Пьявченко Т.А., Финаев В.И. Автоматизированные информационно-управляющие системы

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Технологический институт

Федерального государственного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

ПРИОРИТЕТНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ «ОБРАЗОВАНИЕ»

Т.А.ПЬЯВЧЕНКО, В.И.ФИHАЕВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Таганpог 2007

УДК 681.5:658.5(075.8)

Т.А.Пьявченко, В.И.Финаев. Автоматизированные информационно-

управляющие системы. - Таганpог: Изд-во ТРТУ, 2007. - 271 c.

ISBN

В монографии рассмотрены теоретические основы построения распределенных

иерархических информационно-управляющих систем, автоматизированных систем

управления технологическими процессами. Даются рекомендации по выбору

технических средств при разработке указанных систем. Многочисленные примеры

помогают восприятию изложенного материала.

Материал, изложенный в настоящей книге по SCADA-системе TRACE MODE и

особенностям учебного лабораторного стенда, позволяет получить навыки

проектирования систем сбора данных

и оперативного диспетчерского управления,

расширит кругозор будущих специалистов, и в дальнейшем позволит применять эти

знания в своей производственной деятельности.

В настоящей монографии приведены сведения, касающиеся профессиональной

подготовки студентов по специальностям “Управление и информатика в технических

системах”, “Автоматизация технологических процессов и производств”. Монография

будет полезным научным работникам, инженерам, аспирантам и студентам

старших

курсов технических университетов.

Табл. 10. Ил. 115. Библиогр. 76 назв.

Печатаетcя по pешению pед.-изд. cовета Таганpогcкого

гоcудаpcтвенного pадиотеxничеcкого унивеpcитета.

Рецензенты:

Региональный (областной) центр новых информационных

технологий, директор центра, проректор по информатике, докт. техн.

наук, профессор А.Н.Целых.

Ромм Я.Е., докт. техн. наук, профессор, зав

. кафедрой информатики

ТГПИ.

ISBN © Таганрогский государственный

радиотехнический университет, 2005

CОДЕPЖАHИЕ

ВВЕДЕHИЕ 4

ЧАСТЬ 1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ (ИУС)

1.1. Системный анализ задач управления

1.2. Особенности и классификация автоматизированных

информационно-управляющих систем

1.3 Структура автоматизированных

информационно-управляющих систем

2. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

2.1. Методологическая основа проектирования

2.2. Начальные этапы разработки

2.3. Организация разработки автоматизированных

информационно-управляющих систем

2.4. Рабочая документация по проектированию

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

3.1. Структуризация работ проектирования

3.2. Информационно-управляющие аспекты

проектирования АИУС

3.3. Этапы проектирования АИУС

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

4.1. Формализация целей и параметров

4.2. Комплекс технических средств

4.3. Информационное обеспечение АИУС

4.4. Выбор математического и программного обеспечения

4.5. Расчет потребности в вычислительных средствах

4.6. Модель экономической эффективности АИУС

ЧАСТЬ 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АСУТП

1.1. Примеры автоматизированных систем управления

технологическими процессами

1.2. Отличие автоматических систем управления от систем

автоматического управления

1.3. Классификация АСУТП

1.4. Основные функции АСУ

1.5. Разновидности структур АСУТП

1.6. Этапы проектирования АСУТП

1.7. Характеристики технологического процесса

как

объекта контроля и управления

1.8. Функции АСУТП как последовательность

отдельных процессов

2. ПОДСИСТЕМА СБОРА

И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Комплекс технических средств подсистемы сбора

и первичной обработки информации. Принципы компоновки

2.2. Устройства распределенного сбора данных и управления

серии ADAM

2.3. Модуль аналогового ввода ADAM-4011

2.4. Выбор модулей подсистемы сбора

и первичной обработки аналоговых сигналов

2.5. Алгоритмы

первичной обработки информации

2.6. Оценка погрешностей программных модулей ПСОИ

2.7. Ввод и первичная обработка дискретных сигналов

3. ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

3.1 Общие сведения

3.2. Структура локальной системы управления

3.3. Алгоритмы формирования управляющих воздействий

3.4. Алгоритмическая структура локальной системы с цифровым

устройством управления

3.5. Характеристики многорежимных технологических процессов

3.6. Погрешности вычисления управляющих воздействий.

Выбор микроконтроллера для целей управления

3.7. Средства реализации управляющих воздействий

4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

4.1. Общие сведения

4.2. Требования к оформлению функциональных схем

4.3. Изображение технологического

оборудования и коммуникаций

4.4. Буквенные условные обозначения приборов

и средств автоматизации (ГОСТ 21.404-85)

4.5. Проектная документация

5. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ АСУТП

НА БАЗЕ SCADA-СИСТЕМЫ

TRACE MODE

5.1. Идеология распределенных комплексов с применением

SCADA-систем

5.2. Архитектура TRACE MODE

5.3. Основные понятия системы TRACE MODE

5.4. Обмен данными в SCADA-системе TRACE MODE

5.5. Обмен данными через механизмы ОРС

5.6. Обмен с базами данных через механизмы ODBC

6. ПРИМЕР РАЗРАБОТКИ АСУТП НА БАЗЕ

SCADA-СИСТЕМЫ TRACE MODE

6.1. Учебный лабораторный стенд

6.2. Создание проекта

6.3. Исследование АСУТП на учебном лабораторном стенде

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ

СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Рост числа производственных и информационных связей между

отдельными предприятиями и учреждениями, повышение

эффективности производства, перепрофилирование предприятий в

условиях рынка сопровождаются ростом сложности процессов

управления и систем управления. Увеличение объема информации,

охватывающей все стороны производства, с ростом самого

производства приводит к значительному усложнению задач

управления.

Системой управления называется система

, в которой реализуется

процесс управления путем взаимодействия объекта управления и

управляющей части.

Различают автоматические и автоматизированные (информационно-

управляющие) системы управления. В системах автоматического

управления (САУ), состоящих из объекта управления и

управляющего устройства (управляющей части), человек

непосредственного участия в процессе управления не принимает.

В автоматизированных системах управления (АСУ)

предполагается обязательное участие

людей в процессах управления.

Сбор, анализ и преобразование информации в информационно-

управляющих системах выполняется с помощью вычислительной

техники.

Эффективное решение задач управления в настоящее время

немыслимо без привлечения средств вычислительной техники и

всевозможных автоматизированных информационно-управляющих

систем (АИУС), в число которых входят автоматизированные системы

управления технологическими процессами (АСУТП) [1].

АИУС и АСУТП

создаются для совершенствования управления

отраслями и отдельными предприятиями на основе применения

математических методов, современных средств вычислительной

техники и средств связи для наилучшего использования

производственных фондов, увеличения выпуска продукции, снижения

ее себестоимости, повышения производительности труда,

рентабельности производства и роста прибылей.

Проектирование АИУС требует постановки задачи проектирования

в различных аспектах: информационном, техническом,

математическом и эргономическом. Следует отметить, что нет единого

подхода к решению подобных задач и не существует

специализированного программного продукта, наиболее

адаптированного к нуждам конкретных предприятий. Разработка

АИУС начинается с постановки задачи проектирования, решения

исследовательских задач.

Решение задачи создания АИУС состоит из многих этапов:

- аналитического исследования функционирования предприятия;

- подготовки технических

заданий;

- создания пилот-проекта АИУС;

- внедрения АИУС.

Подобный подход позволяет создать именно такую АИУС, которая

будет полностью соответствовать его назначению, решать комплексно

все задачи управления, а само проектирование и внедрение АИУС

будет осуществлено с наименьшими затратами.

На начальном этапе, перед написанием технических заданий,

проводится аналитическое исследование функционирования

предприятия и

его подразделений с целью постановки задач

проектирования.

В постановку задач проектирования входит разработка модели

функционирования предприятия.

Из практики известно, что при исследовании любых сложных

объектов с целью дальнейшего построения АИУС необходимо вначале

разработать математическую модель. Исследование модели

математическими методами позволяет получить рекомендации

относительно поведения реального объекта.

Цель моделирования функционирования предприятия

и его

подразделений многосторонняя. Это получение обоснованного

представления о характеристиках объектов исследования, поведении

при действии возмущающих и управляющих воздействий, а также при

изменении структуры объектов.

Постановка задачи, отвечающая цели предприятия, формализация

условий функционирования, достаточно полная математическая

модель функционирования приведут к такому техническому заданию,

в котором будут учтены требования автоматизации не

только

реального времени, но и перспективного развития.

Дальнейшая реализация пилот-проекта АИУС будет

непосредственно связана с выполнением условий технического

задания.

Для внедрения и эксплуатации АИУС необходимо создание

современных технических средств сбора, организации передачи и

обработки информации, а также специально подготовленных кадров.

Ранее известная, традиционная концепция [2] создания систем

управления производственными процессами предусматривает

ограниченную формализацию этапов проектирования

автоматизированных информационно-управляющих систем (АИУС),

считая их творческими актами, успех выполнения которых почти

полностью определяется

профессиональными и личностными

качествами управленческого персонала. Однако современные

компьтерные средства и технологии позволяют создавать

высокоэффективные по точности, быстродействию и широте

решаемых задач системы управления производством.

В предисловии научного редактора В.Л. Гуревича к книге

Э.А. Трахтенгерца [2] дана характеристика укрупненной схемы

предприятия, которая, на наш взгляд, оказалась настолько удачной, что

воспроизводим её фактически без купюр. В недалеком прошлом

традиционное управление предприятиями замыкалось в основном на

решении внутренних задач, связанных с организацией

внутрифирменной деятельности. Это было особенно характерно было

для Советского Союза с жесткой системой планирования "от

достигнутого" при полном отсутствии рыночных отношений. России

удалось вырваться из тисков тоталитарной системы и влиться в

мировое сообщество. Однако и мировое сообщество в последние годы

претерпело существенные перемены: результаты деятельности фирм

все больше стали зависеть от внешних связей с другими фирмами.

Вместе с тем испытанное временем иерархическое построение

организационной структуры систем управления изменилось очень

мало. На рис. 1 представлена укрупненная схема предприятия,

включающая производство, организацию и управление.

Производственное предприятие, упрощенно показанное в виде

прямоугольника, состоит из трех блоков:

- А - подготовка и обслуживание производства;

- В - собственно производство;

- С - сбыт готовой продукции.

Рис. 1. Укрупненная схема предприятия

В блок А входят склады сырья и исходных материалов, ремонтные,

транспортные цехи, службы информации, связи и др.

Блок В состоит из цехов основного производства, включающих

технологические агрегаты, конвейерные и транспортные линии,

склады полуфабрикатов и др.

Блок С – сбыт готовой продукции подразумевает, в основном,

склады готовой продукции. Основу производства составляют

оборудование, производственный персонал, материальные,

энергетические, информационные и др. ресурсы.

Управление предприятием показано в виде треугольника,

состоящего из трех "слоев". Внутри и снаружи треугольника

управления циркулируют информационные потоки. Сверху вниз -

управляющие воздействия, снизу вверх - информация обратной связи,

по горизонтали - обмен информацией между внутренними объектами

одного уровня, а также между внутренними и внешними объектами.

Механизм управления включает в себя управленческий персонал,

компьютерные сети, финансовые, информационные и другие ресурсы.

Задача управления производством сводится к рациональному

управлению потоками ресурсов: материальных, энергетических,

финансовых, информационных и др.

Основание треугольника — это системы сбора, обработки,

хранения, передачи и представления информации – информационная

система (ИС). ИС представляют собой информационную модель

предприятия, которая отображает не только текущее состояние

предприятия, но и состояние за прошедшие периоды времени. Во

многих случаях требуется хранить информацию о готовой продукции,

исходных и промежуточных материалах, технологических режимах,

состоянии оборудования, сведения об исполнителях и др. в течение

нескольких лет.

На вершине треугольника управления находятся руководители

предприятия, принимающие решения и образующие системы принятия

решений (СПР). Каждое предприятие стремится достичь определенных

целей своей деятельности. Целей деятельности бывает несколько. У

разных предприятий они могут существенно отличаться, но две из них

одинаковы для всех предприятий. Первая цель - социальная,

направленная на пользу общества (например, производство

необходимой обществу продукции, обеспечение необходимым

количеством рабочих мест, защита окружающей среды и др.), а вторая

цель - экономическая, заключающаяся в получении от деятельности

предприятия максимальной прибыли. В системном анализе существет

задача структуризации целей [3].

Между основанием треугольника управления и его вершиной

находится среднее звено специалистов, образующее системы

поддержки принятия решений (СППР). Эти специалисты выполняют

многовариантные расчеты, используя полученные от руководителей

значения критериев оптимальности и значения ограничений, а также

полученные от объектов фактические значения контролируемых

параметров производства».

Из сказанного выше можно сделать

вывод: большинство

интегрированных систем управления производством имеют

иерархическую структуру [4], объединяющую функции АСУП –

автоматизированных систем управления производством и АСУТП –

автоматизированных систем управления технологическими

процессами (см. рис. 2).