РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТНЫХ МОДЕЛЕЙ МНОГОВЕРСИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
2.1. Автоматные модели одноверсионных информационно-управляющих систем
2.1.1 Анализ функций ИУС, важных для безопасности критических объектов. В соответствие с анализом типовых ИУС, выполняющих функции, важные для безопасности технических комплексов критического использования (ТККИ), такие системы могут быть представлены композицией двух взаимосвязанных подсистем - подсистемы контроля и подсистемы управления. В случае представления этих подсистем в виде автоматных моделей речь может идти об автомате контроля и автомате управления (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Представление ИУС в виде автоматов контроля и управления
Автомат контроля осуществляет анализ выходных сигналов X объекта контроля и управления (ОКУ) и формирует код состояния ОКУ ZC. Автомат управления формирует управляющие сигналы Z в соответствие с сигналами ZC.
Проведем анализ функций, выполняемых автоматами контроля и управления (см. таблицу 2.1), а также опасных состояний ОКУ и соответствующих им входных и выходных сигналов (см. таблицу 2.2).
Таблица 2.1
Результаты анализ функций, выполняемых автоматами контроля и управления в составе ИУС, важных для безопасности ТККИ
Тип ИУСФункции автомата контроля Функции автомата управления Система аварийной защиты ОКУ
(ИУС типа )Сбор и преобразование входных непрерывных и дискретных сигналов от датчиков ОКУ
Контроль текущих значений параметров ОКУ (технологических, физических, состояние оборудования и т.д.) в проектных диапазонах
Интерпретация принятых дискретных сигналов, отображающих возникновение исходных событий для инициирования автомата управления
Выдача инициирующих сигналов в автомат управления при выходе контролируемых параметров за пределы установленных граничных значений (уставок) или по другим условиямФормирование и выдача управляющих сигналов защит ОКУ при выходе контролируемых параметров за пределы установленных граничных значений (уставок) или по другим условиямУправляющая система безопасности ОКУ
(ИУС типа )Те же, что и для автомата контроля в составе ИУС типа Формирование и выдача сигналов управления исполнительными механизмами для автоматического регулирования и управления ОКУ
Таблица 2.2
Результаты анализа входных и выходных сигналов автоматами контроля и управления
Тип ИУССостояние ОКУСигналыXZCZСистема аварийной защиты ОКУБезопасное состояниеКоды физических величин, сигналы 00(ИУС типа )Опасное состояниесостояния оборудования и т.д.1Сигнал включения защиты ОКУУправляющая система безопасности ОКУБезопасное состояниеКоды физических величин, сигналы 00(ИУС типа )Опасное состояниесостояния оборудования и т.д.Код инициализации исполнительных механизмовСигнал включения исполнительных механизмов для автоматического регулирования и управления ОКУ
Например, для ядерных реакторов опасными состояниями, требующими включения исполнительных механизмов управляющей системы безопасности или аварийной защиты (полной остановки реактора в случае, если применения управляющей системы безопасности оказалось недостаточно для перехода реактора в безопасное состояние), являются [71-73]:
- состояние с повышенной реактивностью ядерного топлива, когда скорость нарастания цепной ядерной реакции превышает допустимую;
- состояние с повышенной температурой и давлением в активной зоне реактора;
- состояние утечки воды из контура охлаждения активной зоны реактора;
- состояние обесточивания электрооборудования ИУС;
- состояние землетрясения.
2.1.2 Анализ особенностей автоматных моделей одноверсионных ИУС. В общем случае ИУС может быть представлена моделью [74,75]
, (2.1)
где - автомат контроля;
- автомат управления;
X - множество выходных сигналов объекта контроля и управления;
Z - множество управляющих (входных) сигналов объекта контроля и управления;
ZC - множество сигналов состояния объекта контроля и управления, сформированных автоматом контроля ;
? - такт работы системы; в зависимости от принципов взаимосвязи автоматов и , величина такта может определяться выражением:
? ?С + ?U - при последовательном функционировании и ;
? = ?
? max(?С,?U) - при параллельном функционировании и .
Исходя из анализа функций подсистемы контроля ИУС (см. таблицу 2.1), ее автоматная модель (автомат контроля) может быть представлена следующим образом:
, (2.2)
где X - множество входных наборов;
YС - множество состояний памяти;
ZС - множество выходных наборов;
KAi - комбинационный автомат, осуществляющий преобразование входного набора ХКАi(t) в выходной сигнал ZКАi(t), описываемое функцией ZКАi(t) = FКАi [ХКАi(t)];
ПAj - последовательностный автомат, описываемый начальным состоянием Yj0, а также функцией переходов ?j и функцией выходов ?j;
FПАj = {?j, ?j};
?j: Yj(t+1) = ?j[ХПАj(t), Yj(t)];
?j: ZПАj(t) = ?j[ХПАj(t), Yj(t)];
?С - сигнал синхронизации автомата контроля
Автомат имеет следующие особенности [34,35]:
1. Автоматы KAi и ПAj являются циклическими параллельно функционирующими автоматами, инициализируемыми сигналом ?С, определяющим макротакт контроля состояния объекта.
2. Автоматное время t в пределах макротакта для всех автоматов имеет вид: t = 0,1,...,tМТ. Последний такт tМТ совпадает с сигналом синхронизации ?С.
3. Для входных наборов автоматов KAi, i = 1,...,k и ПAj, j = 1,...,n справедливо:
а) , , где ?X? - мощность множества входных сигналов X;
б)
4. Для выходных наборов справедливо:
а) для ИУС типа : ? i = 1,...,k, ? j = 1,...,n: ?ZKAi? = ?ZПAj? = 1;
б) для ИУС типа : мощность множеств ?ZKAi? ? 1, ?ZПAj? ? 1 и выходные сигналы представляют собой двоичные коды значений соответствующих параметров.
5. Внутреннее состояние YС автомата , представляет собой в общем случае де