универсальность (одна и та же ИСПУ может быть использована для создания СУ разных процессов)
никая стоимость;
возможность наращивания систем. Например путем добавления новых АРМ, также возможность объединения нескольких систем в одну;
удобство работы оператора (наглядность представления объекта управления и протекающих в нем процессов);
простота разработки и внедрения АРМ;
высокая степень ремонтопригодности и взаимозаменяемости элементов.
В настоящее время специалисты в области интегрированных производственных процессов склонны представлять модель интегрированных систем производственных процессов следующей пирамидой (рис. 1).
ERP (Enterprise Resource Planning) - системы планирования ресурсов предприятий.
MES (Manufacturing Execution Systems) - производственные ^полнительные системы.
MMI (Man-Machine interface) - человеко-машинный интерфейс. Man - человек, мужчина.
Из рисунка видно, что все уровни автоматизированного предприятия взаимосвязаны между собой. Информационные потоки, зарождаясь на уровне оборудования поступают на расположенные выше уровни, меняя свою форму: от показания датчиков к усредненным параметрам ТП, далее к параметрам производственных процессов и за тем в обобщенном виде, характеризующем результаты работы всего предприятия, поступают на уровень высшего руководства. Таким образом, возникает возможность планируемой деятельности предприятий в комплексе от поставки сырья до реализации готовой продукции. При этом на уровне высшего руководства деятельность всего предприятия представляется прозрачной.
Над уровнем ИСПУ располагаются системы учета, бухгалтерские системы и т.п., которые называются АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА (АСУП).
Информация между уровнями передается по сетям передачи данных. В современных условиях АТП не может происходить обособленно, в отрыве от автоматизации всего предприятия (его деятельности). АСУТП должно быть составной частью интегрированной корпоративной информационной системой (КИС).
На всех этапах жизненного цикла производства должна учитываться концепция комплексной автоматизации производства
Жизненный цикл производства включает в себя этапы:
проектирование производства
подготовка(организация производства)
реализация (монтаж) производства на основе ранее созданного проекта
отладка и тестирование
запуск процесса производства в рабочем режиме
управление производством
Комплексная автоматизация производства (КАП) представляет собой методологию автоматизации всего производственного процесса с помощью ЭВМ.
При КАП происходит объединение проектных работ, технологических средств, систем планирования, контроля, управления в рамках единой системы. В результате предприятие сужает расходы, обеспечивая экономию сырья и энергии.
При необходимости модернизации возникало ряд проблем, связанных с тем, что в рамках единой информационной системы не было возможности использования программных и аппаратных средств, выпущенных в разное время различными производителями.
Такое автоматизированное предприятие по многообразию использования стандартных и нестандартных аппаратных программных средств напоминает "лоскутное одеяло". (Этап внедрения на разных участках производства несовместимых между собой систем называется этапом Лоскутной автоматизации )
В настоящее время наблюдаются следующие тенденции развития автоматизации:
Всё нарастающее логическое информационное взаимопроникновение различных уровней автоматизации:
бизнес уровни (АСУП)
уровни проектирования (САПР)
производство технологического уровня(АСУТП) Автоматизация охватывает все предприятия в целом от уровня технического персонала до руководства, и предприятие представляет собой единый организм, функционирующий едином информационном пространстве.
Интенсивное сближение стандартов и упрощение задач сопряжения различных аппаратных и программных средств автоматизации, как на одном уровне, так и между ними. Это позволяет без существенных дополнительных затрат объединить в одну систему оборудования различных производителей, как приобретенных ранее, так планированных приобретений в будущем. Таким образом, становится возможным детальное планирование процесса автоматизации и сохранение в течении длительного периода времени уже сделанных инвестиций в автоматизацию.
Бурное развитие интернет технологий и все большее их проникновение на все уровни автоматизации. Использование интернет технологий позволяет организовать развитый интерфейс пользователя на основе стандартных средств, принятых для отображения информации в интернете, позволяет обеспечить в реальном времени доступ к удаленным технологичесикм данным, позволяет координировать ТП независимо от того, где находится оператор. Использование интернет технологий открывает новые возможности управления производстовм в целом. Руководство может самостоятельно получать доступ к любой интересующей информации. Кроме того, использование Internet позволяет сделать систему документов более гибкой, и увеличить скорость движения документов.
Сформулируем основные черты(идеальной) системы комплексной автоматизации производства:
На уровне обработки данных, данные вводятся один раз и становятся доступными всем уровням управления ошибки и несовместимость протоколов передачи отсутствует.
В области конфигурирования, программирования. Все компоненты системы программируются, конфигурируются, тестируются, запускаются, обслуживаются путем использования простых стандартных способов. Все необходимые операции выполняются с использованием единых инструментов, средств.
В области связи и сетевых решений. Каждый узел связи может быть связан с каждым простым и надежным способом. Схема соединений может быть идентифицирована в любом месте и вреиени. Различные компоненты сети конфигурируют просто и единообразно.
На самостоятельное изучение:
Вертикальная и горизонтальная интеграция.
Законы 1)сохранения (целостности системы);
2)закон образа действия (фундаментальной иерархии).
Теория систем как теория организации кооперативного управления материальными потоками опирается на два фундаментальных закона, имеющих глубокое физическое обоснование — закон сохранения изакон образа действия.
Закон сохранения (закон целостности систем) – утверждает неразрывность потока ресурса как источника жизнеобеспечения данной общности, т.е. системы.
Единственным инструментом сохранения целостности системы является склад, накопитель, или, с позиции его информационного содержания, некий банк данных как средство хранения ресурса для мобильного его распределения.
Закон образа действия (закон функциональной иерархии) –
определяет механизм самоорганизации систем, благодаря которому реакция системы на внешнее воздействие существенно отличается от реакции той же группы управляемых объектов в автономном режиме.
Общая реакция системы выражает ее выбор как целостного образования. Каждая ее функциональная часть (подсистема), подчиняясь общей реакции, ее давлению, имеет свободу выбора в коррекции общего акта действия сообразно конкретному восприятию внешней обстановки, контролируемой данным иерархическим уровнем. Чем шире спектр воздействия на систему, тем больше свобода выбора управления у каждого иерархического уровня, тем больше его автономия. В результате каждый исполнительный орган системы получает агрегированный набор уставок управления, отражающий как стратегические интересы всей системы, так и (по иерархии) тактическую задачу своего подразделения. Важно подчеркнуть, что в описанной структуре корпоративного управления ресурсом все отмеченные организационные уровни системы лишь отслеживают ситуацию управления, моделируя ее, а «работает» только один исполнительный в процессе взаимодействия с внешним миром через свои «рецепторы» и «эффекторы», т.е. через инфраструктуру системы. Можно провести аналогию со схемой разделения властей государстве на законодательную и исполнительную. Важным условием правильного функционирования системы управления - необходимость того, чтобы все уровни принятия решений имели прямую связь с объектом, т.е. чтобы каждый из них получал непосредственно с объекта результат измерения.
Типичная структура разбиения целостного разбиения технологического процесса может быть, например, такой: завод (система), цех (подсистема), участок (задача регулирования). Каждый из этих уровней вырабатывает свою составляющую в результирующем управляющем воздействии для каждого аппарата (регулятор). Будем иметь, соответственно: задание по режиму производства (например, производительность завода); задание по загрузке оборудования (распределение производственных нагрузок внутри цеха); задание по качеству продукции (критериальная функция). Эта сумма заданий отрабатывается исполнительным контуром регулятора каждого аппарата.
Интеграцию предприятия нужно осуществлять как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.
С технической точки зрения, горизонтальная интеграция предполагает объединение между собой всех автономных систем автоматизации технологических и производственных процессов, а также административных отделений цехового уровня в единую информационную сеть. Что обеспечивает необходимый обмен данными в реальном масштабе времени между всеми подразделениями основного и вспомогательного производства. С производственной точки зрения, это означает учет каждого шага производственного процесса от прибытия сырья (топлива на станцию) до отправления готовой продукции заказчику (передача тепловой и электрической энергии посреднику, тепловой - тепловым сетям, электрической — передающим подстанциям).
Горизонтальная интеграция позволяет устранять подобные изолированные действия путем объединения всего производственного цикла в единую согласованно действующую систему. Все устройства автоматики имеют между собой информационную связь и могут регулироваться и настраиваться без особых усилий. Однако это совсем не означает, что в каждый момент времени вся производственная система функционирует с максимальной эффективностью. Это задача вертикальной интеграции.
Вертикальная интеграция базируется на организации потоков информации от нижнего уровня (датчиков и контроллеров технологического оборудования) во внутренние и внешние компьютерные сети предприятия и через них в административные системы управления. Данная задача решается путем объединения промышленных и административных сетей. Основная цель вертикальной интеграции устранение препятствий на пути информационных потоков между уровнями АСУП и АСУТП с целью оперативного обмена данными.
Поскольку производственные мощности часто разобщены и из-за одновременного, как правило, использования разнородных систем, возникают различные промежуточные слои, тормозящие передачу информации. Вертикальная интеграция устраняет эти препятствия, передавая оперативные сведения технологическому и административному персоналу в различных подразделениях предприятия.
Преимущества горизонтальной и вертикальной интеграции очевидны. В первую очередь повышение производительности. Благодаря объединению производственного оборудования и возможности получать любую интересующую информацию в любой момент времени, специалисты гораздо быстрее могут устранять узкие места (пример: для повышения производительности цеха необходимо повысить производительность отдельно взятого станка, однако станок и так работает на максимальной мощности; т.е. этот станок является узким местом цеха), препятствующие эффективному производству. Во-вторых, появляется возможность производить больший объем готовой продукции. Если все оборудование работает более эффективно, можно достичь и более высокой производительности всего предприятия.
Лекция 2 Системы реального времени. Операционные системы.
Системы реального времени
Система реального времени — система для которой правильность ее функционирования зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени в течении которого эти вычисления выполняются.
Временные характеристики системы можно определить при помощи теоремы Котельникова.
Определение теоремы Котельникова:
Если есть такой процесс спектр которого ограничен частотой , то процесс восстановится без ошибки, если выполнить квантование его с интервалом времени .
Если система в интервал времени Δt производит необходимый набор операций, то информация передается без потерь, а значит, система работает в реальном времени. В необходимый набор операций можно отнести: измерение, обработка, визуализация. Запись в архив, расчет управляющих воздействий, выдача управляющих воздействий на объект.
СРВ можно классифицировать как:
СЖРВ — система, которая должна выполнять все действия за интервал времени Δt - время квантования процесса.
Если система не укладывается в интервал времени Δt, то для таких систем такая ситуация считается отказом. Здесь справедлива формула:
где - время исполнения функциональных задач.
СМРВ - допускается превышение интервала Δt при выполнении функциональных задач, но в среднем в длительном интервале времени. Задержка реакции не является отказом, однако может привести к потери качества, например к снижению производительности системы. Для таких систем справедливо соотношение:
Где - среднее время выполнения функциональных задач.
Так как АСУ должна работать в режиме реального времени, что диктуется самим технологическим процессом, то и программное обеспечение должно работать в РВ. Основная задача, решаемая при этом - детерминированность. Как правило, прикладное программное обеспечение работает под определенной оболочкой, которую называют операционной системой (ОС).
Определение теоремы Котельникова:
, то процесс восстановится без ошибки, если выполнить квантование его с интервалом времени 
.
СЖРВ — система, которая должна выполнять все действия за интервал времени Δt - время квантования процесса.
- время исполнения функциональных задач.
- среднее время выполнения функциональных задач.