Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы автоматизированных систем управления. Учебное пособие
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерно-технологическая академия
Н. Е. СЕРГЕЕВ
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону – Таганрог
Издательство Южного федерального университета
2019
Введение
2
УДК 658.51(075.8)
ББК 32.965
С322
Печатается по решению кафедры вычислительной техники
Института компьютерных технологий и информационной безопасности
Южного федерального университета
(протокол № 5 от 21 декабря 2018 г.)
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой информатики
Таганрогского института имени А. П. Чехова Ростовского
государственного университета (РИНХ) Я. Е. Ромм
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
САПР ИКТИБ ИТА ЮФУ В. В. Курейчик
Сергеев, Н. Е.
С322 Основы автоматизированных систем управления : учебное посо-
бие / Н. Е. Сергеев ; Южный федеральный университет. – Ростов-наДону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2019. – 127 с.
ISBN 978-5-9275-3126-4
Пособие предназначено для подготовки бакалавров и магистров направлений 09.03.01, 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» по специализации «Информационное и программное обеспечение автоматизированных систем» и инженеров специальности 09.05.01 «Применение и эксплуатация автоматизированных систем специального назначения» по всем специализациям всех форм обучения по курсам «Основы автоматизированных систем», «Основы автоматизированных систем управления», для «Модуля проектной деятельности» и «Творческого проекта».
УДК 658.51(075.8)
ББК 32.965
ISBN 978-5-9275-3126-4
Южный федеральный университет, 2019
Сергеев Н. Е., 2019
Оформление. Макет. Издательство
Южного федерального университета, 2019
Приложения
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………..............
5
Глава 1. Типовые этапы разработки автоматизированных
систем ………………………………………………………………...
7
Глава 2. Разработка технического задания на автоматизиро-
ванную систему управления ………………………………………...
13
Техническое задание …………………………………………….
14
Глава 3. Эскизный проект. Общесистемные решения....……..
46
Глава 4. Организация информационного обеспечения.. ……...
66 Глава 5. Выполнение лабораторных работ ……………………
96
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………...
109
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ………………………….
110
ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………..
111
Введение
4
СОКРАЩЕНИЯ
АС − автоматизированная система
АСУ − автоматизированная система управления
БД − база данных
СУБД − система управления базой данных
СРС − самостоятельная работа студента
ИМ − имитационная модель, имитационное моделирование
ГЗУ − групповая замерная установка
ТЗ − техническое задание
ТУ − технические условия
SCADA − Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское
управление и сбор данных – программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы систем сбора, обработки, отображения и
архивирования
РСт – рабочая станция
5
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизированные системы управления в настоящее время после
завышенных ожиданий, а также завышенных разочарований заняли полагающееся им место.
Плановая система экономики СССР уступила место стремлению к
рыночной экономике Российской Федерации. Это привело, с одной стороны, к уходу автоматизированных систем управления (АСУ) с государственного, отраслевого и региональных уровней, а с другой − к настоятельной необходимости применения их на крупных производствах, а также в
сфере высокотехнологичных производств.
В первом случае АСУ заменили информационные, информационноаналитические системы, системы поддержки принятия решений (СППР),
ситуационные центры, комплексы моделирования, которые частично выполняют некоторые задачи АСУ и не перегружены лишним функционалом.
Отдельные задачи из состава АСУ стали решаться не в составе системы, а
автономно − это «бухгалтерский учет», «кадры», «складское хозяйство» и
др. Изменения в системах управления повлекли изменения в структуре и
функциях систем автоматизации.
На структуру и использование АСУ повлияли не только изменения
в обществе и экономике, но и эволюция технического и программного
обеспечения. С появлением высокопроизводительных компьютеров и сетей отпала необходимость содержать целые организационные подразделения, обеспечивающие решения как хозяйственных, так и специальных задач предприятий и организаций. Вычислительные мощности «пришли» в
функциональные подразделения. Кроме того, готовые решения фирм, занимающихся программными системами, стали покрывать большинство потребностей пользователей. В частности, широкое использование баз данных сделало их достаточными для многих нужд предприятий. Особого упоминания заслуживает роль АС и АСУ в военной области.
Учебное пособие состоит из трех глав. В первой главе рассматривается типовая последовательность работ по созданию автоматизированных
систем. Акцент сделан на взаимоотношения заказчика и подрядчика и на
проблемы, которые при этом возникают.
Введение
6
Во второй главе приведен учебный комплект проектных документов
автоматизированной системы управления. Количество и содержание документов сокращено. Содержание дисциплин «Основы автоматизированных
систем», «Основы автоматизированных систем управления» составляют
лекционные занятия, практические занятия и лабораторные работы. Глава
будет полезна для всех трех типов занятий. Для самостоятельной работы и
лекционных занятий материалы второй главы будут полезны при изучении
следующих вопросов: Регламентирующие документы по разработке и
функционированию АС; Государственные стандарты АС; Проектная документация на АС; Эксплуатационная документация на АС; Виды обеспечения АС; Техническое обеспечение АС; Информационное обеспечение АС;
Программное обеспечение АС; Метрологическое обеспечение АС; Лингвистическое обеспечение АС; Организационное обеспечение АС; Автоматизированные системы управления технологического уровня (АСУ ТП); Информационно-управляющие системы (ИУС), комплексы АСУ.
Во время практических занятий дисциплин «Основы автоматизированных систем», «Основы автоматизированных систем управления», а
также возможно «Модуля проектной деятельности» обучаемые разрабатывают программно-аппаратные комплексы автоматизации по выбранной тематике. Тематика работ может соответствовать направлениям исследований кафедр или согласована с возможными работодателями. Учебный комплект документов этой главы даст им представление о перечне и содержании работ, требуемой проектной и эксплуатационной документации. На лабораторных работах таблицы этой главы используются в качестве вариантов исходных данных при «разработке пользовательского интерфейса АС»;
«разработке генератора данных для тестирования АС»; «разработке подсистем контроля уставных значений АС»; «разработке подсистем построения
текущих и исторических трендов»; «разработке компонентов подсистемы
управления формированием пакетов данных»; «разработке компонентов
систем поддержки принятия решений». Текст в учебном комплекте документов, выделенный «жирным курсивом», представляет собой комментарии автора в текстах документов.
Содержание третьей главы составляют описания лабораторных работ по курсам «Основы АС» и «Основы АСУ» и примеры экранных форм.
7
Глава 1
ТИПОВЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
Сложность и стоимость АС до недавнего времени определялась сложностью как самих процессов или систем, так и сложностью управления ими.
Принятие решения о создании АС или модификации уже существующей достаточно ответственный процесс определяемый состоянием самого процесса
(например, производства), требованиями смежных процессов.
Разработками АС в настоящее время занимаются специализированные предприятия (фирмы) либо специализированные подразделения самих
предприятий, которым требуется АС [1], [3], [4], [6], [7]. В любом случае
можно выделить два взаимодействующих субъекта: заказчик и подрядчик.
В первом случае положительным является то, что фирма, занимающаяся разработкой АС для различных предметных областей, как правило, обладает современными компетенциями в области автоматизации и достаточным опытом. Отрицательным фактором является недостаточность компетенций в
конкретной предметной области. Во втором случае (внутреннее или отраслевое подразделение) как раз наоборот: сконцентрированность на используемых ранее решениях, нежелание осложнять себе жизнь внедрением новых
решений. Положительным же является знакомство с предметной областью.
В обоих случаях создание системы начинается с формирования требований
к АС. Требования должны отражать решение проблем, которые существуют
на объекте автоматизации. Как правило, этим занимается сам заказчик, даже
не имея в виду конкретного разработчика. На выбор конкретного разработчика влияют множество факторов, например, наличие профильных отраслевых институтов, требования федеральных законов, определяющих конкурсные процедуры, опыт предшествующего сотрудничества, финансовые возможности предприятия, мера самостоятельности в принятии решений, и к
сожалению, маркетинговая политика фирм производителей программного
обеспечения и даже мода. Случается и так, что к руководству предприятием
или подразделением приходит человек с устоявшимися взглядами. Тогда
дальнейший выбор разработчика или компонентов АС может целиком зависит от тех, кто эти взгляды «устоял». Будущему разработчику это нужно
Основы автоматизированных систем управления
8
знать, чтобы избавить себя от бессмысленных действий. Все расчеты и решения, принимаемые на этом этапе, имеют вид внутренних документов
предприятия таких, как протоколы заседаний, проекты планов, предварительные сметы, экспертные заключения. Как правило, будущему разработчику они не доступны, однако были бы полезными для знания расстановки
сил и первоначальных замыслов, ниже которых опускаться не следует.
Даже если будущий разработчик знаком с объектом, подлежащим
автоматизации, обследование объекта и обоснование необходимости создания АС является важным и ответственным этапом. Мало того, зачастую
и заказчик обладает неполной информацией об объекте и возможности реализации тех целей, которые должна решить автоматизация. Когда-то созданный объект проходит многочисленные модернизации и доработки и
начинает жить своей собственной жизнью. К тому же знания об объекте
могут находиться в формализованном и неформализованных видах и обладать такими знаниями могут различные группы людей и разные подразделения предприятий. Задачей обследования объекта автоматизации и является сведение этих распределенных знаний к единому формализованному
виду и, если потребуется, получения новых знаний для обоснования возможности и целесообразности построения автоматизированной системы с
заданными функциями.
Обследовать нужно сам технический объект и процессы, для которых он существует, состояние логистики для обеспечения процесса функционирования, организационную систему управления и возможности модификации каждой компоненты. Здесь нужно рассмотреть следующие две
типовых ситуации: автоматизированная система разрабатывается и внедряется одновременно с объектом автоматизации; автоматизированная система разрабатывается для уже функционирующего объекта. Во втором
случае ситуация может осложняться тем, что на объекте уже функционирует автоматизированная система, которая по некоторым причинам не удовлетворяет заказчика. Как правило, этими причинами является моральное
или техническое устаревание АС или модификация самого объекта. И в самом деле сейчас найти объект без элементов автоматизации сложно. Но зачастую эти системы представляют собой системы телемеханики, и заказчик
может находиться в «плену» идей телемеханики.
Глава 1. Типовые этапы разработки автоматизированных систем
9
Для демонстрации возможностей, разработанной АС, перед внедрением заказчик может потребовать создание имитационных моделей или
имитирующих программно-аппаратных комплексов.
Для ситуации совместного проектирования объекта и АС для разработчика предоставлено широкое поле реализации своих идей, но отсутствуют статистические данные о функционировании самого объекта.
Заказчиком могут быть выдвинуты такие требования к АС, которые
потребуют проведения необходимых научно-исследовательских работ как
в предметной области функционирования объекта, так и в области математического, метрологического и технического обеспечения средств автоматизации. Особое внимание в последнее время уделяется исследованиям в
области экологии.
После получения результатов научно-исследовательских работ возможно понадобятся опытно-конструкторские разработки для получения
реальных моделей и технических устройств как элементов АС.
После выработки требований к будущей АС необходимо рассмотреть варианты достижения этих целей. Вариативность может касаться как
отдельных компонентов видов обеспечения, так и целых подходов к проектированию или организации управления [2, 5]. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям заказчика, − задача достаточно сложная, тем более, как правило, на
этом этапе речь о конкретном разработчике еще не идет. Даже наличие профильных отраслевых проектных институтов не гарантирует успешность
концепции и правильность выбора. Существует у таких организаций большой соблазн разработать концепцию под свои интересы и возможности.
Недобросовестные заказчики иногда имеют такое обыкновение предлагать
нескольким организациям разработать такие концепции, как задел к будущему сотрудничеству. А после, собрав несколько решений, формируют
свой синтетический вариант концепции под конкретного разработчика. На
основе концепции могут быть разработаны технические условия на разработку конкретной АС.
Техническое задание (ТЗ) является первым документом, в котором
упоминается заказчик и разработчик (подрядчик). Считается, что ТЗ разрабатывается заказчиком и подрядчиком совместно. Качественно разработанное ТЗ является основой для будущей АС. ТЗ является первым докумен-
Основы автоматизированных систем управления
10
том, на форму и содержание которого существует государственный стандарт. По желанию заказчика форма и содержание ТЗ может быть изменено.
Как правило, на разработку ТЗ выделяется отдельный этап с работы или
заключается отдельный договор. Текст ТЗ в ходе выполнения работ может
быть изменен в ходе выполнения работ по согласованию сторон. Типовое
содержание ТЗ и особенности разработки приведены в гл. 2.
Для сложных объектов автоматизации предусматривается предварительный этап разработки АС− эскизный проект. Основное содержание
этого этапа раскрывается в «пояснительной записке к эскизному проекту».
В ней, помимо общих положений и описания процесса деятельности, которые представляют собой расширенное толкование пунктов ТЗ, излагаются
основные технические решения, мероприятия по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие и очередность создания системы и
объем каждой очереди. Основные технические решения состоят:
из решений по структуре системы (подсистем), средствам и спосо-
бам связи для информационного обмена между компонентами системы
(подсистем);
решений по взаимосвязям системы со смежными системами, обес-
печению ее совместимости;
решений по режимам функционирования, диагностированию ра-
боты системы;
решений по численности, квалификации и функциям персонала си-
стемы, режимам ее работы, порядку взаимодействия;
сведений об обеспечении заданных в техническом задании потреби-
тельских характеристик системы (подсистем), определяющих ее качество;
состава функций, комплексов задач (задач), реализуемых системой
(подсистемами);
решений по комплексу технических средств, его размещению на
объекте;
решений по составу информации, объему, способам ее организа-
ции, видам машинных носителей, входным и выходным документам и сообщениям, последовательности обработки информации и другим компонентам; решений по составу программных средств, языкам деятельности,
алгоритмам процедур и операций и методов их реализации.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]