Основы информатизации, системной инженерии и технологической независимости АСУ ТП в энергетике. Учебное пособие
.pdfМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
А. А. Орлов, Е. В. Крылова, Д. А. Коновалов, Р. Дееб
ОСНОВЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ, СИСТЕМНОЙ ИНЖЕНЕРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НЕЗАВИСИМОСТИ АСУ ТП В ЭНЕРГЕТИКЕ
Учебное пособие
Воронеж 2025
1
УДК 681.3(075.8) ББК 30.2-5-05я7
О-75
Рецензенты:
кафедра электротехники, теплотехники и гидравлики Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова; Е. А. Кубряков, канд. техн. наук, доцент кафедры информационных технологий и цифрового образования Воронежского государственного педагогического университета
|
Основы информатизации, |
системной |
инженерии |
|
и технологической независимости АСУ ТП в энергетике: |
||
|
учебное пособие [Электронный |
ресурс]/ А. |
А. Орлов, |
|
Е. В. Крылова, Д. А. Коновалов, Р. Дееб. – Электрон. текстовые и |
||
О-75 |
граф. данные (1,1 Мб).– Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский |
||
|
государственный технический университет», 2025. – 1 электрон. |
||
|
опт. диск (DVD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; |
||
|
256 Мб ОЗУ; Windows 10; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe |
||
|
Acrobat; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана. |
|
|
ISBN 978-5-7731-1266-2
Пособие знакомит с основами информатизации, системной инженерии и технологической независимости АСУ ТП в энергетике. Призвано обеспечить подготовку к лекционным и практическим занятиям, а также помочь студентам применительно к условиям дистанционного обучения.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» и 14.03.01 «Ядерная энергетика и теплофизика».
Ил. 3. Табл. 3. Библиогр.: 8 назв.
УДК 681.3(075.8) ББК 30.2-5-05я7
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
ISBN 978-5-7731-1266-2 |
© Орлов А. А., Крылова Е. В., |
|
Коновалов Д. А., Дееб Р., 2025 |
|
© ФГБОУ ВО «Воронежский |
|
государственный технический |
|
университет», 2025 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………… 4
1.Определения и основные понятия информации и
информационной технологии в энергетике…………………………… 5
2.Системы и методы, используемые для получения и архивирования данных………………………………………………….. 13
3.Обработка информации в энергетике: технологический аспект…………………………………………………………………….. 21
4.Краткая история, основные понятия и стандартизация системной инженерии в энергентике и других областях……………... 26
5.Мoдeли жизнeннoгo циклa, проектирование и автоматизация
проектирования АСУ ТП в энергетике...………………………………. |
34 |
6. Технологическая независимость АСУ ТП в энергетике. Термины и |
|
определения….………………………………………………………….. |
46 |
Заключение……………………………………………………………. |
70 |
Библиографический список……………………………………………… |
71 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Потрясения последних десятилетий ХХ и начала XXI веков привели к тому, что на энергетических предприятиях практически не осталось квалифицированных кадров способных не только развивать, но и поддерживать имеющиеся информационные и технические ресурсы на прежнем уровне, что усугублено сильным санкционным давлением со стороны зарубежных стран бывших партнеров, поэтому в текущее время проблема информатизации, системной инженерии и технологической независимости АСУ ТП в энергетических объектов становится все более актуальной.
Настоящее пособие призвано помочь подготовить квалифицированные кадры в области информатизации, системной инженерии и технологической независимости АСУ ТП в энергетике.
4
1.ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИИ
ИИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Всовременных условиях общество перешло к постиндустриальной стадии развития, часто именуемой информационной эпохой или информационным обществом. В данном типе социума информация превращается в ключевой ресурс, возможно, превосходящий по значимости даже природные богатства. Несмотря на то, что термин «информация» интуитивно ясен и активно употребляется как в научной литературе, так и в повседневной жизни, его строгое определение отсутствует.
Определение понятия «информация» варьируется в зависимости от области знания и класса решаемых задач. Среди наиболее общих дефиниций можно выделить следующие:
Информация как отражение связей: Обозначение определенных взаимосвязей или зависимостей между объектами, явлениями и процессами, соответствующих закономерностям материального мира,
иих отражения в сознании человека.
Информация как уменьшение неопределенности: Сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности и неполноты знаний.
Правовое определение: Согласно законодательству Российской Федерации, информация — это сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления.
Впрактическом аспекте под информацией обычно понимают совокупность сведений об окружающем мире, подлежащих хранению, передаче и преобразованию.
Вконтексте автоматизации объектов энергетики информация, будучи неотъемлемым элементом самоуправляемых систем, обладает рядом существенных характеристик, обусловленных как содержанием данных, так и способами их обработки.
Наиболее значимыми свойствами информации являются:
Дискретность и непрерывность: Состоит из отдельных фактических данных, передаваемых в виде дискретных сообщений, но при этом характеризуется поступательным накоплением и развитием.
Новизна: Должна предоставлять новые, отсутствовавшие ранее знания об окружающей среде.
Независимость от носителя: Тесно связана с физическим носителем, но не привязана ни к конкретному носителю, ни к определенному языку.
Субъективность восприятия: Может быть получена лишь при
наличии у получателя способности к ее интерпретации и
5
распознаванию.
Нематериальность: Хотя и проявляется в форме знаков и сигналов на физических носителях, сама по себе не является материальной.
Определение понятий «ценность» и «качество» применительно к информации представляет собой сложную задачу вследствие их субъективной природы, поэтому в большинстве случаев под «качеством» информации понимают совокупность характеристик, демонстрирующих степень её пригодности для достижения конкретных целей пользователя, связанных с приобретением знаний об объектах и взаимоотношениях между ними.
Помимо «ценности» и «качества», в теории информации существует концепция «количество информации», которую можно определить как величину, характеризующую степень уменьшения неопределенности одной случайной величины в результате наблюдения за другой. Количественно выраженная неопределённость состояния системы именуется энтропией — по аналогии с одноимённым понятием в физике. Следовательно, процесс получения информации сопровождается снижением неопределённости, то есть уменьшением энтропии системы. Простейшим примером является ситуация выбора между двумя равновероятными событиями.
В контексте оценки эффективности использования информации следует отметить следующие ключевые показатели её качества:
Значимость: Определяет ценность информации для решения конкретных задач.
Доступность: Характеризует удобство восприятия информации в представленном формате.
Понятность: Оценивает соответствие содержания информации уровню знаний потребителя.
Актуальность: Устанавливает степень ценности информации на момент её использования, учитывая время возникновения и динамику изменений.
Своевременность: Определяет соответствие момента получения информации запланированному сроку.
Представительность: Характеризует правильность отбора и формирования информации для адекватного отражения изучаемого явления.
Достаточность: Оценивает содержательную полноту предоставляемых данных для принятия решения.
Содержательность: Измеряет семантическую насыщенность информации, относящуюся к объему обрабатываемых данных.
Устойчивость: Определяет способность информации сохранять необходимую точность при изменении исходных данных.
Точность и достоверность: Характеризуют близость информации к реальному состоянию описываемого объекта или явления.
6
Краткость: Оценивает степень сжатости изложения сообщаемых сведений.
Наиболее авторитетным методом измерения семантического содержания информации является тезаурусный подход, предложенный Ю. И. Шнейдером.
Суть данной теории заключается в том, что объем семантической информации, усваиваемой получателем из поступающих сообщений, определяется уровнем его готовности к восприятию данной информации. Для адекватного понимания и использования информации пользователь должен обладать определенным объемом знаний в соответствующей области. По мере расширения знаний в конкретной сфере увеличивается и количество информации, которое он способен извлечь из сообщений, относящихся к этой сфере. В ситуации полного отсутствия знаний пользователь не сможет получить никакой информации из полученного сообщения.
Вплоскости объекта исследования «информация» характеризуется значительным разнообразием и наличием множества разновидностей.
Эти разновидности определяются посредством различных классификационных признаков, связанных с методами обработки информации, её семантическим значением, формой представления и другими аспектами. В настоящем пособии будут рассмотрены некоторые из них:
Взависимости от частоты возникновения, информационные события, возникающие в объектах энергетики, классифицируют следующим образом:
События, фиксируемые с постоянной периодичностью;
Годовой цикличности;
Полугодовой повторяемости;
Поквартального возникновения;
Декадной периодичности;
Ежемесячного характера;
Еженедельного проявления;
Ежедневного наблюдения;
Не имеющие строгой периодичности;
Периодические (возникающие с нерегулярной частотой);
Однократного характера.
Взависимости от управляющей подсистемы энергетического объекта, к которой относится информация, выделяют следующие её типы:
Данные, характеризующие управляющую подсистему;
Сведения, относящиеся к целевой подсистеме;
Информация о состоянии окружающей среды;
Данные, поступающие от управляемой подсистемы.
7
По месту генерации внутри энергетического объекта:
Внешняя информация: данные, получаемые извне системы или организации;
Внутренняя информация: сведения, генерируемые внутри системы или организации.
По стадии формирования в рамках энергообъекта:
Исходная (первичная): информация, получаемая напрямую от источников
Промежуточная: данные, образующиеся в процессе обработки первичной информации и используемые для последующего анализа.
Производная (сводная): информация, являющаяся результатом преобразования исходных данных по определённому алгоритму.
По степени стабильности:
Условно-постоянная: данные, остающиеся неизменными в течение продолжительного временного интервала и многократно используемые для обработки.
Переменная: первичная информация за конкретный временной период, изменяющаяся в соответствии с периодичностью поступления новых данных.
По форме передачи на энергообъектах:
Невербальная: например, графические данные.
Вербальная: например, текстовая информация.
По уровню иерархии в информационных и управляющих системах энергетических объектов:
Информация государственного уровня.
Информация межгосударственного уровня.
Информация предприятий и организаций.
Информация министерств и ведомств.
Информация частных лиц.
По отношению к запросу в информационных и управляющих системах энергетических объектов:
Пертинентная информация: соответствующая информационной запросу пользователя.
Релевантная информация: соответствующая формулировке запроса.
По функциональному назначению при машинной обработке в информационных и управляющих системах энергетических объектов:
Входная информация: данные, поступающие на обработку.
Выходная информация: результат обработки, предназначенный для дальнейшей передачи. Внутренняя информация: данные, циркулирующие внутри энергетического объекта.
Категории «информационные ресурсы» и «информация», будучи относительно новыми для экономической сферы энергетических объектов,
8
приобрели значимость в связи с возрастающей ролью информации в управлении современным обществом.
Прогресс информационной сферы обусловлен значительным объемом и степенью сложности используемых сведений, вследствие чего в рамках информационно-управляющих комплексов энергокомпаний выделяется две категории данных:
Внешняя информация охватывает данные о экономических и политических субъектах, находящихся за пределами энергетического объекта, а также о их взаимодействиях (например, с клиентами, поставщиками, государственными органами и конкурентами). Эта информация часто бывает неполной, противоречивой и вероятностной, что требует использования нестандартных методов формализации.
Внутренняя информация в основном более полно отражает финансово-хозяйственное состояние объекта энергетики и может быть качественно обработана с помощью стандартных формализованных алгоритмов и процедур.
Подводя итог различным концепциям понимания информации
вэнергетике, выделяются два ключевых подхода:
Под информацией понимается совокупность содержательных фактов, снижающих уровень неопределенности благодаря своим уникальным характеристикам.
Информация представляется упорядоченными и интерпретированными фактами, выступающими в роли ключевого ресурса для выработки управленческих решений и исполнения иных
функциональных обязанностей.
Деятельность каждого энергетического учреждения сопровождается обработкой многочисленных потоков разнородных данных экономического, политического, межгосударственного, конкурентного, коммерческого, технического и иного свойства. Эти потоки зачастую отличаются недостаточной пригодностью для целей конкретного объекта, и именно внедрение новейших ИТ-решений обеспечивает повышение качества обрабатываемой информации, способствуя увеличению продуктивности и целевой направленности мероприятий сотрудников.
Таким образом, обобщение существующих подходов к трактовке понятия информации приводит к следующим выводам:
Информация не является случайными сведениями; она содержит новое знание, уменьшающее неопределенность;
Информация - то структурированные и осмысленные данные, необходимые для принятия решений и реализации функций в
системах управления энергетическими объектами.
Каждое предприятие в энергетической области постоянно сталкивается с большими объемами информации различного характера, что требует использования современных технологий для получения качественной информации. Это позволяет специалистам действовать
9
более целенаправленно и эффективно.
Клод Шеннон, основоположник теории информации, ввел базовую единицу измерения информации — бит, который используется во всех цифровых вычислительных модулях информационных и управляющих систем. Согласно его теории, чем ниже вероятность появления сигнала, тем больше информации он несет; каждый сигнал имеет определенную вероятность возникновения.
На основе этого принципа Шеннон вывел формулу для количественной оценки информационного содержания, рассматривая его через выбор из множества потенциальных вариантов. Однако такой математический подход не учитывает ценность и полезность информации. Значимость информации в реальном мире определяется человеком интуитивно, основываясь на интеллекте и опыте. Информация становится полезной, когда она снижает неопределенность для алгоритма, использующего ее.
Формула (1) Шеннона для количественной оценки информации выглядит следующим образом:
m |
|
K v j * log v j , |
(1) |
j 1
где К - количество информации;
m - количество возможных сигналов;
vj - вероятность появления j-го сигнала.
Термином «Информационная технология» принято обозначать комплексную структуру, объединяющую разнообразные компоненты, находящиеся в тесной взаимосвязи. Для наглядного представления целесообразно рассмотреть такую структуру в виде многоуровневой иерархии, состоящей из следующих компонентов:
1. Фундаментальная техническая база:
Включает аппаратные устройства (серверы, компьютеры, коммуникационное оборудование) и программное обеспечение (базы данных, операционные системы, прикладные решения).
2. Сетевые коммуникации:
Предусматривают применение протоколов взаимодействия, управление сетевыми процессами и обеспечение информационной защиты каналов связи.
3. Программные продукты и сервисные службы:
Охватывают специализированные приложения, веб-сервисы и автоматизированные системы обработки данных.
4. Пользовательские интерфейсы и рабочие процессы:
Представлены компонентами, обеспечивающими обучение конечных пользователей, разработку и внедрение организационных рабочих процессов.
10