая разработку их алгоритмического, технического и программного обеспечения (ПО), а такг.е алгоритмов статического перераспределения задач отказавших вычислительных устройств (ВУ), обеспечивающих отказоустойчивость систем.

Научная новизна.

Научная новизна проведенных исследований заключается в

сл^л'-нем:

разработана архитектура цифровой ДСАР технологических объектов о непрерывным характером производства с использованием локальной вычислительной сети (ЛВС) кольцевой топологии;

- поставлена и решена задача синтеза отказоустойчивой ДСАР на основе статического перераспределения задач управления отказавших ВУ между нормально функционирующими;

- предложены алгоритмы обеспечения отказоустойчивости ДСАР с учетом постепенной деградации системы управления.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Диссертационная работа направлена на решение практических задач, возникающих в процессе построения отказоустойчивых систем НЦУ нефтеперерабатывающим производством. Полученные в ней теоретические результаты, созданное ПО ДСАР, рационально выбранный комплекс технических средств, включающий специально разработанное многовходовое устройство связи с обьектом управления, позволили осуществить внедрение ДСАР в промышленных условиях на технологическом комплексе, состоящем из установок первичной переработки нефти ЭЛОУ АВГ-6, ЭЛОУ АВТ-2 и двухступенчатого каталитического крекинга ДСКК Ново-Бакинского нефтеперерабатывающего завода. Экономический эффект от внедрения 345 тысяч рублей в год.

Унифицированный характер аппаратных и программных средств управления делает возможном тиражирование разработанной ДСАР на других предприятиях нефтепереработки.

Апробация работы.

Основные теоретические и практические результаты диссертации докладывались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах:

-Вто]эом Республиканском совещании-семют зе по созданию и внедрению в народное хозяйство республики микАJпpoцeccopныx средств и систем, Баку, 1987г.;

-Всесоюзном семинаре "Проблемы создания и производства высоконадежных систем и комплексов для промышленных АСУ на базе малых и микро-ЭВМ",Москва, 1988г.;

-Всесоюзном семинаре "Живучесть и реконфигурация информационно - вычислительных и управлявдих систем", Москва, 1988г.;

-3-ей Всесоюзной конференции "Локальные вычислительные сети", Рига, 1988г.:

-Всесоюзной научно - технической конференции "Контроль и управление в современном производстве".Москва, 1988г.

Связь темы диссертационной работы с планами НИР.

Приведенные в работе исследования выполнялись . в соответствии, с отраслевой научно-технической программой на 1986-1990 г.г. по созданию и развитию АСУ различного назначения, утвержденной приказом МНХП СССР Л 725 -ДСП от 27.07.86 г. и' связаны с тематикой НИР АзИУ им. М. Азизбекова {» ГР 01880069079).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.

Структура н обьец работи.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений.

Обший объем работы 201 страница, е том числе 180 страниц основного текста включая 22 рисунка и 7 таблиц. Список использованной литературы содержит 107 наименований.

СОДЕЕШПВ РЛЕОТЫ

Во_вЕезении обоснована актуальность теш диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования. Кратко аннотировано содержание работы и приведены основные положения, выносимые на защиту.

?_первоЯ__главе приводится ретроспективный обзор работ,

посвященных созданию систем т'-Фрового регулирования объектов нефтепереработки, начиная от цг-фровых регуляторов с жесткой структурой до распределенных систем управления па базе ЛВС.

Анализируются проблемы, возникайте прз проектировании современных ДСАР, Еопросы vs. алгориткячвсяото-, аппаратного и программного обеспечения. При этом особое шпкинае уделяется вопросам надежности и отказоустойчнвсстл ДСАР.

Показано, что задача построения ЕеотказоустоЭчхЕых шаровых ДСАР различного применения в основном рзненц. В годтверзщение этому приводится анализ подобных систем управления па базе программируемых контроллеров с использованием рзагачпого периферийного оборудования. В тоге время отмечается, что указанные системы имеют существенный недостаток - использование в них ЛВС решает лишь проблему информационной пзап.юсвязп отдельных систем НЦУ,

- б -

кроме того в этих системах отсутствует доступ к устройствам сопряжения с объектами управления, то есть не обеспечивается отказоустойчивость системы в целом, что является принципиально важным для функционирования ДСАР.

В связи с этим отмечается, что эффективная работа ДСАР определяется главным образом ее архитектурой и качеством алгоритмов, обеспечивающих отказоустойчивость.

В работе обосновывается целесообразность использования методов перераспределения задач при отказе ВУ для обеспечения отказоустойчивости промышленных ДСАР и повышения эффективности использования их вычислительных ресурсов.

Таким образом, критический анализ состояния и развития ДСАР промышленных объектов обусловил постановку задачи исследования, и позволил определить круг задач, подлежащих решению.

решается задача синтеза отказоустойчивой ДСАР непрерывными технологическими процессами нефтепереработки.

На основе анализа алгоритмов статического и динамического перераспределения задач управления показано, что с точки зрения быстродействия система, а такке простоты .реализации алгоритмов предпочтительным является использование статического перераспределения.

Предлагаемый подход к решению задачи обеспечения отказоустойчивости ДСАР основан на перераспределении Функций управления технологически®! объектами отказавших ВУ по вычислительным ресурсам исправных, при одновременном решении задачи хгнуэрмацконного взаимодействия, и сводится к рассредоточению глобальной таб-л;щы хшденткф'лкацкй ДСАР по зарезервированным областям ОЗУ исправных ВУ ЛВС, которое выполняется на этапе проектирования слоте мы. Такое резервирование приводит к существенному увеличению требуемого объема оперативной памяти.

Учитывая, чт(, как правило, задачи управления имеют общие программные модули, шашмизация обьема оперативной памяти реализуется методой зкономнчкого резервирования. Суть этого метода состоит в таком размещении идентичных программных модулей, чтобы обшде части программ, оЗслуетваетк задачи, находились иы ь одном ВУ,

Кадую задачу управления и.5, хэрактеразущуюся объемом за-и««а»кой ею памяти ч ,мохйо условно рьздэлять так, что

тг _уООПЭ* уУОГ 1 1 ■

гСОПЗЪ

где - объем пенятк, занимаемой условной частью и^? являю-

щейся общей для тожества задач; - объем памяти, занимае-

мый условной часть» 1)™д , характеризующей индивидуальность задачи Реализовав задачи и1, реиаеиие в ДСЛР, таким образом, чтобы каидая могла взаимодействовать со всеми , получим следующий объем памяти, занимаемой преобразованной задачей:

где ду°опз1: и ДУ^- дополнительные объемы памяти, потребовавшиеся при реальном разделении задачи Ч± соответственно па общую н 'индивидуальную части.

Предположим, что каадая задача резервируется однократно, т.е. . „

3=1 13 ■

где У^ - матрица основного размещения задач, к добавочное распределение задач Х^'осуществлено оптимально таким образом, что кавдая задача и^.еК^ резервируется в ВУ, укэ содержащем некоторую другую> задачу и^еХ^ т.о; для кпгдой и^;

п

где двоичная матрица I- 11 11, 1=Т7Е, 3=Т7п определяется как 2=ЭТо Э о X ( о -операция логического умноггаши матриц).

Причем двоичная матрица 3 = ц ц, 1=Т7П, 1=Т71, определяется как , если и^еК^ и 3^=0, если и^е^,

'югда показателем эффективности такого размещения задач является удовлетворение неравенству:

оопвЪ оспз1 уаг

Е Си, > С (АСга, + 2ДСяь ) и.^К 1 и.вК, 1 1

001^ 11 1 х где Си; - ресурсы памяти, расходуете условной частью од у'аг

1Л .являющейся общей для задач 1Г,<гК,,, Ст. -ресурсы памяти,

ИНД 11 1

расходуемые условной частью и1 , характеризующей индивиду-

оопз! уаг

йлыюсть задачи и^г-К-р дот^, дст^ - соответственно дополни-

тельные ресурсы,памяти, потребовавшиеся при реальном разделении задач на общую и йидивидуальную части.

Далее в работе рассматривается непосредственно распределение задач управления по ВУ, которое проводится в два этапа: на первом втапе (в условиях безотказного режима работы системы) осуществляется основной размещение задач управления по ВУ; на втором (при наличии огкчзов) выполняется дополнительное размещение этих задач.

Решение первой части задачи предполагает нахождение минимального числа п° ВУ. требуемых для выполнения основного размещения задач ынокества удовлетворяющего времешда ограничениям и ограничениям по памяти.

Временные ограничения сводятся к выполнению следующего нера-вэнства:

где г^ - время решения задачи и^; и^ } - множество за-

дач, размещенных в ВУ в соответствии с основным размещением, Ьц - число задач этого мнсжэства; Тт- период решения задачи; Вт - допустимый интерва." вреизни, в течение которого реаение задачи должно быть завершено, причем тт=йи=т|.

Для удовлетворения ограничения по памяти определяется нижняя граница требуемого минимального числа ВУ:

. 4= 3 У^у (

где 1X1 обозначаёт ближайшее к X целое число, большее, чем X; У^г суммарный объем памяти, требуемой для основного размещения задач множества в ВУ, определяемый как:

V Е V«

где у^ - объем памяти, требуемой для размещения задачи у*; П1

у^еП^ц, п°= и^Пц; в соответствии' с требованиями к основному

размещению множества Лц являются непересекающимися; у- ресурс памяти ВУ,

При конкретных значениях и v эта граница может не дости гаться вследствии недопустимости разделения всех вадач с целью их "плотной упаковки" в каждом ВУ. Поэтому в общем случае

пЗ'еп^.

Тогда для каждого ВУ М^ ограничение по памяти определяется следующим образом:

71 = Е 3 5=1>

На втором этапе распределения проводятся дополнительное размещение задач без увеличения исходного числа ВУ (№=№). Для его осуществления необходимо удовлетворять следующим требованиям.

1 .В любой состоянии Б^еЗ1 любая задача и^П^ долхна назначаться для решения только одному пеоткагееоему ВУ. Тогда с^-булево переменная; (1^=1, .если задача в состоянии назначается для репонпя в ВУ !1± а 4^=0 в противном случае, то есть

"У***

2. В состоянии для любого' нэотаазэЕзего ВУ необходимо выполнение ограничен^ по вре!.::н:1:

01" =Е < ДГ. , V

1 и ^аЛч я 1 . 1 "V

га ¡г

где АТ1- свободный временной ресурс 1-го ВУ.

3. Для каждого ВУ ¡.^ необходимо удовлетворен:» ■ ограничения по памяти:

£ Т. 7 й V?, 1=1...II

„в

и 4

где V? - свободный ресурс памяти ВУ; Уп^ = I, если копия задачи

ит размещается в ВУ Тз^О в противном случае.

Копия задачи и размещается з Е7 Г.!,, если задача назначена для

т 11

решения в данном ВУ хотя бы в одном состогаш! З^Б , где и=1...Н.

Поэтому:

V •ma1—L; 1=1 •••K (î)

4. Копия к8вд0й задачи umcq° додана быть размещена только в одном ВУ, т.е.

Е Y =1, v U 1*1 mi m i*f .

где Г - номер ВУ, для которого задача Um является собственной. В рассматриваемом случае, когда принято,что допустимое .число отказавших ВУ L = 1 и мноиества собственных задач различных ВУ Mi не пересекаются (1 = Î...II },непересекахпдмися являются и множества Пу задач, распределяемых для решения в неотказавших ВУ в СОСТОЯНИЯХ S.J.eS1, V=1...H.

Таким образом, задача построения требуемого дополнительного размещения задач Соз увеличения исходного числа ВУ, обозначаемого N=№, сводится к следущей задаче - найти допустимые наборы булевых переменные:

П d^ и , га = TTC» 1 = для каздого состояния S^cS1;

И Y и, m = ТП, i = T7ÎJ0 , mi

где Y -' матрица дополнительного размещения,определяемая выра-ni

нением (I).

Если указанная задача имеет решение при данном îî=îi°, то ото решение и обеспечивает минимальные затраты ресурсов системы С°=№с, соответствующие исходному числу ВУ. Если при Н=Н° решение не получено, то необходимо повторить процедуру, вводя h допол-ш!тельшх ВУ, число которых определяется исходя из объема недостающей • памяти ¿V соотношением:

h = ] AV/v [,

где

А7= Е ч - Vе ;'. U m

V0- общий свободный ресурс памяти всей систеш.

При этом, если в ходе основного размещения задач в ВУ М±

размещен программный модуль Ак, то

=

И

= 7<?т> +

если модуль Ак не размещен в ВУ при основном размещении.

Это решение соответствует минимально необходимому числу ВУ Н=№+ Ь и соответсвенно минимальным затратам ресурсов системы.

Изложенный подход позволяет размещать резервные копии задач в первую очередь в тех ВУ, которые уже содерият соответствующие этим задачам программные модули алгоритмов управления размещенные в ходе основного распределения.

В реальных промышленных условиях возникают ситуации, когда отказывает несколько ВУ. Тогда необходимо обеспечить функциональную живучесть ДСАР в условиях постепенной деградации систем.

В работе рассмативэется два варианта постепенной деградации системы: функциональная деградация, т.е. снижение функциональных способностей системы вследствие прекращения решения некоторых задач, и деградация по производительности т.е. снижение значения показателей производительности системы.

Для обеспечения 'работоспособности системы в условиях постепенной деградации, решаемые ДСАР задачи ранжируются по степени га важности с точки зрения влияния результатов решения на ф¿акционирование объектов управления. Каждой из .задач игл сопоставляется некоторая величгаа ргп, называемая весом задачи и характеризующая ее ваиюсть. Причем, более вазной задаче соответствует болья;й вес. Функциональные способности система-в каццем состоянии Бр оцениваются показателем называемым ййективностыо системы:

Ег> = 2 ,, № игЕеП

где П^- множество задач, которые система способна решать в состоянии Зг>. Очевидно, что для начального состояния Зг'^З0 справедливо о"= 0°.

Для разработанной. систем управления ваягость той или иной задачи и сценивается величиной потерь р , возникающих вследствие прекращеши решения данной задачи. Тогда Функциональные способ-

ности системы в состоянии Бг) характеризуются суммарной величиной потерь в этом состоянии:

V Е Рт ««

где множество задач, отбрасываемых системой в состоянии Бг>;

Для начального состояния множество Й1* пусто и ^,--0. При заданном числе ВУ и множестве состояний За находится дополнительное размещение задач в системе и распределение задач отказавших ВУ по неотказавшим для каждого состояния обес-

печивающие максимум величины Еу (или минимум Иг») при удовлетворении ограничений на временные ресурсы и ресурсы памяти каждого

ВУ. Формально данная задача представляется следующим образом:

£= Е f Е г <£ Pm-> шах. v Sv<£a (а)

iei = С * ts AT. v M.eHi . v Sv<£a 1 итеО£ ^"i Ш 1 1 ^ V

AYi = E Ym v- v! . 1=TTK°

1 л Dij m 1

и бП° ■i

(б)

(в)

E _ 1. V U «еП*. v S-.eS01, У = U (Г)

M^ ml m V v mi S^S^l

где ¿E* - та часть эффективности системы в cot оянии Sy, которая определяется выполнением в этом состоянии собственных задач отказавших ВУ, переданных работоспособным ВУ; - множество собственных задач отказавших ВУ для состояния Sv; - множество работоспособных ВУ для состояния Sv; - булева переменная, определенная при дополнительном размещении задач.

Если важность задач оценивается величиной потерь, то целевая функция имеет вид:

AJL, = Rjnax - Е f Е „<г р -> min,

где Я„тах= 2 г рга - максимальная величина потерь для состо-

У Ш . . '

яния Бг\ соответствующая отбрасыванию всех собственных задач отказавших ВУ в этом состоянии.

Третья_глава посвящена разработке архитектуры ДСАР, реализующей алгоритмы статического перераспределения задач управления в случае отказов ВУ.

С учетом функций возлагаемых на систему определены тип и топология ЛВС, осуществлен выбор физической реализации канала передачи данных и метода доступа к сетевым ресурсам.

Показано, что для обеспечения информационного взаимодействия систем НЦУ необходима однородная многосистемная сеть с распределенным управлением. На основе анализа наиболее распространенных топологий ЛВС для построения ДСАР, обоснована целесообразность использования кольцевой топологии. Она дзет возможность наиболее экономичного построения полносвязных сетей ЭВМ. в которых осуществляется взаимодействие каждой ЭВМ с любой другой с помощью единственного канала обмена; обеспечивает простоту организации передачи сообщений, имеющих нескольких адресатов; позволяет распределять 'задачи по вычислительным средствам различных классов и использовать свободные вычислительные ресурсы исправных элементов системы для компенсации отказов. Кроме того, она представляет большие возможности для функционального и. пространственного расширения системы. .

В качестве передающей среды выбран коаксиальный кабель, использование которого обеспечивает необходимую производительность сети и в дальнейшем позволит без дополнительных затрат перейти к волоконно- оптическим каналам связи.

И° применяемых в ЛВС методов доступа к передающей среде в наибольшей степени требованиям высокой надежности и производительности сети удовлетворяет протокол маркерного доступа, а наиболее предпочтительным способом обмена данными между сетевым контроллером и управляющей ЭВМ является прямой доступ к памяти, обеспечивающий высокое быстродействие и эффективность обработки больших потоков данных, которые имеют место в системах управления непрерывными технологически;.® процессами.

Далее в этой главе предложен комплекс научно-технических решений, позволяющий адаптировать выбранную ЛВС, для выполнения за-

дач цифрового управления непрерывными технологическими объектами. В частности, разработаны контроллеры и адаптеры ЛВС.

В качестве вычислительных средств для управления технологическим процессом и для отображения информации выбраны диалоговые вычислительные комплексы (ДВК) ( могут использоваться ДВК любых модификаций, например ДВК-2, ДВК-3, ДВК-ЗМ и др.).

Важным элементом комплекса технических средств разработанной . ДСАР, позволяющим реализовать стратегию отказоустойчивого управления, является многовходовое УСО. Созданное УСО позволяет подключить к объекту управления не менее двух ВУ, а также обеспечить резервирование по питанию, что делает возможным фиксировать выходные управляющие сигналы и входные сигналы с датчиков даже в случае исчезновения питающего напряжения сети. В работе приводится описание структуры и основных функциональных модулей разработанного УСО.

Результатом проведешшх исследований явилась разработка архитектуры аппаратного комплекса ДСАР, представленная нь рисунке!

Здесь I - кольцевая многосистемная однородная локальная вычислительная сеть с маркерным методом доступа и распределенным управлением, обеспечивающая передачу данных со скоростью от 3 Молт/сек на расстояние до I км меаду узлами сети.

2 - широкополосный коаксиальный кабель типа РК-75 с резервной линией;

3 - контроллеры локальной вычислительной сети, реализующие физический уровень протокола сетевого обмена данными;

4 - адаптеры локальной вычислительной сети, обеспечивающие коммутацию универсального КЛС с вычислительными узлами сети

в рейке прямого доступа .к памяти;

5 - вычислительные узлы ДСАР, реализованные на базе кикро -ЭВМ ДВК и осуществлякске непосредственное цифровое управление •технологическим* процесса;,ш и поддержу сетевых протоколов удаленного вызова операций. Вычислительные узлы имеют в своем составе технические средства, обеспечивающие их взаимосвязь с УСО и вычислительными средствами верхнего уровня управлешхя;

6 - вычислительные узлы ДСАР, реализованные на базе микро-ЭВМ ДВК и осуществляющие поддержку человеко-машинного диалога, протоколов удалешого вызова операций, отображения состояния процессов управления и первичную переработку технологической информации для последующей передачи на верхние уровни уп-

Ci

I I

e

к

4

э

и

5

равления. Эти узлы осуществляют также связь с верхним уровнем управления по выделенным каналам связи, что снимает дополнительную нагрузку с управляющих ЭВМ;

7 - многовходовое"устройство сопряжения с объектом, предназначенное для коммутации датчиков и исполнительных механизмов, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования исходной-технологической информации и управляющих воздействий и обеспечения доступа к ним со стороны подключенных к УСО станций сети:

8 - стандартные датчики технологической информации и исполнительные механизмы, установленные непосредственно на технологических объектах управления)

9 - вычислительные средства верхнего уровня управления, решающие задачи оптимизации управления технологическими процессами;

10 - выделенные каналы связи между ДСАР и вычислительными средствами верхнего уровня управления;

11 - сетевые адаптеры СПй-15, обеспечивающие сопряжение меаду станциями связи с оператором и ЭВМ, верхнего уровня управления;

12 - платы сопряжения вычислительных средств ДСАР с УСО. обеспечивающие его многовходовость.

В_Нх11?ртой_главе рассмотрены вопросы промышленной реализации ДСАР на двух установках первичной переработки нефти (ПЩ) п установке двухступенчатого каталитического крекинга (ДСКК) Ново- Бакинского нефтеперерабатывающего завода.

Приводится краткое описание технологического куста, включающего эти установки, и осуществляется его исследование как объекта автоматического управления. В результате- выявлены основные управляющие, управляемые и возмущающие воздействия.

В основу внедренной системы положена разработанная архитектура ДСАР, реализующая задачи НЦУ режмными технологическими параметрами, и обеспечивающая отказоустойчивость системы решением задачи статического перераспределения при отказах средств управления.

Функционирование системы происходит следующим образом. При первоначальном запуске системы происходит телезагрузка операционных систем и программного обеспечения в станции связи с операторами, реализованными на базе ДВК и установленных в one-

раторшх установках ППН и ДСКК. Затем происходит загрузка программного обеспечения задач контроля и управления технологическими процессами в микро-ЭВМ. По зэвериении процедуры первоначальной загрузки и получении соответствующего сигнала, оперативный персонал осуществляет инициацию системы в режиме нормального функционирования. Опрос режимных параметров технологических процессов осуществляется независимо каждой установкой по соответствующим алгоритмам опроса датчиков с периодам? дискретности, заданными на этапе проектирования систем!. Результаты опроса заносятся в глобальные таблицы настроечных параметров, расположенные в соответствующих станциях связи с операторами. Кроме того, данные опроса передаются по каналу связи в соседние рабочие станции для их дублирования. Информация о текущем состоянии технологического процесса, хранящаяся в глобальных таблицах настроечных параметров, используется алгоритмами человеко-машинного диалога для ее отображения на видеотерминалах рабочих станций. Вычисленные истинные значения рекимшх параметров по управляемым- установкам обрабатываются соответствующий! алгоритмами формирования управляющих воздействий и заносятся в глобальные таблицы настроечных параметров соответствующих станций связи с объектами.

Возникновение отказов ДСАР диагностируется алгоритмам! тестирования с точностью до узла, 'Тестирование производится параллельно с решением задач контроля и управления с отображением не-щтатных ситуаций на видеотерминалах рабочих станций. • В случае обнаружения отказа одной из-станций связи с объектом ¡фоисходит инициация алгоритма перераспределения вычислительных ресурсов системы, в результате которой в исправных станциях связи с объектом активизируются контуры регулирования, соответствующие контурам регулирования отказавшей станции. Подхват управления тех-нолог^чг зклх процессов в точке возникновения отказа управлявшей этими процессами рабочей станции обеспечивается наличием дублированной оперативной технологической информации в глобальной таблице настроечных параметров станции связи о объектом, взявшей на себя функции отказавшей. Сформированные таким образом управляющие воздействия передаются на соответствующее устройство сопряжения с объектом. При обнаружении отказа одной из станций связи с оператором, функции поддерзвния человеко-машинного диалога передаются на станцию связи с объектом. При сбое по питанию инициируется алгоритм .асарийной перезагрузки, поз-

волящий восстановить программное обеспечение отказавшей станции на момент возникновения сбоя.

После устранения отказа происходит автоматический переход ДСАР в основной режим.

В работе значительное внимание уделено математическому, информационному и техническому обеспечению системы.

Математическое обеспечение ДСАР включает модули: управления технологическими режимами; связи с обслуживающим персоналом; поддержки обмена информацией по сети; связи с верхним уровнем; обеспечения отказоустойчивости ДСАР. ._

Информационное обеспечение ДСАР формирует информацию о текущем состоянии технологического процесса; о текущих управляющих воздействиях на входах исполнительных механизмов; о контурах регулирования режимных параметров; о текущем состоянии технических средств системы; о текущем. распределении вычислительных ресурсов; информацию от. оперативного персонала установки.

ПО ДСАР состоит из трех основных пакетов: ПО,' реализущего алгоритмы НЦУ; ПО, реализущего алгоритма статического перераспределения задач управления; ПО, реализующего сетевые протоколы обмена данными и вспомогательного программного обеспечения, реализующего функции связи с оператором и средствам! верхнего уровня управления. Все ПО ДСАР реализовано на объектно-ориентированном языке СИ.

Подробно рассматривается комплекс программ по обеспечению отказоустойчивости ДСАР- PATO, состоящий из следующих программны! модулей: HADDSP, KUTTS, РОМЕТКА, SELKPS, С ;REC.

Комплекс программ FAT0 для своего нормального функционирования требует наличия сетевого программного обеспечения кольцевой локальной сети объектно-ориентированной архитектуры, прикладного программного обеспечения ШС п операционной среды ТМОС ДВК. Комплекс программ FAT0 является распределенным и размещается во всех станциях ДСАР. Он .предназначен для обеспечения непрерывного решения прикладных задач управления технологическими процессами в условиях отказов отдельных вычислительных средств путем оперативного перераспределения управлявши функций отказавших элементов системы управления по вычислительным ресурсам исправных при поддержании безударности подобного перехода. Запуск комплекса программ PATO осуществляется непосредственно после

загрузки программного обеспечения ДСАР.

Работа комплекса заключается в выполнении четырех основных функций:

- тестирование состояний станций ДСАР и обнаружение отказавших узлов;

- определение вычислительных ресурсов, резервирующих отказавшую станцию ДСАР;

- активизация дублей прикладных задач, " потерянных" при отказах вычислительных средств ДСАР;

- восстановление первоначальной конфигурации системы после устранения отказа.

Тестирование вычислительных средств ДСАР предполагает периодическое самотестирование станций ДСАР и выдачу сообщений о своей неисправности в магистральный капал связи, а также периодическое взБКмотестирование станций ДСАР на предмет выявления возникающих отказов.

Определение отказа' станции ДСАР осуществляется на основе принципа "презумпции виновности",• то есть станция-сети считается неисправная при непоступлении от нее сообщений, подтверждающих ее исправность в заданные интервалы времени.

Поскольку взаимотестирование узлов сети производится полносвязно, то "факт отказа становится- известным всем исправным узлрм сети. При этом осуществляется распределенный поиск вычислительных ресурсов, обладэпзж программной еокгостостью оперативного подхвата фуюодгй отказаг^еЯ: стащил сзтп. Далее происходит активизация дублей прикладных задач, находящихся в найденных на предыдущем ааге вычис.отелышх ресурсах.

Процесс- восстановления первоначальной конфтгурации системы начинается в иолеит поступления сигнала, подтверждающего исправность ранее отказавшей станина ДСАР в магистральный канал связи.

Далее обсуждачтся результата внесения ДСАР на Ново-Вакинском нефтеперерабатывающем ззподе.

Оценка достоверности результатов нсслздований проведена в реальных прогааленннх условиях. Результаты покагивают високую надежность функционирования ДС*Р.

преаставхена доздгтзага, годтверядаяцве внедре-"й" рг|Г5р8ботилно1 систем« и £рогкенти програкл, обеспечивактах - я-<оусюЯч"г-ость ДСАР.

го -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ технологических процессов в нефтепереработке как объектов управления показал, что в силу их.повышенной взрыво- и пожароопасное™, к надежности и отказоустойчивости систем НЦУ предъявляются повышенные требования.

2. Показано, что перераспределение задач управления, в случае отказа вычислительного узла, . между работающими узлами является наиболее приемлемым подходом, удовлетворяющим требованиям отказоустойчивости.

3. С использованием построенной математической модели разработаны алгоритмы статического перераспределения задач отказавшего устройства, реализующие концепцию отказоустойчивости системы.

4. Предложена архитектура ДСАР на основе ЛВС кольцевой топологии, реализующая функции перераспределения задач управления при отказах вычислительных узлов.

5. Обоснован выбор комплекса технических средств отказоустойчивой ДСАР, включающий как серийно выпускаемые промышленность») устройства, так и специально разработанные. В частности разработано многовходовое устройство сопряжения с обьектами управления, обеспечивающее отказоустойчивый доступ к объектам управления, модульный принцип построения которого позволяет оперативно осуществлять сопряжение с конкретным объектом управления.

6. Разработанная ДСАР введена в промышленную эксплуатацию на НовоБакинском нефтеперерабатыващем заводе. Экономический эффект от внедрения системы составил 345 тыс.рублей з год.

Основное содеряагаю диссертационной работы отражено в следующих печатных работах:

1. И.Х.Муратов, И.Р.Ашурбейли, А.В.Альиванг. Микропроцессорная магистрэльно-модулъная система управления технологическим процессами нефтепереработки // Материала 2 Республиканского совещания- семинара по созданию и внедрению в народное хозяйство республик.! микропроцессор™* средств и систем.- Баку, 1937.- С. 10.

2. И.Х.Муратов, И.Р.Ашурбейли, А.В.Альшванг. Нежесткое распределение прикладных задач как принцип построения -высоконадежных управляющих комплексов // Тезисы ■ докладов Всесоюзного семинара "Проблемы создания и производства высоконадежных систем и комплексов для промышленных АСУ на базе малых и микро-ЭВМ".-М., 1988. - С.65.

3. И.Х.Муратов, И.Р.Ашурбейли. А.В.Альшванг. Некоторые методы обеспечения живучести распределенной системы реального времени/в сборнике "Живучесть и реконфигурация информационно - вычислительных и управляющих систем" // Тез. док. II Всесоюзного семинара.- М., 1988.- С.208-209.

4.И.Х.Муратов, И^Р.Ашурбейли, А.В.Альшванг. Отказоустойчивая распределенная система управления технологическими процессами в нефтепереработке // Информатика и вычислительная техника. Тематический сборник научных трудоЕ.- Баку, 1988.- С.103-110.

5.Е.Н.Турута,И.Х.Муратов,И.Р.Ащурбейли,А.В.Альшванг. Принципы организации ЛВС для управления непрерывными технологическими процессами // Локальные вычислительные' сети: Тез. док. на 3-ей Всесоюзной конференции .- Рига: ИЭВТ, 1988, Т.1.- С.28-30.

6.И.Х.Муратов, И.Р.Ашурбейли, А.В.Альшванг. Структура прикладного программного обеспечения управляющих микро -ЭВМ в отказоустойчивой АСУ ТП // Тезисы докладов Всесоюзной научно - технической конференции "Контроль и управление в современном производстве".^.- 1988.- С. 165-166.

7. И.Х.Муратов, И.Р.Ашурбейли, А.В.Альшванг. Локальная сеть ЭВМ для управления технологическими процессами // Автоматизация процессов управления. Тем.сборник науч. трудов.- Баку: АзИНЕФТЕ-ХШ, 1989.- С.107-110.

8. И.Х.Муратов, И.Р.Ашурбейли, А.В.Альвванг. Комплекс технических- средств для управления процессами реального времени // Математическое и техническое обеспечение средств измерения. Те-матич.сборник науч. трудов.-Баку: АзИНЕЖТЕХИМ, 1989.- С.81- 85.