Старооскольский технологический институт (филиал)

федерального государственного автономного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский

технологический университет «МИСиС»

Кафедра АИСУ

Д.А. Полещенко интегрированные системы проектирования и управления

Опорный конспект лекций

для студентов специальности

220301.65 – Автоматизация технологических процессов и производств

(все формы обучения)

Одобрено редакционно-издательским советом института

Старый Оскол

2011г.

УДК 004.415.2

ББК 32.973

Рецензент: Директор ЗАО «ПроектЭлектроМонтаж», к.т.н. Пожарский Ю.М.

Полещенко Д.А., Интегрированные системы проектирования и управления. Конспект лекций. Старый Оскол, СТИ НИТУ «МИСиС», 2011. – 237 с.

Конспект лекций по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления» для студентов специальности 220301.65 – «Автоматизация технологических процессов и производств» для всех форм обучения.

© Полещенко Д.А.

© СТИ НИТУ «МИСиС»

Содержание

1. Лекция №1…………………………………………………..……..4

2. Лекция №2………………………………………………………..20

3. Лекция №3…………………………………………………..……33

4. Лекция №4………………………………………………………..37

5. Лекция №5………………………………………………………..43

6. Лекция №6………………………………………………………..50

7. Лекция №7………………………………………………………..56

8. Лекция №8………………………………………………..……..104

9. Лекция №9…………………………………………………..…..114

10. Лекция №10……………………………………………………..121

11. Лекция №11……………………………………………………..128

12. Лекция №12……………………………………………………..139

13. Лекция №13……………………………………………………..160

14. Лекция №14……………………………………………………..216

15. Лекция №15………………………………………………….….242

16. Лекция №16………………………………………………….….250

17. Лекция №17………………………………………………….….253

18. Список литературы………………………………………….…259

Лекция №1 введение. Проблематика построения ис

Развитие микропроцессорной техники в последние два десятилетия привело к широкому внедрению в производство систем и средств автоматизации, к созданию интегрированных систем управления, рассчитанных на ограниченное количество персонала, эксплуатирующего технические средства. Сложность в системах управления и обработки информации технических средств состоит в том, что существует необходимость объединить в единую систему различные по быстродействию системы реального времени (в том числе жесткие и мягкие). Это обстоятельство определяет аппаратурную структуру системы, методы обеспечения надежности и живучести, распределение вычислительных ресурсов. Именно в связи с этим возникают трудности в реализации систем реального времени при интеграции их в единую систему, обеспечивающую одновременное решение большого числа разнородных задач, что, в свою очередь, определяет требования к операционной системе реального времени. Хотя каждая задача в системе, как правило, выполняет какую-либо отдельную функцию, часто возникает необходимость в синхронизации действий, выполняемых различными задачами, из-за связанности их одна с другой и необходимости синхронизации задач с внешними событиями — по времени и ресурсам.

Основные понятия

Построение систем управления на основе микропроцессорной техники позволяет не только проводить дальнейшую автоматизацию технологических процессов на производстве и интеграцию собственно систем управления, но и обеспечивать решение широкого спектра иных задач. В число решаемых задач входят такие как:

- диагностирование состояния механизмов, систем и устройств;

- адаптивное управление ими в повседневных условиях и в аварийных ситуациях;

- выработка советов персоналу по управлению техническими средствами в нормальных и аварийных ситуациях, и т.д.

Функциональная совместимость подсистем различных уровней дает возможность организовать взаимный обмен информацией при решении локальных задач управления с учетом главной целевой функции автоматизации. Это позволяет интегрировать процессы управления в комплексных автоматизированных рабочих местах (АРM) специалистов и решать задачу сокращения численности персонала на производстве.

Создание интегрированных систем управления (ИСУ), объединяющих в себе функции контроля, диагностирования, защиты, сигнализации, регулирования, управления, администрирования и т.д. позволяет снизить трудоемкость эксплуатации технических средств производства, оптимизировать режимы их использования, перейти от автоматизированных систем управления к автоматическим, и в конечном итоге — снизить численность персонала.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к построению ИСУ производством с единым управлением, осуществляемым с АРМа комплексного центрального поста управления (ЦПУ). При этом часть задач, ранее решаемых на нижних уровнях иерархической структуры, поступает на верхний уровень, что увеличивает концентрацию задач в АРМ оставшихся производственных специалистов. В то же время усложняются сами задачи, решаемые на производстве: появляются оптимизационные, с увеличением числа критериев, в том числе и обобщенных.

Концентрация задач на верхних уровнях управления сопровождается сокращением численности персонала, что приводит к уменьшению общего банка знаний, накопленных интеллектом производственных специалистов. Подобная концентрация задач, при уменьшении общего потенциала знаний, ведет к перегрузке производственных специалистов на верхних уровнях управления. Следовательно, возникает необходимость совершенствования системы информационной поддержки специалистов — путем создания в рамках ИСУ систем искусственного интеллекта (экспертных систем). Экспертные системы ориентированы на решение задач контроля, оценки ситуации, принятие решений и управление конкретными производственными объектами, системами и устройствами, а также на решение задач тренинга.

Следовательно, необходимое условие создания ИСУ производством — это разработка структуры банка данных и банка знаний.

Банк данных (БД) представляет собой автоматизированную систему централизованного хранения и коллективного использования данных. В состав БД входят несколько баз данных, справочник баз данных, система управления базами данных, а также библиотека запросов и прикладных программ.

База знаний (экспертная система) представляет собой систему искусственного интеллекта, включающую базу знаний с набором правил и механизмом вывода, позволяющую на основании предоставляемых пользователем фактов распознать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение или дать рекомендацию для выбора необходимого действия.

Информация о состоянии отдельных объектов управления собирается через системы датчиков в системы нижнего уровня, затем обрабатывается и передается на более высокие уровни. Таким образом, снизу вверх идет информационный поток об исправности и правильности функционирования объектов управления и средств автоматизации. По мере продвижения вверх происходит обобщение и обработка этой информации, так что на высшем уровне иерархии ИСУ формируется комплексное представление о состоянии всего объекта управления (вследствие интеграции и сжатия поступающей информации).