Статьи → AutomatiCS 2011 3.2 → Новый подход к построению структуры Базы Данных и Знаний AutomatiCS ADT

Введение

База Данных и Знаний (БДЗ) — неотъемлемая часть САПР AutomatiCS ADT, включающая в себя описание конкретных технических средств автоматизации (ТСА) различных производителей, а также описание типовых технических решений, которые представляют собой структуры из элементов с функциональными, логическими и электрическими связями между ними.

БДЗ является источником для формирования виртуальной системы автоматики (модели проекта), в которой хранится информация обо всех технических средствах разрабатываемой системы и о связях между ними. На основе этой информации осуществляется вывод проектной документации.

БДЗ имеет иерархическую структуру. При этом выбор технического решения или средства осуществляется последовательно, в несколько этапов, и каждый последующий шаг почти всегда зависит от решения, принятого ранее. Это позволяет отсекать заведомо неподходящие варианты и осуществлять оптимальный выбор технических средств автоматизации. Причем отметим, что указанную последовательность почти всегда диктует завод-изготовитель ТСА. И чаще всего эти последовательности различные (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение последовательностей определения характеристик термометров сопротивления

БДЗ условно состоит из трех областей:

• общая;
• частная;
• универсальная.

Общая область предназначена для ввода технического задания (ТЗ) на проектирование КИПиА либо из MS Excel или MS Access, либо непосредственно средствами AutomatiCS ADT. Здесь выбирается вид измерения (Измерение-Температуры, Измерение-Давления и т.д.) (рис. 2).

Рис. 2. Общая область БДЗ

Частная область содержит описание конкретных моделей приборов и средств автоматизации различных производителей.

В универсальной области формируются типовые, универсальные, одинаковые для различных изготовителей параметры канала контроля. При этом определяются основные требования к выбранному типу технического средства, что позволяет продолжать работу над проектом до уточнения завода-изготовителя. Результатом формирования параметров является техническая спецификация на данное техническое средство (опросный лист). В программе AutomatiCS разработаны универсальные технические спецификации по типам средств измерений, которые не зависят от конкретного поставщика оборудования КИПиА и наиболее полно описывают определенные виды измерения.

База Данных и Знаний. Частная область

Частная область БДЗ используется, когда на начальном этапе проектирования уже известны завод-изготовитель и базовый тип датчика. Основное условие — наличие описания этого датчика в БДЗ.

Порядок работы с частной областью сводится к следующему:

• выбирается вид измерения (измерение температуры, давления, расхода и т.д.);
• определяется тип и структура технического средства автоматизации (для температуры — термопара, термопара с гильзой, термометр сопротивления и т.д.);
• выбирается производитель того или иного технического средства;
• осуществляется выбор в соответствии с данными номенклатуры выбранного производителя.

На рис. 3 показаны шаги выбора термометра сопротивления с гильзой производства ПГ «Метран».

Рис. 3. Шаги выбора технического средства в частной области

На заключительных этапах выбора датчика определяется схема его электрического подключения и способ отображения информации (если датчик имеет выходной сигнал). Также формируются связи между элементами.

Преимущества подобного подхода к работе с БДЗ следующие:

• выбор конкретного технического средства;
• формирование формулы заказа (параметр Модель);
• описание имен контактов датчика.

Однако, несмотря на достоинства, данный способ работы с БДЗ имеет и свои недостатки.

Во-первых, это необходимость постоянного обновления базы. Номенклатуры различных заводов-изготовителей постоянно изменяются, появляются новые технические средства измерения. Все эти изменения необходимо вносить в БДЗ, чтобы она содержала наиболее полные и точные данные, что требует больших трудозатрат.

Во-вторых, данные номенклатур всех производителей внести в БДЗ невозможно. Поэтому чаще всего база настраивается в соответствии с требованиями конкретного проекта, когда известно, продукция какого производителя будет использоваться.

В-третьих, даже в настроенной БДЗ может не оказаться нужного датчика, и тогда необходимо будет прерывать процесс проектирования и переходить к описанию базы.

Кроме этого, при данном подходе база данных содержит многократно дублирующуюся информацию: описание аналогичных технических средств различных производителей. Это увеличивает размер базы, но не улучшает ее качественный состав.

Последовательность определения параметров технических средств зависит от данных номенклатур заводов-изготовителей. При этом зачастую для аналогичных датчиков различных производителей эта последовательность разная (см. рис. 1), что не позволяет формализовать процесс описания этих датчиков в БДЗ и, таким образом, создает существенные трудности при ведении базы.

Поэтому был разработан новый подход к построению структуры базы и использованию данных. Результатом этой работы стала универсальная область, в которой, в отличие от частной, последовательность определения параметров фиксирована и не зависит от производителя (рис. 4).

Рис. 4. Последовательность определения характеристик термометра сопротивления

База Данных и Знаний. Универсальная область

Универсальная область БДЗ используется в случае, когда на основании ТЗ проектировщик не может однозначно выбрать завод-изготовитель, или датчик не описан в частной области базы, или проектировщик проводит тендер на приборы и средства автоматизации.

Универсальная область разрабатывалась в соответствии с требованиями ГОСТов по соответствующим средствам измерения, а также на основе обобщенного анализа номенклатур ведущих производителей. В результате у проектировщика появилась возможность выбора технического средства без привязки к конкретному производителю, что позволяет не приостанавливать процесс проектирования до определения конкретной модели технического средства.

В настоящий момент универсальная область БДЗ описана для технических средств измерения температуры, давления, перепада давления, уровня и расхода. Кроме того, в отдельном файле приведены возможные схемы электрического подключения выбранных датчиков.

На рис. 5 представлен фрагмент структуры универсальной области БДЗ для датчиков температуры.

Рис. 5. Фрагмент структуры универсальной области БДЗ для датчиков температуры

На первом шаге формирования требований определяется структура технического средства (просто термопара, термопара с гильзой, термопара с унифицированным выходным сигналом и т.д.). Затем проектировщик определяет основные требования к выбранному техническому средству автоматизации.

Последовательность выбора требований не случайна.

Во-первых, учитываются зависимости между параметрами. Так, выбор градуировки и класса допуска влияет на диапазон измеряемых температур. От количества чувствительных элементов может зависеть схема электрического подключения датчика (например, при выборе двух чувствительных элементов нельзя использовать 4-проводную схему ЭПД), а диаметр корпуса и шкала показывающих приборов влияют на класс точности. Таким образом, вначале выбирается параметр, от значения которого зависит выбор других, следующих за ним параметров.

Во-вторых, учитывается логика построения универсальной области БДЗ. Так, вначале выбираются параметры, которые характерны только для данного типа технического средства — например, тип выходного сигнала и наличие индикации для термометров сопротивления с унифицированным выходным сигналом (рис. 5). А затем осуществляется выбор параметров, характерных для всех датчиков температуры (тип присоединения датчика, схема ЭПД и т.д.). Это позволяет избежать дублирования информации в БДЗ.

На рис. 6 показаны шаги формирования требований для термометра сопротивления с гильзой.

Рис. 6. Шаги выбора технического средства в универсальной области

При прохождении по ветке формирования требований для определенных видов измерения проектировщик выбирает значения основных параметров, являющихся общими для датчиков определенного типа.

На последнем шаге формирования требований определяется схема электрического подключения датчика и способ отображения информации (если датчик имеет выходной сигнал). Кроме того, устанавливаются связи между элементами.

На основании полученных требований формируется техническая спецификация (опросный лист), которая наиболее полно отражает все данные по данному каналу контроля. В техническую спецификацию можно добавлять дополнительную информацию с помощью стандартных средств программ SchematiCS и AutomatiCS ADT. Это могут быть как параметры, не вошедшие в универсальную область, так и примечания и специальные требования. Окно опросного листа в этом смысле — интерактивно. Добавленные параметры передаются обратно в модель проекта (рис. 7).

Рис. 7. Добавление значения параметра «Модель» в техническую спецификацию и в модель проекта

Заполненная техническая спецификация фактически является технико-коммерческим предложением заводу-изготовителю приборов и средств автоматизации. Выбирая между предложениями от ведущих производителей по определенным критериям, таким как соответствие требованиям, указанным в технической спецификации, цена, качество, сроки поставки и т.д., инженер-проектировщик остановится на наиболее подходящем варианте. После этого в техническую спецификацию вносится окончательная модель и завод-изготовитель технического средства.

Технические спецификации разработаны в виде графических фреймов с определенным набором параметров. Во всех графических фреймах присутствуют правила их вызова, основным из которых является параметр ВидТехническогоСредстваКод. Этот параметр присваивается датчикам автоматически в ходе синтеза (рис. 6). Наименование графических фреймов также выполнено в соответствии с параметром ВидТехническогоСредстваКод.

Все технические спецификации структурированы по набору параметров и имеют следующие основные категории:

• общие данные по проекту;
• технологические параметры среды и параметры места отбора;
• общие данные;
• механические данные;
• электрические данные;
• данные по индикации;
• данные по вспомогательным устройствам;
• общие примечания.

Форма технической спецификации унифицирована и также не зависит от конкретного производителя. Пример технической спецификации представлен на рис. 8.

Рис. 8. Пример технической спецификации

Когда известна окончательная модель датчика, проектировщик должен заполнить модель технического средства и прописать его контакты с учетом выбранной схемы подключения.

Такой подход к работе с БДЗ имеет ряд преимуществ. Во-первых, если датчик не описан в базе, то можно продолжать процесс проектирования в схемотехнической части. По аналогии с частной областью проводятся связи между датчиком и выходным сигналом (если датчик не является местным показывающим прибором). Это позволяет продолжать работу со связями — формировать клеммники, кабели.

Во-вторых, универсальная область БДЗ избавляет от необходимости постоянного пополнения и редактирования базы при изменении номенклатур заводов-изготовителей.

Работа со средствами автоматизации, поставляемыми комплектно с оборудованием

В настоящий момент существует также возможность выбора приборов и средств автоматизации, поставляемых комплектно с оборудованием. Выбирается только вид измерения, и формируются связи с техническими средствами модели проекта по данному каналу контроля. Это упрощенный способ выбора технического средства, когда надо получить сигналы от комплектно поставляемой установки и/или вывести в спецификацию приборы, в том числе и местные, поставляемые комплектно с оборудованием. На рис. 9 показаны шаги выбора мерного стекла, поставляемого комплектно с оборудованием.

Рис. 9. Выбор мерного стекла, поставляемого комплектно с оборудованием

Заключение

В настоящий момент существуют два основных подхода к решению задачи хранения информации в БДЗ и к выбору технических средств.

Первый подход основан на использовании частной области БДЗ. При этом выбор технического решения осуществляется среди всего множества ТСА, предлагаемых производителями. Этот подход характеризуется большой избыточностью БДЗ за счет дублирования процедур выбора одинаковых параметров у разных элементов (технических средств).

Второй подход основан на использовании универсальной области БДЗ. Он заключается в том, что для каждого элемента выбранной структуры сначала обозначаются общие параметры, присущие всему классу технических средств. При этом проектировщик получает набор параметров, которые комплексно характеризуют техническое решение, абстрагированное от конкретного производителя. Эти параметры в дальнейшем будут рассматриваться как требования при выборе конкретных технических средств того или иного производителя.

Основные преимущества универсальной области:

• независимость от изменений, производимых в номенклатурах различных заводов-изготовителей;
• формирование технических спецификаций (опросных листов);
• выбор технического средства, абстрагированного от конкретного производителя;
• возможность перехода от универсальной области БДЗ к частной области.

Универсальная область входит в стандартную поставку AutomatiCS ADT и позволяет получать эффект от использования системы уже на ранних стадиях внедрения!

В результате длительного и тщательного анализа предметной области и требований ведущих производителей был выработан ряд правил и методов, реализованных в строгой последовательности определения параметров датчиков, что отражается в описании универсальной области базы. А поскольку эти методы могут претендовать на некую стандартность, предлагаем специалистам проектных организаций и заводов-поставщиков ТСА высказать свое мнение о них.