Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные системы в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

Маршрутизатор

ЛВС

доменного цеха

Диспетчер

ГОП

Химическая

лаборатория ККЦ

Лаборатория КХП

Сеть промышленных контроллеров

ЛВС аглоцеха

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

(на примере доменного производства)

6-30

Сервер БД

агломераци-

онного цеха

Диспетчер

аглоцеха

Диспетчер

аглофабрики

Контролер ОТК

аглофабрики

Сеть промышленных контроллеров

Сервер БД домен-

ного производства

Сервер уда-

ленного дос-

тупа

Весовой пост

Диспетчер

ЦПАШ

ЛВС ЦПАШ

Сеть промышленных контроллеров

Диспетчер

РОФ

ЛВС РОФ

Сеть промышленных контроллеров

Сервер уда-

ленного

ост

па

Сервер базы

данных ЦПАШ

Сервер базы

данных РОФ

Сервер уда-

ленного

ост

па

Контролер РОФ

Химическая лабо-

ратория РОФ

ЛВС ГОП

Сервер базы

данных ГОП

Диспетчер ЖДТ

ЛВС ЖДТ

Сервер базы

данных ЖДТ

. . . . .

Маршрутизатор

Ма

ру

тизато

Маршрутизатор

в центре АСУ

ARLAN

Сервер уда-

ленного дос-

тупа

ARLAN

PairGain

Маршрутизатор

ARLAN

Рис. 6.9. Схема компьютерных сетей по обеспечению управления аглодоменным производством

. . . . .

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-31

• база данных цеха подготовки агломерационной шихты (ЦПАШ), ко-

торая функционирует на сервере базы данных ЦПАШ. Основная часть

данных в базу вводится вручную и корректируется диспетчером

ЦПАШ, к которому поступает информация с весового поста, от ма-

шиниста экскаватора, расцепщика и др. Через сеть промышленных

контроллеров автоматически поступают данные о технологическом

процессе подготовки агломерационной шихты. В результате на серве-

ре базы данных ЦПАШ формируется полная информация о поступле-

нии и отгрузке сырья для производства агломерата со складов, качест-

ве полученного сырья и подготовленной шихты, перечень сертифика-

тов на привозное сырье и др.;

• база данных рудно-обогатительной фабрики (РОФ), установленная на

сервере базы данных РОФ, который автоматически через сеть про-

мышленных контроллеров накапливает технологическую информа-

цию о процессе подготовки железорудных материалов к доменной

плавке. Вручную производится ввод данных о поступлении сырья и

отгрузке продукции со складов. Через сервер удаленного доступа в ба-

зу данных поступает также информация о химическом анализе желе-

зорудных

материалов, а также от контролера ОТК. Диспетчер РОФ

осуществляет просмотр информации и при необходимости осуществ-

ляет корректировку ошибочно введенных данных. По накопленной

информации рассчитываются суммарные материальные и энергетиче-

ские затраты на подготовку и обогащение руды;

• база данных агломерационного цеха, установленная на сервере базы

данных в агломерационном цехе. С помощью

сети промышленных

контроллеров обеспечивается автоматический ввод и контроль основ-

ных технологических параметров агломерационного производства и

представление его в базе данных. Автоматизированный ввод инфор-

мации через сервер удаленного доступа осуществляют контролер ОТК

и диспетчер агломерационной фабрики. Диспетчер агломерационного

цеха имеет возможность просматривать и корректировать введенные в

базу данные. Накопленная информация позволяет производить

опера-

тивную оценку качества готового агломерата, учет поступления сырья

и отгрузки готовой продукции со склада, анализ энергетических и ма-

териальных затрат на агломерационное производство;

• база данных горно-обогатительного производства (ГОП), которая

расположена на сервере базы данных ГОП. Здесь в электронном виде

хранятся паспорта складов ЦПАШ, агломерационного цеха и РОФ

формируется база сертификатов на привозное сырье, осуществляется

копирование (репликация) информации с серверов ЦПАШ, агломера-

ционного цеха и РОФ по поступлению сырья и отгрузке продукции со

складов, качеству подготовленной руды и полученного агломерата,

производится комплексная оценка материальных и энергетических

ресурсов, затраченных на подготовку шихтовых материалов;

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-32

• база данных доменного производства, расположенная на сервере базы

данных в вычислительном центре доменного цеха. Здесь накаплива-

ется информация о работе каждой доменной печи.

• база данных железнодорожного транспорта (ЖДТ), которая содер-

жит оперативную информацию о передвижении по территории ком-

бината железнодорожных вагонов с железорудным сырьем, коксом,

чугуновозных ковшей, миксеров

и др.

При разработке и сопровождении системы баз данных аглодоменного

производства особое внимание уделяется надежности ее работы, достоверности

вносимых данных и оперативности получения информации. Эти требования

обеспечиваются соответствующим выбором и настройкой аппаратно-

программных средств, а также повышением уровня квалификации пользователей

системы. Рассмотрим подробнее характеристику аппаратно-программных

средств для реализации системы баз

данных на примере аглодоменного произ-

водства ОАО ММК.

6.4.3. Характеристика аппаратно-программных средств

вычислительного центра доменного цеха ОАО ММК

Аппаратно-технический уровень системы баз данных аглодоменного

производства обеспечивается применением современных компьютеров для сбора

и первичной обработки параметров технологических процессов на базе процес-

соров Intel Pentium 233 с оперативной памятью 32 Мбайт и емкостью жесткого

диска 6,4 Гбайт, в качестве серверов – компьютеров Intel Pentium II с оператив-

ной памятью 256 Мбайт и емкостью жесткого диска 6,4 Гбайт. В качестве физи-

ческой передающей среды широко используются экранированная витая пара и

волоконно-оптический кабель. Все компьютеры подключены к вычислительной

сети аглодоменного цеха, которая для повышения ее общей производительности

и надежности работы разбита на

отдельные логические сегменты (подсети), т.е.

является логически структуризованной. Взаимодействие между отдельными

подсетями организуется с помощью коммутаторов и маршрутизаторов, установ-

ленных в сетевой стойке вычислительного центра (ВЦ) доменного цеха (рис.

6.10).

Объединение ЛВС отдельных производств и выход в единую корпора-

тивную сеть комбината, как уже было отмечено, осуществляется по двум дубли

рующим друг друга каналам (рис. 6.11). В качестве базовой операционной сис-

темы для организации компьютерной сети доменного цеха ОАО ММК использу-

ется Windows NT. Как было отмечено раньше, управление пользователями в та-

кой системе основано на концепции группового администрирования, когда права

на вычислительные ресурсы назначаются не каждому пользователю в отдельно-

сти, а целой

группе. Под вычислительными ресурсами в данном случае понима-

ется вся совокупность аппаратных, программных и информационных ресурсов

доменного цеха. Все компьютеры, подключенные к компьютерной сети цеха,

образуют домен, управляются специальными компьютерами – серверами, распо-

ложенными на территории вычислительного центра (ВЦ) доменного цеха

(рис.6.10). Отметим назначение и основные функции серверов ВЦ.

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-33

Сервер удаленного

доступа

Windows NT Server PDC,

FTP, File server, DHCP, DNS, WINS

Windows NT Server BDC, Internet Infor-

mation Server, MS Exchange Server

Windows NT Server, Stand Alone, MS

SQL Server, АСУП доменного цеха

Оптоволоконная ЛВС

доменного производства

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Передача данных в

корпоративную сеть

ОАО ММК

Сетевая стойка

ВЦ доменного цеха:

1 – маршрутизатор;

2 – коммутатор;

3 – сервер удаленного досту-

па;

4 – оптический концентратор

Windows NT Server, Stand Alone, MS

SQL Server, АСУ ТП доменной печи №1

ARLAN

PairGain

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Windows NT Server, Stand Alone, MS

SQL Server, АСУ ТП доменной печи №8

Рудообогатительная

фабрика (РОФ)

Горнообогатительное

производство (ГОП)

Химическая

лаборатория ККЦ

Весовой пост

Лаборатория КХП

Рис. 6.10. Структура аппаратно-технического обеспечения вычислительного центра доменного цеха ОАО ММК

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-34

ARLAN

Доменные печи ММК

№1 … №10

Рис. 6.11. Структурная схема автоматизированной информационной системы

доменного производства ОАО ММК

PairGain

Master

PairGain

Slave

. . . . . . . .

Удаленные объекты сбора информации:

Рудообогатительная фабрика (РОФ),

Горнообогатительное производство (ГОП),

Цех подготовки агломерационной шихты (ЦПАШ),

Агломерационный цех,

Железнодорожный транспорт (ЖДТ)

Рабочее место газовщика

Мониторинг технологических па-

амет

ов

(

SCADA-система

)

Мониторинг параметров системы

загрузки (SCADA-системы)

Математические модели

доменного производства

ПЭВМ для сбора и пер-

вичной обработки техно-

логических параметров

доменного процесса и

системы загрузки домен-

ной печи

PLC

. . .

Коммутатор

Корпоративная

сеть ОАО ММК

Маршрутизатор

ВЦ

доменного

цеха

Автоматизированная ин-

формационная система

оменной печи

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-35

Главный контроллер домена (Primary Domain Controller, PDC) работает

под управлением операционной системы Windows NT Server v 4.0. Здесь хранит-

ся основная копия базы данных учетных записей (Security Accounts Management

Database, SAM), включающей в себя все глобальные группы и учетные записи

пользователей и компьютеров доменного цеха. Кроме того, данный сервер ис-

пользуется для аутентификации пользователей, когда они выполняют регистра-

цию в сети или осуществляют доступ

к совместно используемым вычислитель-

ным ресурсам. На главном контроллере домена также располагаются программ-

ные инструментальные средства, используемые для централизованного управле-

ния работой сети и обеспечения взаимодействия пользователей сети доменного

цеха с пользователями других цехов и служб комбината на основе Internet-

технологии. В частности:

• FTP-сервер предоставляет услуги по доступу к файлам

на удаленной машине

в соответствии с протоколом передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP).

Этот протокол входит в семейство протоколов TCP/IP, предоставляет общий

язык для упрощения переноса файлов между файловыми системами, имею-

щими различные форматы сохранения файлов. FTP-сервер функционирует

как встроенная сетевая служба, что дает возможность использовать Windows

NT Server для контроля доступа к каталогам FTP. Одним из главных пре

имуществ использования службы FTP является то, что пользователи имеют

возможность перемещать и копировать файлы, не создавая управляющие

Web-страницы и указатели на файлы;

• файловый сервер (File server) представляет собой многопользовательскую

централизованную систему управления данными. В данном случае использу-

ется выделенный файловый сервер – специальный компьютер, который

управляет внешним запоминающим устройством большой емкости и

обеспе-

чивает хранение общих файлов и доступ к ним из других узлов сети. На-

стройка прав доступа удаленных пользователей к файлам данных сервера

осуществляется стандартными средствами Windows NT;

• DHCP-сервер служит для автоматизации процесса назначения и освобожде-

ния сетевых адресов (IP-адресов) рабочим станциям, благодаря чему админи-

страторы сети освобождаются от работы по

ручному назначению сетевых ад-

ресов и управлению ими. Механизм его функционирования основан на про-

токоле динамической настройки узла (Dynamic Host Configuration Protocol,

DHCP). На сервере хранится таблица доступных и использованных IP-

адресов, он обрабатывает запросы от рабочих станций, которым необходимо

получить или обновить зарезервированный за ними IP-адрес;

• WINS-сервер (Windows Internet Name Service, WINS) – служба имен Internet

Windows – используется для обеспечения

динамического распознавания имен

NetBIOS и преобразования их в IP-адреса, например, при использовании

имени компьютера для поиска ресурсов;

• DNS-сервер (Domain Name Service) обеспечивает работу службы сервера до-

менных имен, который выполняет функции узла Internet и преобразует до-

менные имена в IP-адреса. Основным преимуществом службы DNS перед

WINS является то, что DNS поддерживается практически всеми клиентами

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-36

протокола TCP/IP в отличие от службы WINS, которая была разработана спе-

циально для работы под операционными системами Microsoft.

Резервный контроллер домена (Backup Domain Controller, BDC) работает

под управлением операционной системы Windows NT Server v 4.0 и выполняет

те же функции, что и главный, но с одним существенным отличием: он не со-

держит основной копии базы данных учетных записей SAM. Вместо этого глав-

ный

контроллер домена выполняет ее репликацию на все резервные контролле-

ры домена. Это означает, что при отсутствии в сети доменного цеха главного

контроллера домена она вполне работоспособна, но нет возможности изменять

учетные записи в домене (учетные записи пользователей и компьютеров). Ос-

новным назначением резервного контроллера домена является равномерное пе-

рераспределение нагрузки

аутентификации пользователей сети. Кроме того, если

главный контроллер домена будет недоступен по причине выхода из строя обо-

рудования или вследствие запланированного отключения, например для замены

каких-либо аппаратных компонентов, то выполнение его функций можно возло-

жить на резервный контроллер домена. Это позволит продолжить выполнять ау-

тентификацию пользователей и осуществлять управление сетью

доменного цеха.

На резервном контроллере домена также располагаются:

• информационный сервер Интернета (Internet Information Server, IIS) , кото-

рый предоставляет пользователям аглодоменной сети работу основных служб

Интернета – WWW (World Wide Web), протокола передачи файлов FTP и

Gopher;

• почтовый сервер Microsoft Exchange для организации и обслуживания работы

электронной почты внутри сети аглодоменного производства;

• выделенные серверы (Stand Alone), которые работают под управлением опе-

рационной системы Windows NT Server v 4.0. Назначением этих серверов яв-

ляется предоставление клиентам сети (конечным пользователям или при-

кладным программам) затребованных информационных ресурсов, а именно

информации о технологических параметрах работы доменных печей. С этой

целью для каждой из восьми печей цеха установлен выделенный сервер, на

котором функционирует система управления базами данных (СУБД) SQL

Server v 6.5, осуществляющая накопление,

хранение и выполняющая основ-

ную часть работы по обработке данных, поступающих с доменной печи. В

SQL Server используется реляционная модель организации данных, постро-

енная с учетом информационных потребностей доменного производства.

Такая информационная система, основу которой составляет система

управления базами данных SQL Server, входит в состав АСУ ТП каждой домен-

ной печи.

Отдельный выделенный сервер,

работающий под управлением Windows

NT Server v 4.0, осуществляет сбор и обработку первичной технологической ин-

формации с серверов баз данных каждой доменной печи с целью информацион-

ного обеспечения АСУП доменного цеха. В качестве программных средств сис-

темы баз данных аглодоменного производства используется программный про-

дукт фирмы Microsoft SQL Server, который обеспечивает клиент/серверную об-

работку информации, поддерживает реляционную

модель организации данных и

организует доступ к базе данных средствами сетевой операционной системы

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-37

Windows NT. В качестве средств разработки клиентских частей прикладных про-

грамм применяются языки программирования Microsoft Visual C++, Microsoft

Visual Basic. Поскольку весь обмен информацией между клиентом и сервером

происходит посредством SQL-запросов, то значительным преимуществом такого

подхода является снижение сетевого трафика, повышение скорости обработки

запросов, а также интегрирование системы баз данных в корпоративную сеть

комбината с использованием Intranet-технологии.

На

каждой доменной печи установлены рабочие станции ПЭВМ, кото-

рые работают под управлением операционной системы Windows NT Workstation

v 4.0 и осуществляют функции сбора и первичной обработки технологической

информации доменного процесса (АСУ ТП) и системы загрузки доменной печи.

Таким образом, использование при разработке и реализации базы данных

CASE-технологии проектирования информационных систем, современных аппа-

ратно-программных средств функционирования и сопровождения системы баз

данных позволило создать на ОАО ММК сквозную информационную систему

доменного производства, обеспечивающую распределенную обработку и центра-

лизованный контроль и оперативное управление технологическим процессом на

всех этапах – от

складирования сырья в цехе подготовки агломерационной ших-

ты до выплавки чугуна. Возможность вносить изменения непосредственно в ло-

гическую структуру базы данных и тем самым оперативно учитывать вновь воз-

никающие информационные потребности пользователей придает построенной

таким образом системе значительную гибкость и обеспечивает легкость при ор-

ганизации взаимодействия с другими информационными системами.

6.5. Контрольные вопросы

1. Почему при анализе работы доменной печи ее следует рассматривать как

управляемую технологическую систему? Что в данном случае понимают под

системой управления?

2. На какие группы подразделяются все входные и выходные параметры, харак-

теризующие работу технологической системы? Приведите конкретные при-

меры из практики работы доменной печи.

3. Назовите

основные принципы построения современной автоматизированной

системы доменной плавки.

4. Перечислите основные подсистемы контроля технологических параметров

доменной печи.

5. Какие задачи позволяет решать автоматизированная информационная систе-

ма технического обслуживания и управления (АИСТОУ)? Назовите основные

подсистемы АИСТОУ и перечислите функции, которые они выполняют.

6. Какие функции выполняет диспетчерская подсистема технологического пер-

сонала

доменной печи?

7. Каковы особенности функционирования системы баз данных в аглодоменном

производстве? Какие аппаратно-программные средства при этом использу-

ют?

8. Поясните структуру распределенной системы баз данных аглодоменного

производства.

Глава 7. Интеллектуальные системы

7-1

Глава 7. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 7-2

7.1. Понятие интеллектуальной системы 7-2

7.2. Архитектура современных экспертных систем 7-3

7.3. Классификация экспертных систем 7-7

7.4. Модели представления знаний 7-10

7.4.1. Продукционная модель 7-10

7.4.2. Логические модели представления знаний 7-14

7.4.3. Представление знаний с использованием

семантических сетей 7-19

7.4.4. Методы неточных рассуждений с

ненадежными данными 7-23

7.5. Инструментальные средства построения экспертных

систем 7-26

7.5.1. Традиционные языки программирования

7-26

7.5.2. Языки искусственного интеллекта 7-26

7.5.3. «Оболочки» и программные обстановки 7-27

7.6. Контрольные вопросы 7-28

Глава 7. Интеллектуальные системы

7-2

Глава 7. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

7.1. Понятие интеллектуальной системы

Интеллектуальные системы и технологии применяются для тиражирова-

ния профессионального опыта и решения сложных научных, производственных

и экономических задач.

Под интеллектуальной системой понимается искусственно созданная

система, обладающая способностью накопления и корректировки знаний на ос-

нове активного восприятия информации о мире и обобщенного опыта, а также

целенаправленного поведения

Искусственный интеллект (ИИ) – это программная система, имитирую-

щая на компьютере мышление человека. Для создания такой системы необходи-

мо изучить процесс мышления человека, решающего определенные задачи или

принимающего решения в конкретной области.

Когда человеческий мозг приступает к решению даже самой простой за-

дачи, для выбора нужных действий в его распоряжении имеется

огромный объ-

ем информации. Например, если бы человек, прежде чем шагнуть на проезжую

часть, анализировал все факты, имеющие прямое, косвенное или вообще не

имеющие никакого отношения к его цели перейти дорогу, он простоял бы на

обочине несколько лет.

Однако в мозгу существует сложная система, руководящая выбором пра-

вильной реакции на

конкретную ситуацию. Такой выбор называется упрощени-

ем. Механизм упрощения блокирует мысли, не имеющие отношения к решаемой

в данный момент задаче. Точно так же, как удаление у дерева ненужных веток

помогает ему расти, механизм упрощения способствует достижению цели, игно-

рируя все бесполезные для этого факты. Одним словом, без упрощения челове-

ческий

мозг будет парализован, механизм же упрощения направляет мысль че-

ловека в нужное русло. Аналогичный подход используется и в искусственном

интеллекте. Как мы с вами увидим в дальнейшем, большинство человеческих

рассуждений может быть представлено с помощью очень простого правила вида

Если (условие), то (выполнение действий).

Однако даже современному компьютеру тяжело обработать за один раз

несколько сот правил, человек же – эксперт обрабатывает за один раз около пя-

тидесяти тысяч таких правил в своей предметной области. А если рассматривать

экспертизу обо всем мире в целом, то потребуются миллионы и биллионы пра-

вил. За счет чего же можно уместить в компьютере информацию о мире? Ответ

очевиден – только за счет повышения уровня абстракции представления знаний

о мире.

Для того чтобы заставить компьютер понимать знания, представленные в

виде человеческой речи, необходимо построить анализатор естественного языка,

с помощью которого, в основном, передаются знания. Основными функциями

анализа языка являются:

• лексический анализ (анализ слов);