Казаринов Л.С., Попова О.В., Барбасова Т.А. Автоматизированные информационно-управляющие системы (часть 1)

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра автоматики и управления

681.5(07)

А224

Казаринов Л.С., Попова О.В., Барбасова Т.А.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Часть 1

Конспект лекций

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2007

УДК 681.51.012(075.8)

Одобрено

учебно-методической комиссией

приборостроительного факультета

Рецензенты: Белавкин И.В., Кощеев А.А.

Казаринов Л.С., Попова О.В., Барбасова Т.А.

Автоматизированные информационно-управляющие системы:

Конспект лекций. Часть 1. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. –

151>с.

Конспект лекций предназначен для студентов очной и заочной

форм обучения специальности “Управление и информатика в

технических системах”.

УДК 681.51.012(075.8)

Содержание

1. Основные понятия...............................................................................................4

2. Информационно-управляющие системы реального времени.........................9

2.1. Особенности ИУС реального времени.......................................................9

2.1.1. Определение и основные характеристики ИУ СРВ............................9

2.1.2. Ядра и операционные системы реального времени (ОСРВ)............11

2.1.3. Обзор систем реального времени.......................................................17

2.2. Построение ИУС реального времени на базе операционной системы

QNX.....................................................................................................................24

2.3. Сравнение SCADA – систем......................................................................31

2.4. SCADA – система TRACE MODE.............................................................37

2.4.1. Обзор системы TRACE MODE...........................................................44

2.4.2. Функциональная структура пакета.....................................................46

2.5. Программно-технический комплекс DeltaV............................................52

2.5.1. Обзор системы DeltaV..........................................................................52

2.5.2. Концепции системы DeltaV.................................................................53

2.5.3. Программные приложения DeltaV......................................................55

2.6. Полнофункциональный программно-технический комплекс Квинт

(Государственный научный центр РФ>НИИТЕПЛОПРИБОР).....................65

2.6.1. Описание...............................................................................................65

2.6.2. Программно-технический комплекс Квинт.......................................68

2.7. Siemens.........................................................................................................76

2.7.1. Состав SIMATIC Totally Integrated Automation....................................77

2.7.2. Примеры автоматизации АСУ ТП.........................................................78

2.8. АВВ..............................................................................................................86

2.8.1. Основные направления деятельности................................................87

2.8.2. Системы управления, предлагаемые АББ Автоматизация в России

..........................................................................................................................89

3. Обеспечивающие подсистемы информационно-управляющих систем и их

характеристики......................................................................................................90

3.1. Программное обеспечение цифровой фильтрации сигналов и трендов90

3.2. Программное обеспечение управления непрерывными процессами. .101

3.2.1. Реализация языков программирования стандарта МЭК 6-1131/3 в

системе TRACE MODE................................................................................103

3.2.2. Описание языков программирования...............................................104

3.2.3. Реализация регуляторов и объектов управления в SCADA-системе

TraceMode......................................................................................................107

3.3. Программное обеспечение секвенциально-логического управления..115

3.3.1. Программируемые логические контроллеры..................................115

3.3.2. Языки программирования ПЛК.......................................................119

3.3.3. Пример реализации секвенциально-логических алгоритмов в

TRACE MODE..............................................................................................126

3.4. Средства идентификации и оптимизации..............................................131

3.4.1. Идентификация характеристик технологических объектов...........131

3.4.2. Идентификация характеристик технологических объектов с

использованием стандартных методов Excel.............................................131

3.4.3. Решение задачи оптимизация технологических объектов................137

3.5. Средства интеллектуального анализа данных.......................................139

3.5.1. Общие представления о Data Mining................................................139

3.5.2. Задачи Data Mining.............................................................................141

3.5.3. Классы систем Data Mining...............................................................142

3.5.4. Основные этапы Data Mining............................................................149

1. Основные понятия

Использование автоматизированных информационно-управляющих

систем является магистральным направлением повышения эффективности

эксплуатации оборудования на предприятиях.

Особенностью современных автоматизированных информационно-

управляющих систем является то, что они строятся как единые

интегрированные системы, охватывающие всю хозяйственную деятельность

предприятия. В общем случае в этой роли в настоящее время выступают

интегрированные корпоративные системы (ERP-системы), осуществляющие

планирование и управление ресурсами предприятия (Enterprise Resource

Planning). На рис. 1.1 представлена типовая структура корпоративной

информационной системы управления предприятием.

Ядром системы является корпоративная ERP-система, состоящая из

модулей продаж, закупок, управления запасами, управления персоналом,

управления производством, планирования и бухгалтерского учета. Система

предоставляет руководству предприятия следующие информационные

материалы: информацию о заказах, информацию о закупках, данные о

запасах, численность, з/плата, технические отчеты, планы, календари,

финансовую отчетность. Информация в ERP-системах поступает от систем

нижнего уровня, среди которых необходимо выделить следующие

автоматизированные системы: САПР-К, на основе которой разрабатывается

конструкторская документация на продукцию, САПР-Т – технологического

проектирования производства, АСУ ТП и АСКиД. Информация от указанных

систем собирается в информационных базах данных – PDM и MES-системы

(АСУ ПП – автоматизированная система управления производственными

процессами). Информация от АСКиД используется в АСУ ремонтно-

технического обслуживания (АСУ РТО). Из других автоматизированных

систем необходимо отметить геоинформационную систему предприятия

(ГИС), которая позволяет в наглядном виде отобразить информацию о

предприятии на картографической схеме.

Интегрированные информационно-управляющие системы

предприятия в общем случае имеют три уровня (рис. 1.2):

ERP-системы (Enterprise Resource Planning – планирование

ресурсов предприятия), MES-системы (Manufacturing Execution

System или Manufacturing Enterprise Solutions)и SCADA

(Supervisory Control and Data Acquisition – АСУ ТП –

автоматизированная система управления технологическими

процессами).

Система ERP – для автоматизированного управления

административно-финансовой и административно-

хозяйственной деятельностью предприятия. Ее основное

назначение – стратегические задачи управления

предприятия в целом. Характерными примерами ERP-систем

являются системы R/3 (SAP), BAAN V (BAAN), Oracle Application

(Oracle Corporation), MFG/PRO (QAD), People Soft (People Soft

Inc/), One-World (J.D.Edvards), BPCS (System Software

Associates), Syteline (Symix Systems).

CAD, CAE-системы

(САПР-К)

CAМ-система

(САПР-Т)

SCADA-система

АСУ ТП

CD-система

АСКиД

PDM-система

MES-система

АСУ ПП

АСУ РТО

Информация

из других

систем

1. Информация о произ-

водственных затратах

2. Количество произве-

денной продукции

Фактические

технологические

параметры

1. Спецификации

2. Чертежи

1. Технологические нормы

2. Маршрутный техпроцесс

Интегрированные

данные об изделиях

ERP-система (АСУП)

Информация

о заказах

Информация

о закупках

Планы

производства

Финансовая

отчетность

CRP,SCM-система

АСУ ПП

Информационно-аналитическая

система руководителя

Информация о производстве,

потреблении ресурсов, поставщиках,

клиентах, продажах и др.

Аналитические

отчеты

Модуль

продаж

Модуль управления

производством

Модуль

управления

ресурсами

Модуль

управления

запасами

Модуль

бухгалтерского

учета

Модуль

закупок

Модуль

планирования

Технические

отчеты

Отчеты о

потреблении

ресурсов

Данные

о заказах

Другие системы

(ГИС)

Аналитические системы

(OLAP, Data Mining)

Рис. 1.1

В данных ERP-системах автоматизации подлежат

наиболее легко автоматизируемые процессы:

документооборот, учет и управление персоналом,

финансовая отчетность и т.п.

Рис.1.2. Иерархическая структура АИУС предприятия

MES-система – это система управления производством

продукции. Ее основное назначение – оперативное

планирование /перепланирование, оптимизация

производственных графиков, оперативное управление

процессом производства, управление сроками поставок,

качеством в реальном масштабе времени. Имея оперативные

данные, MES-системы активно взаимодействуют с ERP-

системами. Для решения задач оперативного планирования в

MES-системах строится динамическая компьютерная модель

производства. Эта модель реализует непрерывное

имитационное моделирование материальных потоков внутри

цеха в соответствии с технологическими маршрутами.

Применяемый в MES-системах аппарат расчета

производственных расписаний позволяет учесть взаимосвязь

всех элементов оперативного плана, обеспечить выбор

альтернативных технологических маршрутов и адаптивный

режим управления материальными потоками.

В части, касающейся управления производственными

процессами, MES-системы отличаются от ERP тем, что в MES

расчет производственных расписаний строится на основе

множества критериев.

Различные комбинации критериев позволяют

рассчитывать десятки вариантов производственного

расписания, использовать их как средство моделирования

производственных процессов и выбирать наиболее

эффективный сценарий выполнения текущего плана.

Основными областями применения SCADA-систем

являются: управление режимами производства,

распределения и потребления тепловой и электрической

ERP

MES

SCADA

энергии, управление эксплуатацией разнооборазного

энергетического оборудования и др.

Четкой границы между автоматизированными системами

управления предприятием (MES-системами) и АСУ ТП (SCADA-

системами) нет. Имеется их перекрывание в силу взаимной

неразрывности выполняемых функций (рис. 1.3). Объем и

степень доступа к технологической информации зависят от

типа программного обеспечения, используемого в

управленческих структурах предприятия, категории

сотрудников-потребителей данной информации. SCADA-

системы решают следующие задачи: визуализация

технологического процесса; сбор данных с различных

источников измерительной информации по протоколам DDE

(Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control) и

фирменным протоколам; поддержка языка SQL для создания,

удаления, чтения, записи, модификации информации в

таблицах БД. В SCADA – системах принципиальной важной

является работа в реальном масштабе времени.

Рис. 1.3. Взаимодействие АСУ П и АСУ ТП предприятия

Выделяются следующие способы интеграции подсистем

уровней MES и SCADA: использование БД, в том числе в

качестве буфера между различными подсистемами, что

позволяет обеспечивать оперативный обмен данными между

подсистемами; применение класса продуктов, главным

назначением которых является импортирование объектов из

одной подсистемы и экспортирование их в другую

подсистему; использование готовых решений для

предприятий.

От SCADA-систем требуется выполнение следующих

функций: сбор данных от программируемых логических

контроллеров (ПЛК); первичная обработка данных о

технологических процессах; архивация данных;

представление мнемосхем энергетического объекта в

статике и динамике; представление графиков (трендов)

ERP

планирование ресурсов предприятия;

управление процессом производства.

SCADA

- SCADA – уровень,

- уровень управления технологическими

процессами.

измеряемых величин параметров режимов; сообщения о

неисправностях и авариях; печать протоколов и отчетов;

ввод в систему управления команд операторов; связь с

другими автоматизированными рабочими местами (АРМ)

операторов; решение прикладных задач на основе текущих

измерительных данных. К SCADA-системам предъявляются

следующие основные требования: надежность системы

(технологическая и функциональная); безопасность

управления; точность обработки и представления данных;

простота расширения системы.

Общая структура SCADA-систем представлена на рис. 1.4.

Основными тенденциями развития технических средств

АСУ ТП (аппаратных и программных) являются следующие:

1) использование открытой архитектуры аппаратных и

программных средств. Открытая архитектура позволяет

независимо от специфики технологических процессов

выбирать совместимые компоненты от различных

производителей, в результате чего расширяются

функциональные возможности системы, снижается ее

стоимость и облегчается ее эксплуатация;

Рис. 1.4. Сетевое взаимодействие SCADA-системы

2) использование сетевых технологий на всех уровнях

иерархии системы. На системном уровне здесь используются

локальные сети промышленных компьютеров, что позволяет

создавать распределенные системы управления. На полевом

уровне перспективным является использование полевых