БИЛЕТ№ 1

Вопрос 1. Информационные технологии Вопрос 2. Системный подход 2.1. Основные принципы системного подхода 2.2. Основные определения системного подхода

1. Информационные технологии

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) — широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям создания, управления и обработки данных, в том числе с применением вычислительной техники.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, IT — это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы.

Информационные технологии являются связующим звеном между классической электротехникой и информатикой.

Основные черты современных ИТ:

 компьютерная обработка информации по заданным алгоритмам;

 хранение больших объёмов информации на машинных носителях;

 передача информации на значительные расстояния в ограниченное время.

На сегодняшний день можно выделить четыре основные области применения IT:

Коммуникационные ИТ охватывают дистанционную передачу данных

Развлекательные ИТ охватывают игры и мультимедиа

Бизнес ИТ, сюда входят ИТ используемые в работе бирж, банков, при проведении всевозможных финансовых операций и пр.

Промышленные ИТ позволяющие объединить в единую сеть производственное и технологическое оборудование как в рамках одного цеха и/или предприятия, так и в более широких границах (в рамках цепочки поставщиков). В последнее время промышленные ИТ напрямую завязывают с бизнес-процессами. Для этого служит интерфейс соединяющий системы управления оборудованием с системами планирования ресурсов предприятия (ERP-Software).

2. Системный подход

2.1. Основные принципы системного подхода

2.2. Основные определения системного подхода

Системный подход — направление методологии исследования, в основе которого лежит рассмотрение объекта как целостного множества элементов в совокупности отношений и связей между ними, то есть рассмотрение объекта как системы.

Говоря о системном подходе, можно говорить о некотором способе организации наших действий, таком, который охватывает любой род деятельности, выявляя закономерности и взаимосвязи с целью их более эффективного использования. При этом системный подход является не столько методом решения задач, сколько методом постановки задач. Как говорится, «Правильно заданный вопрос — половина ответа». Это качественно более высокий, нежели просто предметный, способ познания.

Основные принципы системного подхода

 Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.

 Иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня. Реализация этого принципа хорошо видна на примере любой конкретной организации. Как известно, любая организация представляет собой взаимодействие двух подсистем: управляющей и управляемой. Одна подчиняется другой.

 Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами её отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.

 Множественность, позволяющая использовать множество кибернетических, экономических и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

 Системность, свойство объекта обладать всеми признаками системы.

Основные определения системного подхода

 Система — совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостность или единство.

 Структура — способ взаимодействия элементов системы посредством определенных связей (картина связей и их стабильностей).

 Процесс — динамическое изменение системы во времени.

 Функция — работа элемента в системе.

 Состояние — положение системы относительно других её положений.

 Системный эффект — такой результат специальной переорганизации элементов системы, когда целое становится больше простой суммы частей.

 Структурная оптимизация — целенаправленный итерационный процесс получения серии системных эффектов с целью оптимизации прикладной цели в рамках заданных ограничений. Структурная оптимизация практически достигается с помощью специального алгоритма структурной переорганизации элементов системы. Разработана серия имитационных моделей для демонстрации феномена структурной оптимизации и для обучения.

Система (от др.-греч. σύστημα — целое, составленное из частей; соединение) — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство [1].

Любой неэлементарный объект можно рассмотреть как подсистему целого (к которому рассматриваемый объект относится), выделив в нём отдельные части и определив взаимодействия этих частей, служащих какой-либо функции.

БИЛЕТ № 2

Вопрос 1. Информационные технологии Вопрос 2. Свойства систем Вопрос 3. Ранги систем

1. Информационные технологии

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) — широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям создания, управления и обработки данных, в том числе с применением вычислительной техники.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, IT — это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы.

Информационные технологии являются связующим звеном между классической электротехникой и информатикой.

Основные черты современных ИТ:

 компьютерная обработка информации по заданным алгоритмам;

 хранение больших объёмов информации на машинных носителях;

 передача информации на значительные расстояния в ограниченное время.

На сегодняшний день можно выделить четыре основные области применения IT:

Коммуникационные ИТ охватывают дистанционную передачу данных

Развлекательные ИТ охватывают игры и мультимедиа

Бизнес ИТ, сюда входят ИТ используемые в работе бирж, банков, при проведении всевозможных финансовых операций и пр.

Промышленные ИТ позволяющие объединить в единую сеть производственное и технологическое оборудование как в рамках одного цеха и/или предприятия, так и в более широких границах (в рамках цепочки поставщиков). В последнее время промышленные ИТ напрямую завязывают с бизнес-процессами. Для этого служит интерфейс соединяющий системы управления оборудованием с системами планирования ресурсов предприятия (ERP-Software).

2. Свойства систем

Связанные с целями и функциями

1. Синергичность — максимальный эффект деятельности системы достигается только в случае максимальной эффективности совместного функционирования её элементов для достижения общей цели.

2. Эмерджентность — появление у системы свойств, не присущих элементам системы; принципиальная несводимость свойства системы к сумме свойств составляющих её компонентов (неаддитивность).

3. Целенаправленность — наличие у системы цели (целей) и приоритет целей системы перед целями её элементов.

4. Альтернативность путей функционирования и развития (организация или самоорганизация).

Связанные со структурой

1. Структурность — возможна декомпозиция системы на компоненты, установление связей между ними[2][5].

2. Иерархичность — каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы).

Связанные с ресурсами и особенностями взаимодействия со средой

1. Коммуникативность — существование сложной системы коммуникаций со средой в виде иерархии.

2. Адаптивность — стремление к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды (однако «неустойчивость» не во всех случаях является дисфункциональной для системы, она может выступать и в качестве условия динамического развития).

3. Надёжность — способность системы сохранять свой уровень качества функционирования при установленных условиях за установленный период времени.

4. Интерактивность — это принцип организации системы, при котором цель достигается информационным обменом элементов этой системы..

5. Обособленность — свойство, определяющее наличие границ с окружающей средой.

3. Ранги систем

 Подсистема — система, являющаяся частью другой системы и способная выполнять относительно независимые функции, имеющая подцели, направленные на достижение общей цели системы.

 Надсистема (суперсистема) — более крупная система, частью которой является рассматриваемая система.

Системный подход — это подход, при котором любая система (объект) рассматривается как совокупность взаимосвязанных элементов (компонентов), имеющая выход (цель), вход (ресурсы), связь с внешней средой, обратную связь. Это наиболее сложный подход. Системный подход представляет собой форму приложения теории познания и диалектики к исследованию процессов, происходящих в природе, обществе, мышлении. Его сущность состоит в реализации требований общей теории систем, согласно которой каждый объект в процессе его исследования должен рассматриваться как большая и сложная система и, одновременно, как элемент более общей системы.

Развернутое определение системного подхода включает также обязательность изучения и практического использования следующих восьми его аспектов:

1. системно-элементного или системно-комплексного, состоящего в выявлении элементов, составляющих данную систему. Во всех социальных системах можно обнаружить вещные компоненты (средства производства и предметы потребления), процессы (экономические, социальные, политические, духовные и т. д.) и идеи, научно-осознанные интересы людей и их общностей;

2. системно-структурного, заключающегося в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы и позволяющего получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы;

3. системно-функционального, предполагающего выявление функций, для выполнения которых созданы и существуют соответствующие системы;

4. системно-целевого, означающего необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой;

5. системно-ресурсного, заключающегося в тщательном выявлении ресурсов, требующихся для функционирования системы, для решения системой той или иной проблемы;

6. системно-интеграционного, состоящего в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих её целостность и особенность;

7. системно-коммуникационного, означающего необходимость выявления внешних связей данной системы с другими, то есть, её связей с окружающей средой;

8. системно-исторического, позволяющего выяснить условия во времени возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития.

БИЛЕТ № 3

Вопрос 1. Информационная система Вопрос 2. Классификации информационных систем 2.1. Классификация по архитектуре 2.2. Классификация по степени автоматизации

1. Информационная система

Термин информационная система (ИС) используется как в широком, так и в узком смысле.

В широком смысле информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией[1].

Так же в достаточно широком смысле трактует понятие информационной системы Федеральный закон РФ от 27 июля 2006 г. N 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: «информационная система — совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств»[7].

Одно из наиболее широких определений ИС дал М. Р. Когаловский: «информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей»[8].

В узком смысле информационной системой называют только подмножество компонентов ИС в широком смысле, включающее базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы. ИС в узком смысле рассматривают как программно-аппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в нее логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации[9].

В любом случае основной задачей ИС является удовлетворение конкретных информационных потребностей в рамках конкретной предметной области. Современные ИС де-факто немыслимы без использования баз данных и СУБД, поэтому термин «информационная система» на практике сливается по смыслу с термином «система баз данных».

В идеале в рамках предприятия должна функционировать единая корпоративная информационная система, удовлетворяющая все существующие информационные потребности всех сотрудников, служб и подразделений. Однако на практике создание такой всеобъемлющей ИС слишком затруднено или даже невозможно, вследствие чего на предприятии обычно функционируют несколько различных ИС, решающих отдельные группы задач: управление производством, финансово-хозяйственная деятельность и т.д. Часть задач бывает «покрыта» одновременно несколькими ИС, часть задач — вовсе не автоматизирована. Такая ситуация получила название «лоскутной автоматизации» и является довольно типичной для многих предприятий[10].

2. Классификации информационных систем

2.1. Классификация по архитектуре

2.2. Классификация по степени автоматизации

Классификация по архитектуре

По степени распределённости отличают:

 настольные (desktop), или локальные ИС, в которых все компоненты (БД, СУБД, клиентские приложения) находятся на одном компьютере;

 распределённые (distributed) ИС, в которых компоненты распределены по нескольким компьютерам.

Распределённые ИС, в свою очередь, разделяют на:

 файл-серверные ИС (ИС с архитектурой «файл-сервер»);

 клиент-серверные ИС (ИС с архитектурой «клиент-сервер»).

В файл-серверных ИС база данных находится на файловом сервере, а СУБД и клиентские приложения находятся на рабочих станциях.

В клиент-серверных ИС база данных и СУБД находятся на сервере, а на рабочих станциях находятся клиентские приложения.

В свою очередь, клиент-серверные ИС разделяют на двухзвенные и многозвенные.

 В двухзвенных (англ. two-tier) ИС всего два типа «звеньев»: сервер баз данных, на котором находятся БД и СУБД (back-end), и рабочие станции, на которых находятся клиентские приложения (front-end). Клиентские приложения обращаются к СУБД напрямую.

 В многозвенных (англ. multi-tier) ИС добавляются промежуточные «звенья»: серверы приложений (application servers). Пользовательские клиентские приложения не обращаются к СУБД напрямую, они взаимодействуют с промежуточными звеньями. Типичный пример применения многозвенности — современные веб-приложения, использующие базы данных. В таких приложениях помимо звена СУБД и клиентского звена, выполняющегося в веб-браузере, имеется как минимум одно промежуточное звено — веб-сервер с соответствующим серверным ПО.

Классификация по степени автоматизации

По степени автоматизации ИС делятся на:

 автоматизированные: информационные системы, в которых автоматизация может быть неполной (то есть требуется постоянное вмешательство персонала);

 автоматические: информационные системы, в которых автоматизация является полной, то есть вмешательство персонала не требуется или требуется только эпизодически.

«Ручные ИС» («без компьютера») существовать не могут, поскольку существующие определения предписывают обязательное наличие в составе ИС аппаратно-программных средств. Вследствие этого понятия «автоматизированная информационная система», «компьютерная информационная система» и просто «информационная система» являются синонимами[4].

БИЛЕТ № 4

Вопрос 1. Информационная система Вопрос 2. Классификации информационных систем 2.1. Классификация по характеру обработки данных 2.2. Классификация по сфере применения 2.3. Классификация по охвату задач (масштабности)

1. Информационная система

Термин информационная система (ИС) используется как в широком, так и в узком смысле.

В широком смысле информационная система есть совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией[1].

Так же в достаточно широком смысле трактует понятие информационной системы Федеральный закон РФ от 27 июля 2006 г. N 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: «информационная система — совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств»[7].

Одно из наиболее широких определений ИС дал М. Р. Когаловский: «информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей»[8].

В узком смысле информационной системой называют только подмножество компонентов ИС в широком смысле, включающее базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы. ИС в узком смысле рассматривают как программно-аппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в нее логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации[9].

В любом случае основной задачей ИС является удовлетворение конкретных информационных потребностей в рамках конкретной предметной области. Современные ИС де-факто немыслимы без использования баз данных и СУБД, поэтому термин «информационная система» на практике сливается по смыслу с термином «система баз данных».

В идеале в рамках предприятия должна функционировать единая корпоративная информационная система, удовлетворяющая все существующие информационные потребности всех сотрудников, служб и подразделений. Однако на практике создание такой всеобъемлющей ИС слишком затруднено или даже невозможно, вследствие чего на предприятии обычно функционируют несколько различных ИС, решающих отдельные группы задач: управление производством, финансово-хозяйственная деятельность и т.д. Часть задач бывает «покрыта» одновременно несколькими ИС, часть задач — вовсе не автоматизирована. Такая ситуация получила название «лоскутной автоматизации» и является довольно типичной для многих предприятий[10].

2. Классификации информационных систем

2.1. Классификация по характеру обработки данных

2.2. Классификация по сфере применения

2.3. Классификация по охвату задач (масштабности)

Классификация по характеру обработки данных

По характеру обработки данных ИС делятся на:

 информационно-справочные, или информационно-поисковые ИС, в которых нет сложных алгоритмов обработки данных, а целью системы является поиск и выдача информации в удобном виде;

 ИС обработки данных, или решающие ИС, в которых данные подвергаются обработке по сложным алгоритмам. К таким системам в первую очередь относят автоматизированные системы управления и системы поддержки принятия решений.

Классификация по сфере применения

Поскольку ИС создаются для удовлетворения информационных потребностей в рамках конкретной предметной области, то каждой предметной области (сфере применения) соответствует свой тип ИС. Перечислять все эти типы не имеет смысла, так как количество предметных областей велико, но можно указать в качестве примера следующие типы ИС:

 Экономическая информационная система.

 Медицинская информационная система.

 Географическая информационная.

Классификация по охвату задач (масштабности)

 Персональная ИС предназначена для решения некоторого круга задач одного человека.

 Групповая ИС ориентирована на коллективное использование информации членами рабочей группы или подразделения.

 Корпоративная ИС в идеале охватывает все информационные процессы целого предприятия, достигая их полной согласованности, безизбыточности и прозрачности. Такие системы иногда называют системами комплексной автоматизации предприятия.

БИЛЕТ № 5

Вопрос 1. Автоматические информационные системы Вопрос 2. Основные определения 2.1. Разомкнутая автоматическая система 2.2. Замкнутая автоматическая система

1. Автоматические информационные системы

Определения

Теория автоматического регулирования и управления – это наука, изучающая системы, способные управлять различными объектами без непосредственного участия человека.

Автоматической системой является совокупность устройств, способных управлять различными объектами, без непосредственного участия человека.

Автоматическое управление – функция специальным образом организованных систем, поддерживающих режим функционирования в соответствии с программной целью.

Автоматическое регулирование – разновидность автоматического управления, обеспечивающая постоянство или изменение по заданному закону некоторой физической величины, характеризующей управляемый процесс.

Физическая величина, характеризующая управляемый процесс, называется регулируемым параметром (РП).

Рисунок 1 - Обобщённое представление автоматической системы

Внешнее воздействие на автоматическую систему, способное нужным образом воздействовать на регулируемый параметр называется управляющим воздействием или настройкой (Y). Другие внешние воздействия на автоматическую систему называются возмущающими воздействиями или нагрузкой (F).

Управляемость – способность перемещать регулируемый параметр РП из одной точки пространства состояния в другую с помощью управляющего воздействия Y.

Автоматическую систему можно представить в виде двух блоков: объекта регулирования и регулятора

.

Рисунок 2 - Укрупнённое деление автоматической системы

Объектом регулирования или управления является агрегат, устройство или процесс подлежащие регулированию или управлению.

Часть автоматической системы без объекта регулирования называется регулятором.

Все автоматические системы делят на два класса:

 автоматические системы первого класса или автоматы;

 автоматические системы второго класса или автоматические системы.

Автоматом называется такое устройство, которое выполняет одноразовую или многоразовые операции после подачи сигнала управления (стрелковое оружие, станок-автомат, автомат включения света и т. п.).

Автоматические системы – это такие устройства, которые должным образом в течение достаточно длительного времени управляют каким- либо процессом без непосредственного участия человека (стабилизация напряжения, управление частотой сигнала, слежение за целью и др.).

Связь между регулятором и объектом регулирования может быть односторонняя и двухсторонняя. В зависимости от вида связи автоматические системы делят на разомкнутые и замкнутые.

2. Основные определения

2.1. Разомкнутая автоматическая система

2.2. Замкнутая автоматическая система

Разомкнутая автоматическая система

В качестве примера разомкнутой автоматической системы рассмотрим управляемый усилитель мощности (Рисунок 3). Усилитель, включающий в себя предварительный усилитель, управляемый делитель и усилитель мощности, является объектом регулирования. Блок управления, канал связи и управляемый делитель относятся к регулятору. Управляемый делитель входит и в объект регулирования, и в регулятор. Он осуществляет регулирующее воздействие на объект регулирования.

Рисунок 3 - Разомкнутая система управления выходным напряжением усилителя

Напряжение

ÂÛÕU

в данной системе является регулируемым параметром. Входное напряжение

BXU

и напряжение питания

ÏU

являются внешними возмущающими воздействиями или нагрузкой. Сигнал управления

Y

является настройкой.

Сигнал управления подаётся на блок управления, где преобразуется в удобную для передачи по каналу связи форму. Обычно используются электрические или оптические каналы связи. Поступившее на управляемый делитель регулирующее воздействие изменяет его коэффициент передачи и, следовательно, изменяет выходное напряжение ÂÛÕ U усилителя при неизменном входном напряжении BX U . Управление выходным напряжением усилителя в рассматриваемой системе производится без контроля регулируемого параметра.

Автоматическая система, в которой регулируемый параметр не изменяется, а если и изменяется, то не используется для цели регулирования, называется разомкнутой.

Отсутствие контроля выходного напряжения в разомкнутой системе не гарантирует высокой точности управления, так как на регулируемый параметр влияет как настройка, так и нагрузка. Этот недостаток отсутствует в замкнутой автоматической системе.

Замкнутая автоматическая система

Повысить точность управления можно за счёт установления постоянного контроля изменения регулируемого параметра и оперативного введения регулирующего воздействия. С этой целью необходимо иметь устройство оценки регулируемого параметра. В системе управления выходным напряжением усилителя такое устройство может содержать детектор, фильтр-усилитель и индикатор (Рисунок 4).

Рисунок 4 - Замкнутая система управления выходным напряжением усилителя через человека-оператора

По индикатору определяется уровень выходного напряжения. Затем формируется оперативное воздействие на управляемый делитель. Рассмотрим действия человека-оператора в процессе управления выходным напряжением усилителя. Если показания индикатора отклонились от заданного уровня, то человек-оператор фиксирует величину отклонения и знак, анализирует результат и принимает решение о введении управляющего воздействие Y такой величины и знака, при которых выходное напряжение усилителя возвратится к прежнему уровню. Эти действия в любой ситуации вполне предсказуемы. Требуется ввести управляющее воздействие, пропорциональное величине отклонения выходного напряжения со знаком, противоположным знаку этого отклонения. В связи с полной определённостью действий по управлению выходным напряжением усилителя, человека-оператора можно заменить техническим устройством. Таким устройством является датчик рассогласования с инверсией знака. Построенная на этой основе автоматическая система является замкнутой (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Замкнутая система автоматического управления выходным напряжением усилителя

Замкнутой автоматической системой называется такая система, в которой регулируемый параметр измерения и используется для целей регулирования.

Принципиальной особенностью замкнутых автоматических систем является изменение знака в замкнутом контуре, т. е. замыкание контура с отрицательной обратной связью.

Принцип отрицательной обратной связи является основополагающим принципом построения всех замкнутых автоматических систем.

Уровень выходного напряжения задается настройкой Y . Блок управления вырабатывает и передаёт по каналу связи опорный сигнал

ÎÏU

. Датчик рассогласования сравнивает опорный сигнал с измеренным

ÈÇÌU

, пропорциональным выходному напряжению. При наличие рассогласования между опорным и измеренным напряжениями, вырабатывается сигнал рассогласования с инверсией знака

ΔU

, который после усиления изменяет коэффициент передачи управляемого делителя и выходное напряжение усилителя так, что рассогласование

ΔU

стремится к нулю. Величина выходного напряжения может отличаться от заданного. Разница между этими величинами будет определять ошибку регулирования. Однако эта ошибка будет значительно меньше, чем в разомкнутой системе. На величину ошибки не окажет существенного влияния изменение входного напряжения

BXU

и напряжения питания.

Рассмотренные структуры разомкнутой и замкнутой автоматических систем получили широкое распространение в радиоэлектронике. Так построены, например, системы дистанционного управления телевизионными приёмниками, аудиоаппаратурой и др. Более простой вариант построен как разомкнутая система управления параметрами аудио- и видеосигнала. Дистанционная подстройка производится по инфракрасному каналу связи. В более сложных системах выполняется стабилизация заданных параметров аудио- и видеосигнала замкнутыми автоматическими системами, а их настройка задается блоком дистанционного управления по инфракрасному каналу связи.

БИЛЕТ № 6

Вопрос 1. SCADA-системы Вопрос 2. Основные задачи решаемые SCADA-системами Вопрос 3. Основные компоненты SCADA Вопрос 4. Концепции систем

1. SCADA-системы

SCADA (аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition, Диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ (Автоматизированная Система Коммерческого Учёта Электроэнергии), системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т.д.. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль над технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC/DDE серверы. Программный код может быть, как написан на языке программирования (например, на C++), так и сгенерирован в среде проектирования.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Термин SCADA имеет двоякое толкование. Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения [2], то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения. Однако, часто под SCADA-системой подразумевают программно-аппаратный комплекс. Подобное понимание термина SCADA более характерно для раздела телеметрия.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е

годы под SCADA-системами чаще понимали программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человеко-машинного интерфейса АСУ ТП.

2. Основные задачи решаемые SCADA-системами

Основные задачи решаемые SCADA-системами

SCADA-системы решают следующие задачи:

 Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

 Обработка информации в реальном времени.

 Логическое управление.

 Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

 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 SCADA ПК.

 Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре.

3. Основные компоненты SCADA

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

 Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счетчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.

 Система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.

 Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine Interface) — инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку

оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им. Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.

 Система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.

 База данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.

 Система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.

 Генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.

 Внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями. Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т.д.

4. Концепции систем

Термин SCADA обычно относится к централизованным системам контроля и управления всей системой, или комплексами систем, осуществляемого с участием человека. Большинство управляющих воздействий выполняется автоматически RTU (англ. Remote Terminal Unit — удалённый терминал) или ПЛК (англ. Programmable Logic Controller, PLC - программируемый логический контроллер). Непосредственное управление процессом обычно обеспечивается RTU или PLC, а SCADA управляет режимами работы. Например, PLC может управлять потоком охлаждающей воды внутри части производственного процесса, а SCADA система может позволить операторам изменять уставку для потока, менять маршруты движения жидкости, заполнять те или иные емкости, а так же следить за тревожными сообщениями (алармами), такими как — потеря потока и высокая температура, которые должны быть отображены, записаны, и на которые оператор должен своевременно реагировать. Цикл управления с обратной связью проходит через RTU или ПЛК, в то время как SCADA система контролирует полное выполнение цикла.

Сбор данных начинается в RTU или на уровне PLC и включает — показания измерительного прибора. Далее данные собираются и форматируются таким способом, чтобы оператор диспетчерской, используя HMI мог принять

контролирующие решения — корректировать или прервать стандартное управление средствами RTU/ПЛК. Данные могут также быть записаны в архив для построения трендов и другой аналитической обработки накопленных данных.

Автоматизация в соответствии с OSI .(Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС; 1978 г.) — абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов.) представляет собой многоуровневую систему, которую можно представить в виде пирамиды (Рисунок 6). Где уровень 1 близок к собственно процессу. Под понятием SCADA обычно понимают централизованную/децентрализованную систему, контролирующую оборудование и осуществляющую визуализацию, а также управление и регулировку. Большая часть регулирования осуществляется автоматически через удалённые терминалы (RTU) или программируемые логические контроллеры (PLC), которые и выполняют автоматизацию на Уровне 1.

Задача Уровня 2 – оптимизация работы уровня 1, в частности задание управляющих воздействий и номинальных величин. На Уровне 3 осуществляется планирование и управление качеством и документирование. Сбор данных обычно начинается на Уровне 4 и включает в себя данные средств измерения, текущего состояния и положения регуляторов, которые запрашиваются SCADA-системой. Затем данные представляются пользователю в наглядном виде, и используются для управления процессом.

Как правило, в SCADA-системах используют распределенные базы данных, содержащие разделы. Один раздел содержать входные или выходные величины, которые наблюдаются и контролируются системой. Разделы могут обрабатываться физически. Физический раздел представляет собой или выход, в то время как рассчитанный раздел получается в результат математических преобразований над состоянием системы. Обычно раздел представляет собой комбинацию значений величин и времени. Серия разделов позволяет проследить процесс во времени.

Связь

Коммуникация современных SCADA-систем всё чаще основывается на ТСР-протоколе. На полевом уровне всё ещё значительную роль играют другие форматы передачи данных, и в обозримом будущем ситуация не изменится. Процесс стандартизации коммуникации ещё не завершён. Предпринимаются попытки ограничить применение OPC (OPC (OLE for Process Control) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами.) только для ряда операционных систем, хотя в тоже время предпринимаются попытки в направлении создания кроссплатформенных протоколов (OPC XML-DA, OPC UA). На сегодняшний день среди SCADA-систем еще присутствуют уникальные или основанные на закрытом коде решения. Но открытые протоколы, такие как Modbus, завоёвывают все большую популярность. Взаимодействие различных сетевых протоколов осуществляется через сетевые шлюзы встроенных систем. Рабочие места на которых происходит визуализация сегодня всё больше соединяются через Ethernet или беспроводную сеть на основе TCP.

БИЛЕТ № 7

Вопрос 1. WebSCADA системы Вопрос 2. Преимущества и недостатки Вопрос 3. Основные SCADA системы

1. WebSCADA системы

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе web-технологий.

Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADA-системой через стандартный браузер, выступающего в этом случае в роли тонкого клиента.

Архитектура таких систем включает в себя WebSCADA-сервер и клиентские терминалы — ПК, КПК или мобильные телефоны с Web-браузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet/Intranet позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как с простой web или WAP-страницей. Однако на данном этапе развития WebSCADA еще не достигло уровня широкого промышленного внедрения, т.к. существуют сложности с защитой передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого промышленного объекта. В связи с этим, в большинтсве случаев Web интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для контроля и сбора данных.

2. Уязвимость

Системы SCADA уязвимы для хакерских атак.

1. 2010 — использование вируса Stuxnet, для атаки на центрифуги для обогащения урана в Иране.

2. 2011 — авария в системе водоснабжения в штате Иллинойс, в которой ФБР и министерство внутренней безопасности США подозревают хакеров из России.