Автоматизированные системы управления технологическими процессами АСУТП 2
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Глава 2. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)
2.1 Основные задачи и структура АСУТП
Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к использованию передовых технологий, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действующего, так и проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери. Все это возможно только при условии существенного повышения качества управления промышленными объектами, в том числе путем широкого применения автоматизированных систем управления технологическими процессами – АСУТП.
АСУТП – это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, предназначенная для сбора информации о технологическом процессе, а также выработки и реализации управляющих воздействий на объект с целью оптимизации выбранного критерия управления, реализующая информационную технологию выполнения поставленных задач.
Технико-экономическими предпосылками создания АСУТП являются:
- рост масштабов производства;
- увеличение единичной мощности оборудования;
- усложнение производственных процессов;
- использование форсированных режимов (повышенные давления, температуры, скорости реакций);
- появление установок и целых производств, функционирующих в критических режимах;
- усиление и усложнение связей между отдельными звеньями технологического процесса.
В последнее время в развитии многих отраслей промышленности появились новые факторы, связанные не только с повышением требований к количеству и качеству выпускаемой продукции, но и с напряженностью в области трудовых ресурсов. Рост производительности труда, в том числе путем его автоматизации, становится практически единственным источником расширения производства. Указанные обстоятельства предъявляют новые требования к масштабам использования и к техническому уровню АСУТП, к обеспечению их надежности, точности, быстродействия, экономичности, т.е. к эффективности их функционирования.
Еще одной важной предпосылкой применения АСУТП в промышленности является необходимость реализации значительных потенциальных производственных резервов. Заметим, что техническая база производства в большинстве отраслей промышленности достигла к настоящему времени такого уровня развития, при котором эффективность производственного процесса самым непосредственным и существенным образом зависит от качества управления технологией и организации производства. Поэтому на первый план выдвигается задача оптимального управления технологическими процессами, решить которую, без развитой АСУТП, в большинстве случаев невозможно.
Основой для создания любой АСУТП является технологический процесс, как фактор, определяющий цели создания системы, ее задачи и основные функции.
Технологические процессы служат материальной базой любого производства, поэтому для повышения таких характеристик производства, как производительность, качество (надежность) выпускаемой продукции, рентабельность производства, необходимо обеспечить «управляемость» процессов и внедрить автоматизированные системы управления ими.
В понятие «технологический процесс как объект управления» (см. также 1.1) включается, в частности, технологическое оборудование, кроме датчиков и исполнительных органов, которые являются конструктивными элементами оборудования, но входят в состав технических средств АСУТП, поэтому управление технологическим процессом в последующем изложении означает управление режимами работы технологического оборудования.
Под термином «управляемый технологический процесс» в дальнейшем понимается такой процесс, для которого определены входные контролируемые воздействия (управляющие, управляемые), установлены детерминированные или вероятностные зависимости между входными воздействиями и выходными параметрами выпускаемого изделия (продукта), разработаны методы автоматического измерения входных воздействий и выходных параметров (всех или их части) и методы управления процессом. Таким образом, управляемый технологический процесс представляет собой процесс, в принципе подготовленный для внедрения АСУТП
Задачу, выполняемую в системе технологический процесс - АСУТП, можно сформулировать следующим образом: по полученным данным о технологическом процессе составить прогноз хода технологического процесса, а также составить и реализовать такой план управляющих воздействий для достижения оптимального значения некоторого критерия качества процесса. Для решения этой задачи необходимо иметь математическую модель процесса, которая составляет основное содержание алгоритма управления, реализуемого АСУТП.
Учитывая неразрывную связь АСУТП и самого технологического процесса, как объекта управления, обычно рассматривается их совокупность, называемая автоматизированным технологическим комплексом (АТК).
Все АСУТП можно разделить на две большие группы: супервизорные системы и системы прямого цифрового управления. Системы, относящиеся к разным группам, существенно отличаются по структуре.
Супервизорная система управления представляет собой трехуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надежностью. Супервизор (инспектор, руководитель англ.) – устройство осуществляющее общий контроль за технологическим процессом и вырабатывающее управляющие воздействия, которые заключаются в изменении настроек локальных систем регулирования. Супервизором в таких системах является ЭВМ.
Структура супервизорного АТК представлена на рис. 2.1. Первый нижний уровень системы управления представлен датчиками различных параметров объекта, а также исполнительными механизмами. Данные устройства установлены непосредственно на технологическом оборудовании и предназначены для сбора информации об объекте управления и осуществления выработанных системой регулирующих воздействий. Также к данному уровню можно отнести блоки ручного управления и вторичные показывающие приборы.
Второй уровень супервизорной АСУТП представлен устройствами, осуществляющими локальное регулирование отдельных параметров. Это могут быть либо приборы с функцией регулирования, либо промышленные контроллеры (более подробно о технических средствах в АСУТП в гл. 9).
Третий верхний уровень включает в себя автоматизированные рабочие места (АРМ) персонала, а также серверы с хранящимися на них данными и программами.
Супервизорные АСУТП позволяют автоматически контролировать процесс, а также управлять им. Главным достоинством таких АСУТП является их повышенная надежность, т.к. работоспособность системы сохраняется при отказах в работе ЭВМ. В то же время в этих системах есть практическая возможность реализации сложных эффективных алгоритмов оптимизации, требующих большого объема вычислений.
Системы прямого цифрового управления. В таких системах ЭВМ непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды на исполнительные механизмы. В структуре таких систем присутствует два уровня, т.к. пропадает уровень локальных регуляторов. При использовании такой структуры, появляется возможность применять более эффективные принципы регулирования и управления, снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.
Основным недостатком таких систем заключается в том, что надежность комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ЭВМ. При выходе из строя ЭВМ объект полностью теряет управление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ.
Подавляющее большинство АСУТП в нефтехимической промышленности относится к группе супервизорных и имеет классическую трехуровневую структуру (см. рис. 2.1) Однако в этих системах некоторое количество параметров может управляться посредством прямого цифрового управления.
2.2 Основные функции АСУТП
Назначение любой автоматизированной системы управления, ее необходимые функциональные возможности, желаемые технические характеристики и другие особенности в решающей степени определяются тем объектом, для которого создается данная система.
Управляя ТОУ, АСУТП воздействует непосредственно на те или иные элементы оборудования: дроссельные и отсечные клапаны, задвижки, заслонки, дозирующие устройства и т.п. Интенсивность этих управляющих воздействий во время эксплуатации выбирают так, чтобы реализуемый в технологическом оборудовании процесс переработки входных материальных и энергетических потоков осуществлялся наиболее целесообразным образом.
Назначение АСУТП обычно можно определить как целенаправленное ведение технологического процесса и обеспечение смежных и вышестоящих систем управления необходимой информацией. В ряде случаев, когда функционирование новых сверхмощных объектов без современной АСУ оказывается практически невозможным, назначением такой системы является достижение реализуемости и устойчивости технологического процесса при высокоинтенсивных и экономичных режимах использования оборудования.
Создание и функционирование каждой АСУТП должно быть направлено на получение вполне определенных технико-экономических результатов (снижение себестоимости продукции, уменьшение потерь, повышение производительности труда, качества целевых продуктов, улучшение условий труда персонала и т.п.). Поэтому после определения назначения АСУТП необходимо четко конкретизировать цели функционирования системы. Примерами таких целей для промышленных технологических объектов могут служить: обеспечение безопасности его функционирования; стабилизация параметров входных потоков; получение заданных параметров выходных продуктов; оптимизация режима работы объекта; согласование режимов работы оборудования.
Степень достижения поставленных целей принято характеризовать с помощью так называемого критерия управления, т.е. показателя, достаточно полно характеризующего качество ведения технологического процесса и принимающего числовые значения в зависимости от вырабатываемых системой управляющих воздействий. В строгой, обычно математической, форме критерий управления конкретизирует цель создания данной системы. Одна из общих постановок вопроса о критерии управления сводится к стремлению получить наибольший экономический эффект, который определяется разностью стоимостей получаемой готовой продукции и сырья, энергии, рабочей силы и других затрат. Оптимальным будет такое управление процессом, которое позволит добиться максимального значения этой разности.
Не меньшую роль, чем критерий, играют ограничения, которые должны соблюдаться при выборе управляющих воздействий. Ограничения бывают двух видов: физические, которые не могут быть нарушены даже при неправильном выборе управляющего воздействия, и условные, которые могут быть нарушены, но нарушение приводит к значительному ущербу, не учитываемому критерием. При управлении часто наиболее существенные факторы учитываются именно ограничениями, а не критерием.
Как правило, общий критерий экономической эффективности управления технологическим процессом неприменим из-за сложности определения необходимых количественных зависимостей в конкретных условиях; в таких случаях формируют частные критерии оптимальности, учитывающие специфику управляемого объекта и дополненные условными ограничениями. Такими частными критериями, например, могут быть:
максимальная производительность агрегата при определенных требованиях к качеству продукции, условиях эксплуатации оборудования и т.д.;
минимальная себестоимость при выпуске продукции в заданном объеме и заданного качества;
минимальный расход некоторых компонентов, например дорогостоящих присадок или катализатора.
Чтобы добиться желаемого (в том числе оптимального) хода технологического процесса, в системе управления им необходимо в нужном темпе выполнять множество взаимосвязанных действий: собирать и анализировать информацию о состоянии процесса, регистрировать значения одних переменных и стабилизировать другие, принимать и реализовывать соответствующие решения по управлению и т.д. Именно эта «деятельность» системы управления была ранее названа функционированием, т.е. выполнением ею установленных функций. Теперь дадим определение и краткие разъяснения этого понятия.
Функция АСУТП - это совокупность действий системы, направленных на достижение частной цели управления. При этом в качестве действий рассматриваются заранее предопределенные и описанные в эксплуатационной документации последовательности операций и процедур, выполняемые частями системы.
Функции АСУТП в целом как человеко-машинной системы следует отличать от функций, выполняемых комплексом технических средств системы (в том числе средствами вычислительной техники). Неправильно рассматривать вместо функций всей системы (включая человека) только совокупность действий, осуществляемых автоматически ее техническими средствами. Хотя значение подобных действий, реализуемых без участия человека, очень велико, однако они не характеризуют полностью поведение и возможности всей АСУТП. Как правило, в системе за человеком (оператором, диспетчером) сохраняется главная, определяющая роль в выполнении наиболее сложных и ответственных функциональных задач. Поэтому необходимо рассматривать весь комплекс функций АСУТП, включая те из них, которые осуществляются при участии персонала.
Принято различать информационные и управляющие функции АСУТП.
К информационным относятся такие функции АСУТП, результатом выполнения которых являются представление оператору системы или какому-либо внешнему получателю информации о ходе управляемого процесса.
Характерными примерами информационных функций АСУТП являются:
контроль за основными параметрами, т.е. непрерывная проверка соответствия параметров процесса допустимым значениям и немедленное информирование персонала при возникновении несоответствий;
измерение или регистрация по вызову оператора тех параметров процесса, которые его интересуют в ходе управления объектом;
информирование оператора (по его запросу) о производственной ситуации на том или ином участке объекта управления в данный момент;
фиксация времени отклонения некоторых параметров процесса за допустимые пределы;
вычисление по вызову оператора некоторых комплексных показателей, неподдающихся непосредственному измерению и характеризующих качество
продукции или другие важные показатели технологического процесса;
вычисление достигнутых технико-экономических показателей работа технологического объекта;
периодическая регистрация измеряемых параметров и вычисляемых показателей;
обнаружение и сигнализация наступления опасных (предаварийных, аварийных) ситуаций.
Выполняя эти основные информационные функции, АСУТП своевременно обеспечивает своего оператора (диспетчера) или вышестоящую систему сведениями о состоянии и любых отклонениях от нормального протекания технологического процесса.
Управляющие функции АСУТП включают в себя действия по выработке и реализации управляющих воздействий на объект управления. Здесь под выработкой понимается определение (на основании полученной информации) рациональных воздействий, а под реализацией - действия, обеспечивающие осуществление принятых после выработки решений.
К основным управляющим функциям относятся:
стабилизация переменных технологического процесса на некоторых постоянных значениях, определяемых регламентом производства;
программное изменение режима процесса по заранее заданным законам;
защита оборудования от аварий;
формирование и реализация управляющих воздействий, обеспечивающих достижение или соблюдение режима, оптимального по технологическому или технико-экономическому критерию;
распределение материальных потоков и нагрузок между технологическими агрегатами;
управление пусками и остановами агрегатов и др.
Перечень всех функций, выполняемых конкретной АСУТП (т.е. ее функциональный состав), характеризует внешние, потребительские возможности данной системы.
2.3 Режимы работы АСУТП
В зависимости от степени участия человека в выполнении функций АСУТП различают два режима работы: автоматизированный и автоматический.
Автоматизированный режим. В этом режиме оперативный технологический персонал принимает активное участие в управлении. Возможны следующие варианты реализации этого режима (см. рис. 2.1).
При ручном управлении (РУ) технологический персонал по информации, получаемой по различным каналам о состоянии ТОУ, принимает решения об изменении технологического режима и воздействует на процесс дистанционно из операторской с помощью различных органов управления или же непосредственно, закрывая или открывая запорную арматуру.
В режиме «советчика» ЭВМ рекомендует технологическому персоналу через монитор оптимальные значения наиболее важных режимных параметров (температуры, расхода и т.п.), обеспечивающих достижение цели управления. Технологический персонал на основании своего опыта и знаний анализирует полученные рекомендации, а также информацию о процессе и принимает решение о целесообразности изменения режима. В случае принятия «совета» он вмешивается в работу ТОУ либо косвенно, либо непосредственно. Недостатком такого режима является то, что оператору зачастую трудно проверить правильность выработанной ЭВМ рекомендации.
В диалоговом режиме технологический персонал имеет возможность получать по запросу дополнительную информацию о настоящем, прошлом и возможном будущем процесса, и лишь после этого принимать решение о целесообразности изменения технологического режима.
На сегодняшний момент возможности АСУ таковы, что к автоматизированному режиму прибегают только в крайних случаях, поскольку математические модели, заложенные в систему таковы, что позволяют управлять объектом автоматически практически в любом режиме, включая наиболее сложные операции, такие как останов сложных агрегатов, а также пуск оборудования и его вывод на рабочий режим.
Однако при работе в автоматизированном режиме предпочтителен диалоговый режим работы, как наиболее безопасный. В данном режиме при принятии решений максимально исключена возможность ошибки по причине «человеческого фактора», кроме того, на технологический персонал возлагается минимальная эмоциональная нагрузка, т.к. все решения принимаются персоналом на основе подробной информации о процессе и возможных путях его развития.
Автоматический режим. Этот режим работы АСУТП предусматривает выработку и реализацию управляющих воздействий без участия человека. В разных группах АСУТП этот режим реализуется по-разному.
В супервизорных системах ЭВМ автоматически изменяет настройки локальных регуляторов (в том числе и программно реализованных в контроллерах). При этом на программном уровне решаются вопросы защиты ТОУ от опасных и неприемлемых изменений технологических параметров.
В системах прямого цифрового управления ЭВМ реализует результаты расчетов по поиску оптимальных режимов путем воздействия на исполнительные механизмы.
При работе системы в автоматическом режиме система просчитывает все возможные варианты работы ТОУ с целью недопущения его выхода в неустойчивую зону, в которой возможно возникновение аварийных ситуаций. Современные АСУТП сложными процессами как правило обладают развитыми вычислительными ресурсами и обширным банком моделей ТОУ, способных описать его работу во всех возможных режимах.
2.4 Виды обеспечения АСУТП
Создание и внедрение таких сложных систем, какими являются АСУТП, связано с реализацией (материализацией) в тесной взаимосвязи различных видов обеспечения, которые, в свою очередь, отражают различные аспекты функционирования систем. В соответствии с ГОСТ 34.003-90 для АСУ, в том числе и АСУТП, выделяется ряд основных видов обеспечения, определяемых ниже.
Техническое обеспечение - комплекс технических средств (КТС), применяемых для функционирования автоматизированной системы управления. Согласно определению стандарта под КТС АСУТП понимают все аппаратные средства от ЭВМ до датчиков (измерительных преобразователей) и исполнительных органов.
Представляется возможным разделить аппаратные средства современных АСУТП на две большие группы:
1) управляющие вычислительные комплексы (УВК);
2) датчики и исполнительные механизмы.
Наиболее широко применяемые на практике УВК выпускаются специализированными предприятиями в виде законченных конструкций, которые при создании АСУТП требуют выделения определенной производственной площади или отдельного помещения. В отличие от средств УВК, измерительные преобразователи и исполнительные устройства чаще всего являются конструктивными элементами технологического оборудования, связанными с УВК с помощью линий передачи.
Следует отметить, что в связи с развитием микропроцессорной вычислительной техники на нижнем иерархическом уровне все чаще применяются микроУВК или микроконтроллеры, которые также могут встраиваться в технологическое оборудование.
В общем случае в состав УВК входят: ЭВМ (одна или несколько), комплектуемые необходимым набором стандартных внешних устройств, различные типы устройств связи с объектом (УСО), точнее, устройств связи с датчиками и исполнительными органами, и устройства связи с оперативным персоналом (УСОП).
Всю номенклатуру операционных модулей УСО по обобщенному схемно-функциональному признаку можно условно разделить на следующие группы:
- преобразователи «аналог-код» и «код-аналог»;
- устройства обмена цифровой информацией;
- коммутаторы линий связи;
- буферные запоминающие устройства;
- устройства локального управления обменом информацией (локальные контроллеры);
- устройства коммутации, усиления и преобразования аналоговых сигналов.
Несомненно высока и роль входящих в УВК устройств связи с оперативным персоналом (УСОП). В сложных АСУТП на оперативный персонал возлагается весьма важная часть функций принятия решений в процессе управления.
В отечественной и зарубежной практике создания АСУТП, в первую очередь сложными технологическими комплексами (например, в энергетике, химии) известно немало разработок УСОП с ЭВМ и через нее - с объектом управления.
Анализ ряда выполненных разработок, а также требований к таким средствам позволил классифицировать УСОП и функции, выполняемые ими в системах. Выделены следующие основные типы устройств:
- специализированные пульты ввода-вывода информации индивидуального пользования;
- специализированные пульты группового пользования;
- специализированные мнемонические схемы (группового пользования);
- цифровые табло группового пользования;
- стандартные устройства регистрации информации;
- устройства вывода звуковой информации;
- устройства ввода-вывода на основе дисплеев (группового и индивидуального пользования).
К основным функциям, выполняемым УСОП, следует отнести:
1) отображение информации по команде от ЭВМ для оперативного (немедленного) принятия решения;
2) отображение общего текущего состояния технологического процесса по командам от ЭВМ;
3) выдачу ответов на запросы оперативного персонала о состоянии отдельных технологических параметров, технологического оборудования, о ходе производственного процесса, выполнении плана и т.д.;
4) выдачу рекомендаций об изменении режимов технологического процесса.
В связи с широким развитием в мире класса персональных ЭВМ (ПЭВМ) и их
возрастающей доступностью их все чаще применяют в качестве «интеллектуальных» устройств связи с оперативным персоналом.
Математическим обеспечением считают совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, использованную при создании автоматизированной системы управления.
Следует отметить особую, принципиальную роль математического обеспечения именно для такого класса систем, какими являются АСУТП. Реальность создания любой конкретной АСУТП и получение реального эффекта от ее внедрения непосредственно связаны с наличием достаточно адекватной математической модели объекта управления и алгоритма ее реализации. Проблема заключается в том, что во многих случаях сложность технологических процессов, недостаточность знаний о возможных состояниях процесса затрудняет формализацию описания объекта управления. Последнее в большой степени определяет весьма медленный ход процесса внедрения АСУТП в различных отраслях народного хозяйства. Поэтому следует уделять значительное внимание проблемам, связанным с математическим обеспечением АСУТП.
Создание математического обеспечения при проектировании было и остается творческой задачей, не подлежащей алгоритмизации и автоматизации. Несмотря на то, что разработан обширный аппарат для создания математических моделей, каждый ТОУ по своему уникален, и создание математической модели – сложная задача, решение которой в наше время посильно только человеку.
Программное обеспечение представляет собой комплекс программ, реализующих алгоритмы обработки информации. Его разделяют на общее (ОПО) и специальное (СПО). ОПО – совокупность программ, рассчитанных на широкий круг пользователей и предназначенных для организации вычислительного процесса и (или) решений часто встречающихся задач обработки информации, СПО – разрабатываемых при создании конкретной АСУТП для реализации ее функций.
При этом общее программное обеспечение, которым оснащаются серийно выпускаемые УВК, в первую очередь СМ ЭВМ, позволяет в полном объеме использовать технические средства УВК при создании на их основе АСУТП: оно построено по модульному принципу как открытая система с заложенными возможностями пополнения и расширения. В состав ОПО СМ ЭВМ входят операционные системы различного назначения, системы программирования, пакеты прикладных программ, рассчитанные на решение часто встречающихся задач обработки информации, а также сервисные и контрольно-диагностические программы.
Основной частью разработки программного обеспечения АСУТП является его специальная, ориентированная на управление конкретным ТОУ часть. Специальное программное обеспечение (СПО) конкретной АСУТП как неотъемлемая составляющая часть системы представляет собой совокупность программ, размещаемую вместе с машинной информационной базой в иерархическом ЗУ УВК. Разработка СПО является весьма длительным и трудоемким процессом в силу сложности и исключительного разнообразия управляемых ТОУ, функций и алгоритмов задач управления и соответственно их программных интерпретаций.
В создании такой системы следует выделить две главные проблемы:
1) постановку задачи автоматизации и описание алгоритмов управления реального времени (прикладное математическое обеспечение);
2) разработку совокупности программ реального времени с параллельными логико-вычислительными процессами и организацией ситуационного управления решением задач.
Основной долей специализированного программного обеспечения в АСУТП являются т.н. SCADA-системы.
SCADA (сокр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition) — диспетчерское управление и сбор данных.
Под термином SCADA понимают инструментальную программу для разработки программного обеспечения систем управления технологическими процессами в реальном времени и сбора данных.
Основные задачи, решаемые SCADA-системами:
обмен данными с УСО в реальном времени через драйверы;
обработка информации в реальном времени;
отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (HMI сокр. от англ. Human Machine Interface — человеко-машинный интерфейс);
ведение базы данных реального времени с технологической информацией;
аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;
осуществление сетевого взаимодействия между компьютерами, на которых установлена SCADA;
обеспечение связи с внешними приложениями (системы управления базами данных, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.);
Под информационным обеспечением подразумевают совокупность реализованных решений по объемам, размещению и формам организации информации, циркулирующей в автоматизированной системе управления при ее функционировании.
Информационное обеспечение АСУТП занимает одну из важнейших ролей. Поскольку правильно организованный сбор и хранение информации открывают большие возможности для эффективного управления, а также для диагностики и анализа работы системы. Современные АСУТП подразумевают сбор и хранение огромного количества информации о состоянии ТОУ, а также содержат большое количество справочной информации, позволяющей прогнозировать поведение системы на некоторое время вперед.
Принципы системного подхода, применяемые при создании информационного обеспечения, формулируются следующим образом:
создание единой информационной базы (ИБ) - применительно к АСУТП это в основном внутримашинная ИБ;
разработка типовой схемы обмена данными между системой и оперативным персоналом включая формирования ИБ, внесение в нее изменений и выдачу данных;
разработка единой общесистемной схемы хранения и обеспечения решаемых задач исходными данными;
обеспечение возможности поэтапного и непрерывного наращивания емкости информационной базы, т.е. динамического способа ее формирования;
обеспечение одноразовости и независимости ввода данных от времени решения и количества решаемых задач.
Исходя из перечисленных принципов, основными задачами информационного обеспечения с учетом взаимосвязи с другими видами обеспечения функционирования системы являются:
определение форм информационного представления объектов и процессов (ТОУ), структуры и состава информации, ее увязка с решаемыми задачами;
формирование нормативного словаря для обозначения и описания объектов и их свойств.
Стандарт устанавливает, что в состав информационного обеспечения включаются нормативно-справочная информация, необходимые классификаторы и унифицированные документы, если таковые необходимы (в АСУТП они могут быть не нужны).
Следует отметить, что важность реализации системных принципов и решения задач информационного обеспечения возрастает при увеличении масштабов ТОУ.
На нижнем уровне управления отдельными операциями задачи могут решаться в рамках разработки математического и программного обеспечения, при переходе же к более высоким уровням, увеличении значимости оперативного персонала роль информационного обеспечения становится все более важной, а задача его разработки – в известной степени самостоятельной.
По мере изменения характера взаимодействия персонала с ЭВМ (внутримашинной информационной базой) усложняется структура и состав средств информационного обеспечения, а также усиливается его взаимосвязь с лингвистическим обеспечением.
Вся информация, хранящаяся во внутримашинной информационной базе, делится на следующие группы: предметная информация; каталоги; вспомогательные тексты; справочники; управляющие таблицы; протокольная информация.
Предметная информация составляет основу базы данных, в нее входят все массивы данных и информации, необходимой для персонала (пользователей).
Среди каталогов основную роль играет генеральный, формируемый в виде таблицы, структура которой может меняться в зависимости от структуры и объема информации в предметной области. Кроме того, предусматривается формирование частных каталогов по отдельным носителям и видам информации, что позволяет организовать дополнительный сервис для пользователя и обеспечить резервирование накопителей.
Вспомогательные тексты обеспечивают диалоговый режим работы системы. Так, совокупность кодов представляет собой машинный справочник по структуре данных и способам их кодирования. Инструктивные документы позволяют с помощью соответствующих аппаратно-программных средств вызова выполнять «программируемое обучение» путем общения с подсистемой. Редактирующие тексты предназначаются для оформления выходных записей, а сигнальные – для информирования о различных нештатных ситуациях (отсутствие требуемой информации, сбой и др.).
В состав информационного обеспечения входят также цифровые справочники для перехода от одной системы кодирования к другой и текстовые справочники для расшифровки цифровых кодов.
Во всех режимах используются специальные управляющие таблицы, описывающие структуру и размещение информации, схему трансляции и контроля запросов, реакции на внештатные ситуации. И наконец, предусматривается формирование и накопление массива информации протокольного типа.
Существенное влияние на эффективность информационного обеспечения оказывают проектные решения внутримашинной части информационной базы.
Известно, что в действующих современных АСУ можно выделить два основных вида организации внутримашинной части ИБ: пофайловую организацию массивов данных (файл - совокупность данных, которая состоит из логических записей, относящихся к одной теме) и организацию на основе баз данных.
Пофайловая организация предусматривает создание специализированных на решение конкретных задач массивов данных, при этом осуществляется жесткая привязка данных к алгоритмам преобразования и реализующим эти алгоритмы программам, что затрудняет процесс пользования информационной базой и реализацию задач, инициируемые в форме запросов. Существенным недостатком пофайловой организации является избыточность информации, поскольку для решения различных задач часто записываются одни и те же данные. Применение пофайловой организации данных и в настоящее время объясняется высокой скоростью обработки данных, поскольку структура и организация файла соответствует логике его обработки программой.
Общепризнана перспективность для практически любых автоматизированных систем обработки информации (включая АСУТП) создания баз данных, в той или иной степени исключающего недостатки пофайловой организации. База данных АСУ - это совокупность используемых при функционировании АСУ данных, организованная по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, и независимая от прикладных программ.
В определении подчеркивается одно из основных свойств баз данных - их «независимость» от прикладных программ. Последнее означает, что изменение одних программ не приводит к изменению других. Таким образом, обеспечивается относительная простота добавления новых или модификации хранимых данных, а также возможность применения общего управляемого способа поиска данных.
Другое важнейшее свойство организации ИБ на основе баз данных - это минимальная избыточность данных, поскольку, в принципе, одними и теми же данными можно пользоваться при решении различных задач. На практике полностью независимые данные бывают так же редко, как и полностью неизбыточные. Действительно, как показывает анализ эволюции концепции баз данных и опыта создания различных систем с базами данных, проектировщики идут на различные компромиссы при организации машинных баз данных для получения практически приемлемого комплекса таких характеристик, как производительность, гибкость, экономичность. Как правило, в АСУ выделяют несколько баз данных, автоматически управляемых СУБД, которая может обеспечить одновременный доступ к каждой базе данных нескольких пользователей. В базы данных включают так называемые общесистемные массивы, кроме того, исходя из практической целесообразности в ИБ, выделяют также локальные массивы для решения отдельных задач.
Для автоматизированных систем управления организационно-технологическими процессами (АСУОТП) участков и цехов возможность прямого доступа персонала к базам данных, диалоговой работы с данными имеет существенное значение для эффектного принятия решений и выработки регулирующих воздействий. Поэтому важным является развитие способов взаимодействия человека с ЭВМ с возможностью прямого доступа к БД.
Лингвистическое обеспечение определяется как совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц при общении персонала автоматизированной системы управления со средствами вычислительной техники при функционировании АСУ.
За последние несколько лет взгляды специалистов на формирование лингвистического обеспечения АСУТП существенно изменились. Широкие возможности, предоставляемые современными ЭВМ, позволяют качественно визуализировать процесс, а кроме того, хранить большой объем информации позволяют не ограничиваться специализированными языками для общения с ЭВМ.
Как показывает опыт, экономически гораздо эффективнее спроектировать АСУТП таким образом, чтобы работа с ней была доступна широкому кругу пользователей, знакомых каждый со своим аспектом ее функционирования (оператор, слесарь КИП, мастер участка и др.), чем обучать технологический персонал специальным формализованным языкам общения с информационной базой.
Лингвистическое обеспечение разработчиков, наладчиков и обслуживающего персонала АСУТП содержит:
пакет программ генерации структуры комплекса технических средств и программного обеспечения;
средства заполнения баз данных;
языки описания характерных задач первичной обработки информации, автоматического регулирования, логического управления действия защит, дистанционного управления;
средства формирования видеокадров, отчетов (протоколов) и архивов;
способ включения в систему информационно-вычислительных задач, требующих индивидуального подхода (расчет технико-экономических показателей, диагностика и т.п.).
Основные особенности лингвистического обеспечения современных АСУТП:
лингвистическое обеспечение рассчитано на пользователя, специалиста в своей предметной области, не владеющего универсальными языками программирования или описания алгоритмов (технологический подход к языкам);
лингвистическое обеспечение оператора сводится к системе видеокадров и текстовых сообщений, снабженных необходимыми "меню", "подсказками" и "помощью", при организации диалога персонала с техническими средствами;
язык общения обеспечивает иерархическую структуру поиска, минимальное число нажатий клавиш для вызова информации и, по возможности, образное представление информации и выполняемых функций;
количество уровней детализации при работе с оперативными функциями не превышает трех, для остальных функций - не ограничивается. Предусмотрено наличие на экране в любое время поля для отображения новых аварийных сигналов, переключений, предупреждающих сообщений в текстовой форме;
язык технологического программирования обладает средствами документирования, позволяющими совмещать собственно программирование контроллеров с получением документации в удобных для служб эксплуатации и наладки форматах. Работа с "технологическим" языком сводится к применению небольшого числа простых и наглядных правил, каждое из которых имеет выраженный "технологический" смысл.
При кодировании информации, выводимой оператору, соблюдаются следующие основные принципы:
при нормальной работе оборудования, т.е. при соответствии параметров технологического процесса и структуры технологической схемы проектным значениям для данного режима, вся информация отображается зеленым цветом;
при выходе параметров за уставки предупредительной сигнализации или при ситуации, не представляющей опасности, но требующей привлечения внимания оператора, информация выдается мигающим желтым цветом. Мигание снимается квитированием. До возвращения процесса в норму индикация осуществляется ровным желтым цветом;
при выходе параметров за аварийные установки или возникновение аварийных ситуаций информация выдается красным мигающим цветом. После квитирования мигание снимается, но до возвращения процесса в норму индикация производится красным цветом;
мигание сопровождается звуковыми сигналами;
предусмотрено также цветовое кодирование для отображения следующих состояний переменных: "снят с опроса", "снят с сигнализации", "недостоверное значение".
Таким образом, легко увидеть, что такая организация общения человека с АСУТП не накладывает дополнительную нагрузку на организационный и технологический персонал, не требует дополнительных специальных знаний, а, следовательно, дополнительных расходов на обучение работников, что существенно облегчает внедрение АСУТП и работу с ними.
Организационное обеспечение – cовокупность документов, устанавливающих организационную структуру, права и обязанности пользователей и эксплуатационного персонала АС в условиях функционирования, проверки и обеспечения работоспособности АС.
Также в него входит план мероприятий по подготовке к внедрению АСУТП. Основными документами организационного обеспечения являются инструкции по действию как технологического персонала, так и персонала, обслуживающего вычислительную технику в условиях функционирования АСУТП.
Метрологическое обеспечение – совокупность работ, проектных решений, технических и программных средств, а также организационных мероприятий, направленных на обеспечение заданной точности измерений.
На стадии разработки АСУТП должны обеспечиваться единство измерений и их точность для заданных условий эксплуатации за счет выбора определенных технических средств, а также их резервирования. Программными решениями должны обеспечиваться фильтрация измеряемых значений параметров и выбор достоверных значений. Разработчиками должны быть определены виды и порядок метрологической аттестации информационно-измерительных систем.
На стадии эксплуатации АСУТП метрологические службы предприятий проводят анализ состояния метрологического обеспечения информационно-измерительных систем и разработку мероприятий по повышению уровня и совершенствованию средств измерений, контроля и испытаний; осуществляют метрологическую аттестацию заданных средств измерений; организуют поверку средств автоматизации; проводят метрологическую экспертизу конструкторской и технологической документации на информационно-измерительные системы.
Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения при функционировании АСУТП и юридический статус результатов ее функционирования.
Эргономическое обеспечение – совокупность реализованных решений в АСУТП по согласованию психологических, психофизиологических, антропометрических, физиологических характеристик и возможностей пользователей системы с техническими характеристиками комплекса средств автоматизации АСУТП и параметрами рабочей среды на рабочих местах персонала АСУТП.
Контрольные вопросы
- Назовите предпосылки внедрения АСУТП на производстве.
- В чем состоят основные отличия супервизорных систем от систем прямого цифрового управления?
- В чем различие между основными группами функций АСУТП?
- Перечислите основные виды обеспечения АСУТП.
Рис. 2.1. Структура АТК.
№ 32
- Рис. 2.1. Структура АТК.
2. Цифровой дозиметр
3. Электромагнитная совместимость устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью
4. Тема- Новый год и Рождество Задание1- Используя ресурсы Интернет [Приложение 3] проведите поисковую работу
5. Тема- Радиационная обстановка в районе ЖДТ Цель- Научиться оценивать радиационную обстановку в зоне ЧС и ос
6. Лабораторная работа По курсу- Технические измерения и приборы Тема- Изучение работы измерительной цеп
7. реферату- Передумови створення підприємстваРозділ- Економіка підприємства Передумови створення підприємс.
8. Протоколирование действий и аудит
9. Элвис Пресли
10. Кант-основоположник классической немецкой философии
11. на тему- Работа над гаммами в старших классах детской музыкальной школы
12. варианты. СРЛЯ комплекс наук морфология фонетика и пр описывает систему и законы рус
13. Бюджет экономика~а ~сер ету ~~ралы т~жырымымен келісесіз бе 5
14. Задание 11 В Microsoft Excel создать электронную таблицу имитирующую работу банка и сохранить её под именем таблиц
15. Пояснительная записка ДМ 1103
16. тема уравнений с неизвестными имеет вид 2
17. Основные закономерности влияния многолетнего промерзания горных пород на гидрогеологические условия крио
18. серый-белый 95 вискоза 5 эластан единый 167
19. Тема- Этапы философии Цели- Научиться определять этапы и закономерности развития философии и философс
20. на тему Античные баллады Выполнила- Студентка 1 курса специальности Реклама