Москва «Высшая школа» 2005 м.М. Благовещенская л.A. Злобин информационные технологии систем управления технологическими процессами

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров "Технология пищевых продуктов' и направлениям подготовки дипломированных специалистов "Производство продуктов питания из растительного сырья", "Технология продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания

"УДК 004:663/664 ББК 32.81:34.7 Б 68

Рецензенты:

Кафедра информационных технологий МГТА (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук., проф. А.Е. Краснов); зав. кафедрой автоматизации биотехнологических производств МГУБТ, д-р техн. наук, проф. В.И. Попов

Благовещенская, М. М.

Б68 Информационные технологии систем управления техно­логическими процессами. Учеб. для вузов/М. М. Благовещен­ская, JI. А. Злобин.— М.: Высш. шк., 2005.— 768 е.: ил.

ISBN 5-06-004863-2

Изложена современная концепция формирования и эксплуатации техно­логических систем управления при производстве пищевых продуктов. Опре­делены и описаны современные аппаратные и программные средства микро­процессорной техники для сбора, обработки, передачи и хранения информа­ции, а также формирования воздействий для управления технологическими системами. Рассмотрены типовые технологические процессы U их модели при производстве продуктов питания. Установлена иерархия уровней управ­ления производствами для ряда отраслей пищевой промышленности.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Технология пищевых продуктов» и направлениям подготовки дипломированных специалистов *Производство продуктов питания из растительного сырья», «Тех­нология продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания».

УДК 004:663/664 ББК 32.81:34.7

ISBN 5-06-004863-2 ОФГУП «Издательство «Высшая школа», 2005

Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время в России постепенно складываются ры­ночные взаимоотношения между производителями продукции и ее потребителями, т. е. создается рыночная экономика. В этих условиях факторы личности, сочетающей профессионализм и предпринимательство, а также обеспечение качества и конкурен­тоспособности продукции и услуг являются определяющими при выполнении научных, хозяйственных, производственных и соци­альных программ. Их реализация, соответствующая современно­му мировому уровню, немыслима без целенаправленной подго­товки научных, инженерных и экономических кадров, в том чис­ле и для отраслей пищевой промышленности.

Развитие пищевой промышленности является одной из глав­ных составляющих хозяйственной и производственной программ государства, существенно влияющих на благосостояние трудя­щихся, так как продукция пищевой промышленности характери­зуется широким ассортиментом и массовостью спроса. Реализа­ция этих программ требует системного подхода в целенаправлен­ном изучении различных вопросов метрологии и сертификации, а также контроля и управления технологическими процессами с использованием современных технологий при производстве высо­кокачественных и экологически безопасных продуктов питания.

Для пищевой промышленности характерны непрерывные, дискретные или непрерывно-дискретные производства. Системы их управления должны обеспечить требуемое протекание различ­ных технологических процессов путем поддержания оптимальных режимов работы технологического оборудования, гарантирующих выпуск качественных полуфабрикатов или готовой продукции, что невозможно без использования современных разработок тео­рии и практики автоматического управления, анализа технологи­ческих процессов, агрегатов и их комплексов как объектов управления, построения математических моделей и алгоритмов оптимального управления технологическими процессами, созда­ния систем автоматического и автоматизированного управления с использованием вычислительной техники.

В целях облегчения изучения, осмысления и усвоения слож­ных вопросов регулирования и управления технологическими процессами пищевых производств на базе современных техноло­гий, в том числе информационных, и создан настоящий учебник.

В нем систематизирован материал, накопленный к настоящему времени по автоматическим системам регулирования, автоматизи­рованным системам управления технологическими процессами, сис­темам управления как дискретными процессами, так и объектами производства продуктов питания. Учебник содержит основные по­нятия и определения теории автоматизации, информатизации и ав­томатического управления. Здесь показаны особенности управления непрерывными и периодическими технологическими процессами пищевых производств, рассмотрены основные информационные технологии сбора и обработки информации, методы и современные микропроцессорные средства формирования информации о состоя­нии технологических процессов и оборудования, средства обработ­ки информации и ее использования при управлении пищевыми производствами. Изложены методы и средства управления техноло­гическими процессами, вопросы стандартизации при разработке систем управления, математические модели технологических про­цессов, а также вопросы практического использования информаци­онных технологий в управлении технологическими процессами пи­щевых производств.

На страницах учебника представлены современные аппарат­ные и программные средства вычислительной техники и описаны их функциональные возможности при управлении технологиче­скими процессами и организации автоматизированных рабочих мест (АРМ) оператора (технолога).

Дана классификация автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), рассмотрены режимы их функционирования с использованием вариантов разработок ряда отраслевых НИИ, специализированных конструкторских бюро пищевой промышленности, а также ряда фирм.

Предложена тематика курсовых и дипломных работ по ис­пользованию микропроцессорных средств управления производ­ствами ряда отраслей пищевой промышленности.

Рассмотрены основные положения стандартизации и метроло­гического обеспечения функционирования программно-техниче­ских комплексов вычислительной техники для управления техно­логическими процессами пищевых производств.

Это позволит студентам и специалистам пищевой и перераба­тывающей промышленности получить базовые знания по рас­смотренным выше вопросам.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Характерным свойством систем управления, определяющим их как особый класс динамических систем, является использова­ние текущей информации об управляемых и управляющих воз­действиях при реализации обратных и компенсирующих связей, предназначенных для обеспечения оптимального качества управ­ления по выбранному критерию. Критерием эффективности пи­щевых производств принято считать стандартное качество выпус­каемых продуктов питания.

Основы научного подхода к проектированию автоматических устройств были заложены еще в XIX в. русским ученым И. А. Вышнеградским, определившим, что машина и регулятор образуют единую динамическую систему. Им сформулированы также основные положения теории устойчивости и важнейшие закономерности регулирования по принципу обратной связи.

Повышение мощности, сложности и стоимости технологических комплексов и систем как объектов управления, ужесточение требова­ний к качеству продукции, охране окружающей среды и безопас­ности персонала, а также обеспечение длительной работоспособности оборудования являются экономическими и социальными предпосыл­ками к непрерывному совершенствованию систем управления.

В настоящее время достигнуты определенные успехи в созда­нии автоматизированных (с участием человека) и полностью ав­томатических управляющих систем. Это способствовало бурному развитию микропроцессорных средств, способных выполнять весь комплекс функций по преобразованию, передаче, обработке, хранению и использованию информации для воздействия на тех­нологический процесс и для связи с оператором. В первую оче­редь осуществляются измерение, контроль и регулирование со­стояния технологических объектов.

Дальнейшее совершенствование технических средств и мето­дов управления привело к созданию систем централизованного контроля, которые послужили технической основой автоматизи­рованных систем управления технологическими процессами. Для управления отдельными технологическими процессами, машина­ми и аппаратами в целом применяют системы автоматического регулирования и управления, обеспечивающие без непосредст­венного участия человека весь комплекс операций управления.

Соотношение между автоматизированными и неавтоматизиро­ванными операциями в автоматизированных системах управления технологическими объектами различно. Повышение уровня авто­матизации технологических процессов пищевых производств тре­бует создания и внедрения инструментальных методов и средств для экспресс-анализа сырья, полуфабрикатов и готовой продук­ции, технических комплексов, оснащенных вычислительной тех­никой и роботизированными устройствами.

Благодаря использованию вычислительной техники, обеспечи­вающей возможность формирования, хранения и обработки боль­ших массивов информации, созданы условия, позволяющие осво­бодить человека от выполнения однообразных интеллектуальных функций, связанных с получением и обработкой информации, а также принятием решений по управлению производством.

Использование программно-управляемого комплекса упроща­ет адаптацию к изменяющимся условиям производства и делает реальным эволюционное совершенствование управления техноло­гическими процессами в основном за счет изменения програм­много обеспечения.

Одним из главных моментов, способствующих автоматизации технологических процессов, является совершенствование технологии вычислительных процедур обработки информации при одновремен­ном расширении их функциональных возможностей и повышении надежности, что экономически стимулирует разработку технологи­ческого оборудования со встроенными системами управления. Про­блемы применения программно-технического комплекса (ПТК) микропроцессорной техники должны решаться технологами и спе­циалистами по автоматизации технологических объектов, непосред­ственно работающими в производстве и проектно-конструкторских организациях. При этом от специалистов требуется умение спроек­тировать технологические объекты и оборудование с учетом уровня автоматизации производства, составлять исходные требования к системам управления технологическим объектом.

Для разработки и внедрения систем управления типовых тех­нологических процессов пищевых произодств необходимы знания принципов их построения и тенденции развития, освоение мето­дов диагностики технологических объектов, разработки и исполь­зования моделей и алгоритмов управления функциональными схемами с применением вычислительной техники.

Усвоение материалов учебника позволит студентам научиться анализировать технологический объект, осуществлять сбор необхо­димой информации о нем, обобщать, обрабатывать и определять управляющие воздействия для решения практических задач управ­ления технологическими процессами пищевых производств.

СПИСОК ПРИМЕНЯЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АЛУ — арифметическо-логическое устройство. АРМ — автоматизированное рабочее место. АК — агрегатный комплекс.

АСАТ — агрегатный комплекс средств аналитической техники. АСВТ — агрегатный комплекс средств вычислительной техники. АСГР — агрегатный комплекс средств гидравлического регулирования. АСИМ — агрегатный комплекс средств измерений и дозирования масс. АСКР — агрегатный комплекс средств контроля и регулирования. АСНК — агрегатный комплекс средств неразрушительного контроля. АСПУ — агрегатный комплекс средств программного управления. АСТТ — агрегатный комплекс средств телемеханической техники. АСЭТ — агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники. АСК — автоматическая система контроля. АСУ — автоматизированная система управления. АСУО — автоматизированная система управления отраслью. АСУП — автоматизированная система управления предприятием. АСУПр — автоматизированная система управления производством. АСУТП — автоматизированная система управления технологическим про­цессом.

АР — автоматический регулятор.

АТК — автоматизированный технологический комплекс.

АЦП — аналого-цифровой преобразователь.

АЦПУ — аналого-цифровое печатающее устройство.

ASCII — американский стандартный код передачи информации.

БИС — большая интегральная схема.

ВК — вычислительный комплекс.

ВНИИЗ — Всероссийский научно-исследовательский институт зерна. ВТ — видеотерминал.

Windows — назание операционной системы. Word — название программы «Текстовой редактор». Visual Basik — один из языков программирования. ГСИ — государственная система измерений. ГСП — государственная система приборов. ГСС — государственная система стандартов.

Genie — программный пакет системы сбора данных и управления.

Д — дифференциальный.

DOS — диалоговая операционная система.

DDL — динамический обмен данными.

DLL — библиотека динамической компоновки.ЕСКД — единая система конструкторской документации.

ЕСГТД — единая система программной документации.

ЖК — жидкокристаллический.

ЖЦ — жизненный цикл.

ЗУ — запоминающее устройство.

И — интегральный.

ИВК — информационно-вычислительный комплекс.

ИИС — измерительно-информационная система.

ИК — инфракрасный.

ИМ — исполнительный механизм.

ИП — измерительный преобразователь.

И О — информационное обеспечение.

ИУ — исполнительное устройство.

КР — комбинированное рассеяние.

КТС — комплекс технических средств.

КТС ЛИУС — комплекс технических средств локальных информацион­но-управляющих систем. САК — интерфейс связи. СОМ — коммуникационные порты. ЛИГ — лаборатория государственного надзора. МА — микропроцессорная аттестация. МК — микроконтроллер. ММ — математическая модель. МП — микропроцессор. МПС — микропроцессорная система. МО — метрологическое обеспечение. MS — Микрософт (фирма). МТ — микропроцессорная техника. НГМД — накопитель на гибком магнитном диске. НЖД — накопитель на жестком диске. НИИ — научно-исследовательский институт. НИР — научно-исследовательская работа. Н П ВО — нарушенное полное внутреннее отражение. НТД — нормативно-техническая документация. НЦУ — непосредственное цифровое управление. ОЗУ — оперативное запоминающее устройство. 00 — организационное обеспечение. ОП — окислительный потенциал. ОУ — объект управления. П — пропорциональный. Паскаль — язык программирования. ПИ — пропорционально-интегральный. ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный. ПИМ — пневматический исполнительный механизм. ПЗУ — постоянное запоминающее устройство. ПО — программное обеспечение. ПРУ — программирующее устройство. ППП — пакеты прикладных программ. ПТК — программно-технический комплекс.ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина.

РО — регулирующий орган.

KOM-BOS — встроенная операционная система.

САПР — система автоматизированного проектирования.

САР — система автоматического регулирования.

САУ — система автоматического управления.

СБИС — сверхбольшая интегральная схема.

СВЧ — сверхвысокочастотный.

СИ — средство измерения.

Си — язык программирования.

CD-ROM — компакт-диск.

СКО —среднее квадратичное отклонение.

СНРН — метод неупругого рассеяния нейтронов.

СТП — стандарт предприятия.

ТП — технологический процесс.

ТО — техническое обеспечение.

ТОУ — технологический объект управления.

ТУ — технические условия.

ТЭП — технико-экономические показатели.

Увв — устройство ввода.

Увыв — устройство вывода.

УВВ — устройство ввода-вывода.

УВК — управляющий вычислительный комплекс.

УСО — устройство связи с объектом.

УТК — унифицированные типовые конструкции.

УУ — управляющее устройство.

УФ — ультрафиолетовый.

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.

ЦП — центральный процессор.

ЦСМ — центральная станция метрологии.

ЧЭ — чувствительный элемент.

ША — шина адресная.

ШД — шина данных.

ШУ — шина управления.

ЭВМ — электронно-вычислительная машина.

ЭИМ — электрический исполнительный механизм.

Excel — система электронных таблиц