Дипломная (вкр): Компьютерная реализация информационно-моделирующей системы для процессов химической очистки теплоэнергетического оборудования

Рисунок 1.9 - Представление системы основной модели конечных автоматов А. Гилла

Как видно из схемы, систему он представляет как «черный ящик», что в свою очередь является фундаментальной структурой для многих моделей. Входные переменные представляют собой воздействия, генерируемые другой системой (не подлежащей исследованию), и которые влияют на поведение исследуемой системы. Выходные переменные (реакции) представляют собой те величины, характеризующие поведение данной системы, которые интересуют исследователя. Промежуточные переменные - те величины, которые не являются ни входными, ни выходными. Также предполагаются, что все переменные зависят от времени, что видно на рисунке 1.9.

В книге Н.И. Поликарповой и А.А. Шалыто «Автоматное программирование» [11] представлены виды систем конечных автоматов, которые чаще всего используются по данной теории. Соответственно каждую систему можно явно или косвенно отнести к одному из следующих классов: трансформирующие системы, интерактивные системы, реактивные системы:

) трансформирующие системы осуществляют некоторое преобразование входных данных, и после этого завершают свою работу;

) интерактивные системы взаимодействуют с окружающей средой в режиме диалога (например, текстовый редактор);

) реактивные системы взаимодействуют с окружающей средой путем обмена сообщениями в темпе, задаваемом средой.

По мнению авторов Н.И. Поликарповой и А.А. Шалыто, критерий применимости автоматного подхода лучше всего выражается через понятие «сложное поведение».

Сущности с простым поведением и сложным представлены на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 - Сущности с простым поведением (слева) и сложным (справа)

В этой книге «Автоматное программирование» представлена схема конечного автомата, что является одной из видов возможных моделей, построенных на основе основной модели А. Гилла (рисунок 1), схема представлена на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Конечный автомат по мнению Н.И. Поликарповой и А.А. Шалыто

В книге М. И. Дехтяря «Конечные автоматы» [12] автор характеризует автоматы двумя особенностями: отсутствие предвосхищения, конечная память.

Отсутствие предвосхищения указывает на то, что выходной сигнал, выдаваемый автоматом в определенный момент времени, зависит лишь от полученных к этому времени входов.

Конечная память указывает на то, что в каждый момент времени информация в автомате о полученных к этому моменту входных значений конечна.

М. И. Дехтярь в своей книге приводит пример конечного автомата-преобразователя, который по своей структуре похож с конечным автоматом, представленной в книге «Автоматное программирование», схема которой представлена на рисунке 1.11.

Конечный автомат-преобразователь - это система вида

A=<∑x, ∑y, Q, q0, Φ, Ψ>,

где ∑x={a1,…,am} (m>=1) - конечное множество - входной алфавит;

∑y={b1,…,br} (r>=1) - конечное множество - выходной алфавит;

Q={q0,…,qn-1} (n>=1) - конечное множество - алфавит внутренних состояний;

q0 є Q - начальное состояние автомата;

Ф: Q x ∑x → Q - функция переходов, Ф(q,a) - это состояние, в которое переходит из состояния q, когда получает на вход символ a.

Ψ: Q x ∑x → ∑y - функция выхода, Ψ(q,a) - это символ из ∑y, который выдает на выход автомат в состоянии q, когда получает на вход символ a.

Удобный способ задания функций переходов Ф и выхода Ψ является табличный. Каждая из них определяется таблицей n x m, строки которой соответствуют состояниям из Q, а стоблцы - символах входного алфавита ∑x. В первой из них на пересечении строки и стобца состояние Ф(qi,aj), а во второй - выходной символ Ψ(qi,aj). Пример такого способа задания функций представлен на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 - Табличный способ задания функций переходов и выхода

Еще один способ представления конечного автомата основан на использовании ориентированных размеченных графов. Диаграмма автомата на основе табличного способа задания функций переходов и выхода (рисунок 1.12) представлена на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Диаграмма автомата с 0 и 1

В отличие от определения на рисунке 1.5 нет меток a/b, роль их выполняют 0 и 1. Широкая стрелка, ведущая в q0, указывает на начальное состояние. Пример диаграммы с метками a/b представлен на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Диаграмма автомата с метками a/b

Такие методы задания автоматов легко применимы с работой со словами, каждой метке можно провести соответствие с рассматриваемой буквой исследуемого слова.

В методическом указании А. Г. Кокина и В. Н. Кузнецова «Конечные автоматы: языки и грамматики» [13] представлены некоторые характеристики автоматов: неотличимость автоматов (любое автоматное отображение, реализуемое одним из них, может быть реализовано другим), эквивалентность автоматов (имеют наименьшее возможное число состояний, называется минимальным), частичный автомат (если хотя бы одна из его двух функций не полностью определена).

В книге «Теория автоматов» [14] автор В. С. Выхованец дает понятие автоматного отображения, что является соответствием, отображающее входные строки конечного автомата в выходные.

Также автор поясняет, что конечный автомат является полным, если в автоматной таблице не существует пустых клеток, кроме столбца соответствующего заключительному состоянию.

Состояние q2 является достижимым состоянием q1, если на пересечении входного значения a и состояния q1 стоит q2. Это видно на рисунке 4. На диаграмме из состояния q1 идет стрелка в состояние q2 , что видно на рисунках 1.13, 1.14.

Сильно связный автомат - это такой автомат, когда из любого его состояния достижимо его любое другое состояние, то есть на графе автомата существует путь, соединяющий любые его две вершины. Примером такого автомата является ориентированный граф, представленный на рисунке 1.15. Также примером сильно связного автомата будет являться модель, представленная на рисунке 1.13.

Рисунок 1.15 - Пример сильно связного автомата

Автоматный автомат (генератор) - это автомат, у которого входной алфавит состоит из одного знака, иногда говорят, что это вход синхронизаций, задающий такты работы автомата. Возможный вид задания генератора представлен в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 - Функция переходов автоматного автомата (генератора)

Таблица 1.2 - Функция выхода автоматного автомата (генератора)

В книге Ожиганова А.А. «Теория автоматов» [15] представлены автоматы Мили и Мура.

Дан абстрактный автомат вида

S=<Z, W, A, a1, Φ, Ψ>

где Z={z1,…,zf} - конечное множество - входной алфавит;

W={w1,…,wg} - конечное множество - выходной алфавит;

A={a1,…,am} - конечное множество - алфавит внутренних состояний;

a1 є A - начальное состояние автомата;

δ - функция переходов;

λ - функция выхода.

Работа абстрактного автомата представлена на рисунке 1.16.

Рисунок 1.16 - Работа абстрактного автомата

Графический способ задания автомата Мили представлен на рисунке 1.17.

Рисунок 1.17 - Графический способ задания автомата Мили

Графический способ задания автомата Мура представлен на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 - Графический способ задания автомата Мура

Автомат Мура переходит в автомат Мили, если всем переходам в состояние поставить выходные воздействия этого состояния. После таких преобразований получим эквивалентный автомат Мили.

В книге Котова В. Е. «Сети Петри» [16] представлена характеристика сетей Петри, их виды и особенности.

Сети Петри представляют собой двудольный ориентированный мультиграф. События и условия представлены абстрактными символами из двух непересекающихся алфавитов, называемых соответственно множеством переходов (T) и множеством мест (P). В графическом представлении сетей переходы изображаются «барьерами», а места «кружками», что представлено на рисунке 1.19.

Рисунок 1.19 - Примеры сетей Петри

Сеть Петри можно задать как графическим способом, так и табличным способом. Графический способ задания сетей Петри представлен на рисунке 1.20 (также этому же способу соответствует рисунок 1.19).

Рисунок 1.20 - Графический способ задания сетей Петри

Табличный способ задания сетей Петри (согласно графическому способу рисунка 1.20) представлен в таблицах 1.3 и 1.4.

Таблица 1.3 - Табличный способ задания сетей Петри из входного места в переход

Таблица 1.4 - Табличный способ задания сетей Петри из перехода в выходное место

В книге «Теория автоматов» автора В. С. Выхованец описывается двухстековый автомат.

Это формальная система, задаваемая объектами

D = <A, B, Q, S, F, P, I>,

где A - конечный входной алфавит;

B - конечный выходной алфавит;

Q - множество состояний двухстекового автомата;

S - стек просмотра назад;

F - стек просмотра вперед;

P - система команд. Есть отображение множества декартового произведения множеств состояний двухстекового автомата, стека просмотра назад, входного алфавита и стека просмотра вперед в множество декартового произведения множеств состояний двухстекового автомата, стека просмотра вперед и стека просмотра назад.

P: Q x S x A x F → Q x F x S*

 - начальная конфигурация двухстекового автомата.

Структура двухстекового автомата представлена на рисунке 1.21.

Рисунок 1.21 - Структура двухстекового автомата

В статье «Клеточно-автоматная модель формирования порошковой струи» Ю.Г. Медведева представлен пример построения клеточно-автоматной модели.

Под клеточным автоматом автор понимает тройку объектов <K, N, Q>.

K является множеством клеток с заданными координатами в дискретном пространстве. Каждая клетка характеризуется состоянием и координатами на Декартовой плоскости. Состояние зависит от дискретного времени, а координаты остаются неизменными.

Для каждой клетки определено упорядоченное множество N из семи элементов. Первый элемент - есть сама клетка, остальные 6 - соседи клетки, нумерация соседей представлена на рисунке 1.22.

Q является функцией переходов. Автором были проведены два эксперимента: газ без порошка, композиция газа и порошка. Результаты его экспериментов представлены на рисунке 1.23, что наглядно показывает работу клеточно-автоматной модели.

Рисунок 1.22 - Нумерация соседей клеточно-автоматной модели

Рисунок 1.23 - Результаты работы клеточно-автоматной модели

2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ И СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННО-МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Информационные аспекты процессов химической очистки теплоэнергетического оборудования

Есть два основных вида химических очисток: предпусковая и эксплуатационная [17].

Задачей предпусковой химической очистки является удаление из вновь смонтированного оборудования большого количества обычно содержащихся в нем разнообразных загрязнений: ржавчины, сварочного грата, песка, земли, окалины, масла и смазки, набивочного и прокладочного материала и т.п.

Эксплуатационная химическая очистка предназначена для удаления из оборудования отложений самого различного состава, возникших во время его работы. Отложения, удаляемые при эксплуатационных очистках, сравнительно разнообразны по своему составу, тогда как загрязнения котлов, удаляемые предпусковыми очистками, имеют более или менее одинаковый состав.

Критерии качества очистки:

) состояние поверхности после очистки, т.е. степень удаления с нее имевшихся отложений;

) количество вымытых отложений.

Общие условия для очистки:

1)      скорость промывочных растворов должна быть достаточной для предотвращения выпадения в осадок взвеси на горизонтальных участках;

2)      целесообразно, чтобы обеспечивалось проведение очистки различными моющими реагентами;

3)      схема предпусковой очистки должна обеспечить проведение в дальнейшем эксплуатационных очисток;

)        схема должна быть максимально увязана со схемой паровой продувки котла в целях максимального использования одних и тех же трубопроводов.

Отложения, образующие при эксплуатации теплоэнергетического оборудования, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Отложения, образующие при эксплуатации оборудования