Необходимость создания систем для автоматизированного проектирования и/или разработки МИЛР возникает вследствие высокой сложности программной реализации системы продукционных правил (СПП), которая напрямую зависит от количества термов, используемых для представления переменных [2].

МИЛР являются альтернативной ступенью развития нечетких регуляторов в плане повышения быстродействия систем автоматического регулирования на их основе, расширения области применения и снижения взаимного влияния контуров регулирования.

Отличительной особенностью структуры МИЛР является отсутствие в ней элементов обработки продукционных правил. Так, в каждом цикле работы МИЛР в процессе сканирования значений непрерывных величин формируется ID-номер, или ключ, продукционного правила, используемый для определения комбинации значений управляющих воздействий в текущий момент t. Комбинации значений управляющих воздействий МИЛР хранятся в массиве или базе данных (зависит от технических характеристик используемых устройств автоматизации).

На рисунке 1 приведена блок-схема МИЛР с n входными параметрами X, k и m выходными параметрами Z и Y, где И₁, …, И_n – интервализаторы, а Д₁^(Z), …, Д_k^(Z) и Д₁^(Y), …, Д_m^(Y) – деинтервализаторы МИЛР; N_min, N_тек и N_max – минимальный, текущий и максимальный ID-номер продукционного правила в массиве значений управляющих воздействий в блоке логического вывода (БЛВ) с регулирующей и компенсационной СПП (РСПП и КСПП соответственно); # – элемент ID-номера продукционного правила БЛВ, формируемого из номеров термов T(X₁), …, T(X_n) и T(Z₁), …, T (Z_k).

Рисунок 1 – Блок-схема МИЛР с минимизированным временем отклика

В МИЛР, в связи со спецификой работы, взамен стандартных для нечетких регуляторов (НР) понятий “фаззификации” и “дефаззификации”, введены понятия “интервализации” и “деинтервализации”, определенные ниже [3].

Интервализация представляет собой процесс определения принадлежности значения непрерывной величины МИЛР тому или иному интервалу, входящему в диапазон значений данной величины.

Деинтервализация – процесс, обратный интервализации, то есть выделение требуемого значения непрерывной величины из интервала, входящего в диапазон значений данной величины.

Интервализаторы и деинтервализаторы МИЛР представляют собой блоки, реализующие процессы интервализации и деинтервализации соответственно.

ID-номера продукционных правил МИЛР с n входными, k и m выходными параметрами будут расположены в диапазоне от N_min до N_max. Правило, ID-номер которого равен 0 предназначено для контроля состояний непрерывных величин и называется “нулевым”, или аварийным, правилом.

На рисунке 2 изображена структурная схема системы автоматизированной разработки МИЛР “САР МИЛР”, разработанной автором (стрелками обозначены внутренние связи между отдельными блоками “САР МИЛР”, каждый из которых является самостоятельным элементом).

Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматизированной разработки МИЛР

Редакторы блоков интервализации и деинтервализации предназначены для создания или редактирования параметров интервализаторов и деинтервализаторов непрерывных физических величин МИЛР с целью дальнейшего преобразования их кода в форматы языков программирования международного стандарта IEC 61131-3 [4].

Редактор правил и управляющих воздействий предназначен для создания и редактирования СПП МИЛР и выполняет следующие основные функции:

– создание и/или редактирование СПП МИЛР с учётом логических связей с редакторами интервализаторов и деинтервализаторов;

– интегрирование СПП в структуру МИЛР;

– проверка правильности вводимых с клавиатуры данных;

– преобразование программы МИЛР в форматы языков программирования, описанных в стандарте IEC 61131-3;

– графическое отображение СПП МИЛР.

Для создания СПП в редакторе реализован собственный графический язык программирования, получивший название STEP GRAPH и основанный на системе интервализаторов и деинтервализаторов МИЛР. При создании правила в редактор продукционных правил добавляются отрезки числовых осей всех входных блоков МИЛР, которые поделены на области, или термы, отмеченные красным цветом. В редактор управляющих воздействий при этом будут добавлены отрезки числовых осей всех выходных блоков МИЛР. Логические переменные будут представлены в виде отрезков, разбитых на две области, которые соответствуют состояниям “0″ и “1″ соответственно [5].

Принцип работы со STEP GRAPH базируется на создании продукционных правил путём выделения необходимых областей, или термов, переменных МИЛР [6]. Для этого надо кликнуть мышью по требуемой области отрезка числовой оси, при этом термы будут автоматически окрашены в зелёный цвет.

На рисунке 3 представлен скриншот главного окна “САР МИЛР”.

Рисунок 3 – Скриншот главного окна “САР МИЛР”

Проектирование и разработка МИЛР с использованием программы “САР МИЛР” позволяет снизить затраты времени в плане:

– создания систем интервализаторов/деинтервализаторов МИЛР с нужным числом, характером и порядком распределения термов непрерывных величин;

– создания и редактирования СПП в графическом языке программирования STEP GRAPH;

– проведения семантического анализа структуры МИЛР с целью выявления логических ошибок или отклонений от концепции построения;

– генерации программ МИЛР для промышленных контроллеров в формате языков программирования, описанных в международном стандарте IEC 61131-3.

Главным требованием при планировании объектов нефтехимического производства является обеспечение максимального уровня безопасности населения, обслуживающего персонала предприятия, а также минимальное воздействие на состояние окружающей среды.

Компоновка и размещение производственного оборудования на предприятиях рассматриваемого технологического направления должно обеспечивать:

- безопасность и удобство эксплуатации;

- доступность для возможности организации ремонтных работ, предотвращения и ликвидации аварий;

- доступность оборудования для визуального контроля качества ремонтных работ [1-4].

Для эффективного выполнения данных требований с учетом итерационного характера проектирования объектов нефтехимии широкое распространение получили различные системы автоматического проектирования (САПР). Применение данного программного обеспечения позволяет обеспечить иной подход к проектированию и уровню безопасности ОПО.

Основной идеей твердотельного моделирования является обеспечение непротиворечивого представления физических тел в объеме и корректное оперирование добавлением (удалением) различных материалов. Это позволяет задать нужные параметры моделируемого физического объекта (масса, инерция, центр тяжести и т.д.), ответственные за эффективность конструкции изделия (технологического узла).

Главными преимуществами трехмерного моделирования являются:

1) экспресс формирование чертежей (автоматическое построение различных проекций объекта на основании его трехмерной модели);

2) значительная экономия времени получения изометрических видов объекта по сравнению с использованием стандартного черчения;

3) возможность взвешенной оценки объемно-планировочных работ, проверки правильной взаимной увязки технологического оборудования на этапе проектирования;

4) быстрое получение конечного результата при внесении модификаций при проектировании;

5) значительное повышения уровня и кратное уменьшение времени проектирования опасных производственных объектов [5-7].

Исторически сложилось два сегмента систем автоматического проектирования: нижнего и верхнего уровней. Основными критериями разделения стали функциональные возможности и стоимость. В 80-х годах прошлого века среди САПР нижнего уровня преобладали различные модификации программы AutoCAD и подобные ей системы. Они обладали ограниченным функционалом, однако работали на любых персональных компьютерах и были дешевы. САПР верхнего уровня с большими функциональными возможностями, и вместе с тем высокими требованиями к компьютерам (требовались мощные графические станции) и высокой стоимостью были представлены такими программами как CATIA, Unigraphics и многими другими.

В 90-х годах появился новый класс программных продуктов – это, так называемые CAD-системы (computer-aided design – автоматизированное проектирование) среднего уровня. Они совместили в себе достоинства существующих на тот момент систем автоматического проектирования верхнего и нижнего уровня. От САПР верхнего уровня они переняли возможности твердотельного моделирования, от САПР нижнего уровня – открытость интерфейса (возможность написания прикладных программ) и невысокую стоимость.

В настоящее время системы автоматического проектирования представлены широким рядом программных продуктов, которые интегрированы под операционную систему Windows любой модификации, имеют сквозную параметризацию и открытый интерфейс.

Наибольшее распространение среди данных программных продуктов на промышленных предприятиях России, в том числе и в нефтехимической отрасли получил пакет SolidWorks. Это система трехмерного параметрического моделирования механических конструкций и узлов, спроектированная под работу в операционной системе Windows. Она позволяет оформлять конструкторскую документацию в полном соответствии с ЕСКД, однако не покрывает всех потребностей отечественных разработчиков, как в поддержке стандартов нашей страны, функциональности и простоте интерфейса.

Как показывает опыт применения новейших систем САПР при реализации объемно-планировочных решений на ОПО [7], твердотельное параметрическое моделирование позволяет: значительно сократить время разработки, снизить количество ошибок, повысить уровень промышленной безопасности опасных производственных объектов уже на стадии проектирования.

Таким образом, резюмируя результаты статьи необходимо отметить следующее:

- трехмерное моделирование и системы автоматического программирования необходимо широко применять при проектировании опасных производственных объектов, в частности, при проектировании сложных технологических комплексов нефтехимических предприятий;

- необходима доработка современных программных пакетов САПР в части расширения функционала и адаптации к российским стандартам;

- так как применение САПР напрямую влияет на безопасность функционирования систем опасных производственных объектах, необходима разработка отечественного программного продукта, либо субсидирования затрат на покупку и обучения персонала работе на западных программных продуктах.