CC BY
115
4. Скенлон Л. Персональные ЭВМ IBM PC и XT. Программирование на языке ассемблера. М.: Радио и связь, 1989. 336 с.
5. Ширяев А.Н. Вероятность. М.: Наука, 1989. 640 с.
Клинцов Григорий Николаевич, асп., argon-eldar@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларкин Евгений Васильевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
SEMI-MARKOV MODELING OF ALGORITHMS THE PROGRAM EXECUTION ON A COMPUTER
G.N. Klintsov, E.V. Larkin
A process program execution on a computer is described. The detailed analysis of modeling algorithms based on semi-Markov chains is given.
Key words: algorithm, computer, CPU, semi-Markov processes, probability distribution, the instruction pipeline.
Klintsov Grigoriy Nikolaevich, postgraduate, argon-eldar@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larkin Eugene Vasilyevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, elarkin@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.236.732
РЕАЛИЗАЦИЯ ИНТЕРФЕЙСА УПРАВЛЕНИЯ ТОННЕЛЕПРОХОДЧЕСКИМ КОМБАЙНОМ В ПРОГРАММНОМ ПАКЕТЕ 8СЛБЛ
Г.Н. Клинцов, Е.В. Ларкин
Описывается общая схема управления проходкой тоннелепроходческого комплекса КТПМ 5,6. Рассмотрены вопросы реализации алгоритма управления в системе SCADA. Также описывается интерфейс удалённого управления роторного тоннелепроходческого комбайна, который является сложным мехатронным комплексом.
Ключевые слова: тоннелепроходческий комплекс, копир-резец, ротор, программируемый логический контроллер, алгоритм управления, человеко-машинный интерфейс.
Тоннелепроходческий комплекс КТПМ - 5,6 является сложной динамической системой, включающей в себя многие параметры контроля процессов проходки, что означает наличие функций, выполняемых человеком (оператором).
Важнейшим требованием управления сложным тоннелепроходче-ским комплексом является обработка информации в режиме реального времени, что обусловлено необходимостью доставки всех необходимых событий, сообщений и данных на центральный интерфейс оператора. Предъявляются также особые требования к недопущению ошибок управления, т.к. при прокладке туннелей такие ошибки могут понести за собой большие материальные и даже людские потери. Ещё одним немаловажным требованием является возможность удалённого управления и мониторинга процессов, протекающих при горной проходке.
Взаимодействие между оператором и комплексом, удовлетворяющее данным требованиям, можно осуществить с помощью программного обеспечения, получившего общее название 8СЛОЛ.
Вначале на основании сигналов ввода-вывода был разработан алгоритм управления комплексом КТПМ - 5,6 (рис. 1). Данный алгоритм представляет собой последовательный опрос состояния различных элементов системы и отправку соответствующих сигналов управления.
К элементам тоннелепроходческого комплекса относятся:
1) маслостанция №1 вращения ротора;
2) маслостанция №2 вращения ротора;
3) маслостанция щитовых гидроцилиндров;
4) маслостанция охлаждения и фильтрации;
5) система вентиляции;
6) магистральный конвейер;
7) щитовой конвейер;
8) система гидроцилиндров;
9) элероны;
10) копир-резцы;
11) гидродвигатель продольного перемещения ротора;
12) гидродвигатель вращения ротора.
Алгоритм управления тоннелепроходческим комплексом в упрощённом виде представляет собой последовательный опрос различных элементов системы и управление ими. Блок управления маслостанциями включает в себя запуск и остановку маслостанции вращения ротора №1, маслостанции вращения ротора №2, маслостанции щитовых гидроцилиндров и маслостанции охлаждения и фильтрации. Блок управления копир-резцом содержит в себе выбор двух доступных резцов, тип реза «Кольцо» или «Серп», величины выдвижения и угла реза. Выбор режима работы осуществляется из трёх доступных режимов: «Проходка», «Установка блоков» и «Общий стоп».
1. Режим «Проходка» предполагает полное управление рабочим органом комплекса КТПМ - 5,6.
2) При выборе режима «Установка блоков» блокируется запуск гидродвигателей отвечающих за вращение и выдвижение ротора, а также становится возможным управление элеронами и системой гидроцилиндров.
3) В режиме «Общий стоп» производится штатная общая остановка комплекса.
Управление магистральным и щитовым конвейерами осуществляется при помощи выбора направления подачи, скорости подачи, запуском и остановкой конвейеров. Блок управления элеронами включает в себя выбор левого или правого элерона, их повороты вверх и вниз, а также выдвижение или втягивание выбранного элерона. Блок управления гидроцилиндрами содержит выбор одного из 21 имеющегося гидроцилиндра, его выдвижение или втягивание, остановку, установку в исходное положение. Следует отметить, что при управлении гидроцилиндрами необходим выбор режима «Установка блоков» и элероны должны быть втянуты. Блок управления перемещением и вращением ротора состоит из установки скорости направления вращения ротора, пуска и остановки вращения, направления и скорости подачи, пуска и остановки подачи. При проходке должен быть выбран соответствующий режим и выдвинуты элероны. После опроса всех элементов комплекса данные о его работе выводятся на интерфейс оператора и, если не послан сигнал штатной или аварийной остановки, цикл опроса повторяется. В противном случае происходит остановка комплекса.
Затем алгоритм управления был реализован с помощью интегрированной в систему управления тоннелепроходческого комплекса КТПМ -5,6, системы SCADA.
При реализации системы управления комплекса был использован программируемый логический контроллер Modicon M340, а также модули входа BMX DDI6402K, модули выхода BMX DDО6402K и модули аналоговых сигналов BMX AMI 0410. Контроллеры семейства Modicon используют протокол обмена данными Modbus, поэтому для связи промышленного контроллера с системой MasterSCADA воспользуемся программой MasterOPC.
Modbus-сервер состоит из узла, называемого «Последовательный порт» включающий в себя устройство Modicon M340, имеющее входы и выходы в виде 16-битных слов со своим адресом. Устройство имеет 12 входов, первые 5 из которых являются закодированными дискретными сигналами, а остальные 7 - аналоговыми. Также имеются 3 выходных сигнала, которые являются закодированными дискретными сигналами выхода. С помощью данного сервера MasterSCADA сможет связываться с ПЛК Modicon M340 для обмена информацией.
151
На основе имеющихся данных разработан программный продукт в системе М^е^САОЛ. Он состоит из двух функциональных частей: дерева Системы и дерева Объектов, которые обеспечивают реализацию взаимодействия входных и выходных сигналов комплекса.
Начало \
Ввод данных по системе с _датчиков и кнопок управления
Рис. 1. Алгоритм управления тоннелепроходческим комплексом КТПМ - 5,6 при помощи ЭВМ
В дереве Системы настраиваются элементы проекта, которые отвечают за распределение выполняемой задачи между имеющимися компонентами. Также реализована возможность производить распределенное управление технологическим процессом и обмен данными с аппаратными средствами (с помощью ОРС-серверов). В данном проекте дерево системы (рис. 2, а) состоит из компьютера оператора, который содержит МоёЬиБ ОРС-сервер. В данном сервере находится «Последовательный порт», полностью соответствующий структуре узла сервера МаБ1егОРС.
Дерево Объектов (рис. 2, б) предназначено для размещения в нем Объектов, которые отвечают за порядок вычислений, выбор компьютера, содержат Функциональные блоки, Переменные и их Группы, управляют доступом к внешним данным. В дереве Объектов для данного проекта находятся 2 объекта: «КТПМ-5,6» и «Работа со словами».
Объект «КТПМ-5,6» состоит из нескольких групп. В этих группах находятся 8СЛОЛ-переменные, отвечающие за индикацию различных состояний системы, в том числе и индикации аварий. Также определённые переменные можно изменять во время работы системы для осуществления управления тоннелепроходческим комплексом. Для устранения непредвиденных аварийных ситуации в программный продукт также были введены макросы, предотвращающие нажатие нескольких кнопок управления одного исполнительного устройства, запрета выбора нескольких гидроцилиндров одновременно, макросы, производящие аварийную или штатную остановку комплекса, и макросы, блокирующие управление рабочим органом КТПМ - 5,6 во время установки блоков крепи горной выработки.
Объект «Работа со словами» состоит из функциональных блоков вычислений двух видов: упаковки 16 дискретных значений в аналоговый сигнал и распаковки аналогового сигнала на 16 дискретных значений. В данном объекте происходят кодирование сигналов от оператора и пересылка полученного кода в ПЛК через МоёЬш-сервер, а также приём кодированного сигнала от ПЛК и его расшифровка с последующей передачей полученных сигналов в соответствующие переменные 8СЛОЛ.
д щ Объект Е КТПМ-5,6
Е-Сигналы идикации Е |=| Режим работы Е Управление вращением ротора Е Управление Копир-резцом
Управление перемещением ротора 0Управление вентиляцией В ^ Управление конвейерами е{~| Управление Щитовыми гидроцилиндрами Ш-^ Управление Элеронами Ш Щ Управление маспостанциями
Работа со словами Е- :1*х Упаковка 16 значений слово_1 Е-:1*х Упаковка 16значений слово_2 |+]- :1*х Упаковка 16 значений слово_3 щ :(*х Упаковка 16 значений слово_4 Е- Упаковка 16 значений слово_5 Е-хН: Распаковка аналогового 16 слово_15 Е-хН: Распаковка аналогового 16 слово_16 Е-ХН: Распаковка аналогового 16 слово_17
б
Рис. 2. Система управления тоннелепроходческим комплексом КТПМ - 5,6, интегрированная в систему Ма81вгЗСЛВЛ: а - дерево Системы Ма81вгЗСЛВЛ управления КТПМ-5,6; б - дерево Объектов Ма81вгЗСЛВЛ управления КТПМ-5,6
E-JJ Компьютер Оператора
0DPC In SAT Mod bus OPC Server DA й Последовательный порт &Щ Mod icon M340
Й H BMX DDI64Q2K Входы Слово_1 Слово_2 Слово_3 Щ Слово_4 Слово_5 {^j Слово_6 Слово_7 Щ Слово_8 Спово_9 Слово_10 Слово_11 Слово_12 ВЩ BMXDD06402K Выходы Слово_15 Слово_1б Слово_17 Слово_18 Слово_19 - (ф Слово_20
а
Для управления тоннелепроходческим комплексом КТПМ - 5,6 в системе MasterSCADA был создан соответствующий интерфейс управления. Он представляет собой стандартные окна ОС Windows с расположенными на них элементами управления.
Интерфейс состоит из пяти основных окон:
1) окно главной панели управления КТПМ -5,6;
2) окно управления набором гидроцилиндров;
3) окно систем маслостанций и вентиляции;
4) окно управления вращением и перемещением ротора;
5) окно копир-резца и элеронов.
На рис. 3 изображено окно главной панели управления тоннелепроходческим комплексом. Оно состоит из аварийной сигнализации износа копир-резцов, положения шиберного затвора и кнопки штатной остановки. Также отображается индикация основных режимов работы комплекса. Невозможность управления режимами и некоторыми другими функциями через интерфейс оператора связано с тем, что наиболее важные элементы управления реализованы механически и располагаются непосредственно на рабочем месте оператора. В правой части окна находятся кнопки, отвечающие за открытие новых окон управления. Под ними расположены часы реального времени.
Рис. 3. Окно главной панели управления КТПМ -5,6 в системе Мй81егЗСЛВЛ
Окно управления набором гидроцилиндров (рис. 4) представляет собой окружность со схематично расположенными лампами индикации выбора текущего гидроцилиндра. Также присутствуют кнопки втягивания, выдвижения и сброса гидроцилиндра. Установка скорости подачи осуще-
ствляется с помощью всплывающего окна и клавиатуры. Переключение и остановка гидроцилиндров происходят непосредственно на рабочем месте оператора.
Глароцилк'ндры (КТПМ-56)
11 12
,0 80
' о
Схема радположения
О
14
О
6 v } гидроци|линдров .0
<°о
3
Ô
20
15 )16
17 18
çxya
2 Y 21
Управление гидроцилиндром Гидроцилиндстоп
Выдвижение ГЦ Выкл Втягивание ГЦ Выкп Сброс ГЦ Выкп
Скорость подачи ГЦ 0 мм/мин
Рис. 4. Окно управления набором гидроцилиндров комплекса КТПМ -5,6 в системе Ма$1ег8САОА
На рис. 5 представлены оставшиеся окна управления системами тоннелепроходческого комплекса.
г мтиляцуя (К
Маслостанции
Маслостанция №1 вращения ротора
Пуск Выкл
Стоп Выкл
Маслостанция №2 вращения ротора
Пуск Выкл j Стол Выкл Маслостанция перемещения ротора
Пуск Выкл j Стол Выкл
Маслостанция щитовых гидроцилиндров
Пуск Выкл
Стоп Выкп
Маслостанция фильтрации и охлаждения
Пуск Выкл
стоп Выкл
Производительность маслостанции 0 %
Система вентиляции
Пуск Выкл j Стоп Выкл
а
Пуск Выкл
Стоп
□
Направление вращения
Вправо
Скорость вращения Ротора 0 об/мин
Перемещение ротора
Вперед Выкл | Назад Выкп
Остановка ротора Скорость подачи 0 мм/мин
Копир-резцы Выбор копир-резца Тип копир-резца
Копир резец №1 Тип "Серп"
Величина выдвижения О мм Направление реза 0
Элероны Движение элерона
Выдвижение Выкп
Втягиваете Выкл
Поворот элерона
Вверх Выкл Вниз Выкп
Выбор элерона
Левый элерон
в
Рис. 5. Окна управления в системе MasterSCADA: а - маслостанциями и вентиляцией; б - вращением и перемещением ротора; в - копир-резцами и элеронами
Окна управления маслостанциями и вентиляцией (рис. 5, а) включают в себя кнопки запуска и остановка пяти маслостанций и системы вентиляции комплекса, а также ввод производительности маслостанции охлаждения и фильтрации.
Окна управления вращением и перемещением ротора (рис. 5, б) позволяют управлять рабочим органом с помощью кнопок запуска вращения, перемещения ротора вперёд и назад. Задание частоты вращения и подачи осуществляется с клавиатуры. Остановка вращения и перемещения ротора показана в виде ламп индикации, т.к. эти кнопки выполнены механически.
Окно управления копир-резцами и элеронами (рис. 5, в) позволяет выбрать с помощью кнопок один из двух копир-резцов и тип реза, задать с клавиатуры величину выдвижения в миллиметрах и направление реза. Для управления элеронами кнопками задаются выбор элеронов, их втягивание и выдвижение, а также повороты вверх или вниз.
Таким образом, применение системы SCADA при управлении механизированным тоннелепроходческим комплексом КТПМ 5,6 позволило добиться адекватного отображения процессов проходки в реальном времени и реализовать удалённое управление комплексом, что является немаловажным преимуществом при прокладывании туннелей. Интерфейс удалённого взаимодействия позволяет в полной мере осуществлять мониторинг и управление механизированным тоннелепроходческим комплексом КТПМ - 5,6 в доступной для оператора форме.
Список литературы
1. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд изнутри. М.: Изд-во «РТСофт», 2004. 176 с.
2. Динамика следящих приводов / Б. И. Петров [и др.]. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1982. 496 с.
3. Пьявченко Т.А. Проектирование АСУТП в SCADA-системе: учеб. пособие. Таганрог, 2007. 84 с.
4. Руководство по организации сети MODBUS. Техническая коллекция Schneider Electric. Вып. 8. Schneider Electric Team. Schneider Electric Publisher, 2007. 98 с.
Клинцов Григорий Николаевич, асп., argon-eldaramail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларкин Евгений Васильевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, elarkinamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
REALIZATION OF THE CONTROL INTERFACE OF TUNNEL EXCA VA TION COMPLEX IN SCADA SOFTWARE PACKAGE
G.N. Klintsov, E. V. Larkin
The general control diagram of the tunnel/excavation complex CTEM - 5,6 is described. The questions of realization of the control algorithm on SCADA system are answered. Also the remote control interface of rotary tunnel/excavation combine, which is a compound mechatronic complex, is described.
Key words: tunnel excavation complex, copy-cutter, rotor, programmable logic controller, SCADA systems, control algorithm, human machine interface.
Klintsov Grigoriy Nikolaevich, postgraduate, argon-eldaramail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larkin Eugene Vasilyevich, head of chair, doctor of technical sciences, professor, elarkina mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.9:519.816: 614.84
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ПОЖАРНОЙ ОБСТАНОВКИ
А.Н. Колесенков
Предложена технология, позволяющая обеспечить процесс поддержки принятия управленческих решений по прогнозированию и идентификации пожаров. Рассмотрены вопросы оперативного мониторинга пожарной обстановки, сопровождения пожаров, оценки площади возгорания за счет эффективной обработки аэрокосмических данных на основе процедуры нечеткой кластеризации данных. Разработаны и апробированы алгоритмы мониторинга пожарной обстановки на опасных объектах и территориях. Приводятся результаты экспериментальных исследований и реализации предложенной технологии.
Ключевые слова: принятие решений, прогнозирование, мониторинг, пожар, нечеткая логика, кластеризация.
Пожары на различных объектах и территориях являются сильными антропогенными и природными факторами, в значительной мере влияющими на состояние этих территорий и объектов, а также наносят серьезный урон экологии и экономике.
Ежегодно на территории России регистрируется 10 - 35 тыс. лесных пожаров, площади которых варьируются от 0,5 до 2,5 млн га [1].
