Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Казаринов Л.С., Шнайдер Д.А., Барбасова Т.А. Лекции по АИУС - файл kniga ред.doc


Казаринов Л.С., Шнайдер Д.А., Барбасова Т.А. Лекции по АИУС
скачать (7318.7 kb.)

Доступные файлы (1):

kniga ред.doc14839kb.12.10.2008 00:50скачать

kniga ред.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра автоматики и управления

6
Работа выполнена при поддержке программы «Энерго- и ресурсосберегающие технологии» национального проекта «Образование»

81.5(07)

А224
Казаринов Л.С., Шнайдер Д.А., Барбасова Т.А.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Учебное пособие


Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2008

УДК 681.51.012(075.8)


Работа выполнена при поддержке программы «Энерго- и ресурсосберегающие технологии» национального проекта «Образование»


Одобрено
учебно-методической комиссией
приборостроительного факультета


^ Рецензенты: к.э.н. Белавкин И.В., к.т.н., доц. Кощеев А.А.


А224


Казаринов, Л.С.

Автоматизированные информационно-управляющие системы: учебное пособие / Л.С. Казаринов, Д.А. Шнайдер, Т.А. Барбасова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. – 320 с.





В пособии излагаются основы построения информационно-управляющих систем. В учебном пособии приведены примеры реализации автоматизированных информационно-управляющих систем в управлении энергетической эффективностью технологических процессов.

Учебное пособие предназначено для студентов по специальности “Управление и информатика в технических системах”, а также бакалавров и магистров по направлению “Автоматизация управления“. Книга также будет полезна всем, интересующимся проектированием информационно-управляющих систем.
УДК 681.51.012(075.8)


© Казаринов Л.С., Шнайдер Д.А., Барбасова Т.А., 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ


^ ЧАСТЬ I. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ 5

Основные понятия 5

ГЛАВА 1. Информационно-управляющие системы реального времени 10

§1.1. Особенности информационно-управляющих систем реального времени 10

1.1.1. Определение и основные характеристики информационно-управляющих систем реального времени 10

1.1.2. Операционные системы реального времени 12

1.1.3. Обзор систем реального времени 16

§1.2. Построение информационно-управляющих систем реального времени на базе операционной системы QNX 24

§1.3. SCADA – системы 28

§1.4. SCADA – система TRACE MODE 36

1.4.1. Обзор системы TRACE MODE 36

1.4.2. Функциональная структура пакета 38

1.4.3. Обзор внедрения системы TRACE MODE 44

§1.5. Программно-технический комплекс DeltaV 48

1.5.1. 3Обзор системы DeltaV 48

1.5.2. Концепции системы DeltaV 51

1.5.3. Программные приложения DeltaV 52

§1.6. Программно-технический комплекс Квинт 59

1.6.1. Описание 59

1.6.2. Структура программно-технического комплекса Квинт 59

1.6.3. Архитектура 60

1.6.4. Контроллеры 60

1.6.5. Рабочие станции 62

1.6.6. Сети 63

1.6.7. Система автоматизированного проектирования АСУ ТП 64

1.6.8. Примеры внедрения 66

§1.7. Системы автоматизации фирмы Siemens 70

1.7.1. Состав программно-технического комплекса Totally Integrated Automation 70

1.7.2. Примеры автоматизации технологических процессов 72

§1.8. Системы автоматизации фирмы АВВ 79

1.8.1. Основные направления деятельности 79

1.8.2. Системы управления, предлагаемые АВВ Автоматизация в России 80

ГЛАВА 2. Обеспечивающие подсистемы информационно-управляющих систем и их характеристики 82

§2.1. Программное обеспечение управления процессами 82

2.1.1. Реализация языков программирования стандарта МЭК 6-1131/3 в системе TRACE MODE 83

2.1.2. Описание языков программирования 84

2.1.3. Реализация регуляторов и объектов управления в SCADA-системе TraceMode 86

§2.2. Программное обеспечение секвенциально-логического управления 91

2.2.1. Программируемые логические контроллеры 91

2.2.2. Языки программирования логических контроллеров 96

2.2.3. Пример реализации секвенциально-логических алгоритмов в TRACE MODE 103

§2.3. Средства идентификации и оптимизации 110

2.3.1. Идентификация характеристик технологических объектов 110

2.3.2. Идентификация характеристик технологических объектов с использованием стандартных методов Excel 110

2.3.3. Решение задачи оптимизация технологических объектов 115

§2.4. Средства интеллектуального анализа данных 117

2.4.1. Общие представления о Data Mining 117

2.4.2. Задачи Data Mining 118

2.4.3. Классы систем Data Mining 119

2.4.4. Основные этапы Data Mining 123

ГЛАВА 3. Проектирование информационно-управляющих систем 125

§3.1. Основные проблемы, системный подход и последовательность разработки 125

§3.2. Адаптация информационно-управляющих систем к области применения 129

§3.3. Информационные технологии проектирования ИУС 134

§3.4. Концепции информационного моделирования 136

^ ЧАСТЬ II. ПРИМЕРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ В УПРАВЛЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 153

1. Оперативное управление технологическими процессами с прогнозом показателей энергетической эффективности 153

2. Оперативное управление потоками энергетических ресурсов в производственных сетях с учетом динамики их аккумулирования 159

3. Автоматизированная система диспетчерского управления теплоснабжением зданий на основе полевых технологий 166

4. Паспортизация промышленных потребителей топливно-энергетических ресурсов с использованием средств автоматизации 172

5. Оперативное управление экономичностью водяных тепловых сетей на основе макромоделирования 177

HП1 182

6. Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах 189

7. Автоматизированный мониторинг тепловой экономичности оборудования электрических станций 194

8. Оптимизация нагрузки параллельно работающих турбоагрегатов по данным эксплуатации при неполных исходных данных 214

9. Автоматизированная информационная система мониторинга остаточного ресурса энергетического оборудования 223

10. Автоматизированное управление процессами в охладительных установках электрических станций 232

11. Автоматизированная компрессорная установка 239

12. Лингвистический подход к оптимизации управления вельц-процессом 250

13. Энергетический менеджмент производства огнеупоров 256

Приложение. Обзор промышленных сетей 267



^

ЧАСТЬ I. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Основные понятия


Использование автоматизированных информационно-управляющих систем является магистральным направлением повышения эффективности эксплуатации оборудования на предприятиях.

Особенностью современных автоматизированных информационно-управляющих систем является то, что они строятся как единые интегрированные системы, охватывающие всю хозяйственную деятельность предприятия. В общем случае в этой роли в настоящее время выступают интегрированные корпоративные системы (ERP-системы), осуществляющие планирование и управление ресурсами предприятия (Enterprise Resource Planning). На рис. 1.1 представлена типовая структура корпоративной информационной системы управления предприятием.

Ядром системы является корпоративная ERP-система, состоящая из модулей продаж, закупок, управления запасами, управления персоналом, управления производством, планирования и бухгалтерского учета. Система предоставляет руководству предприятия следующие информационные материалы: информацию о заказах, информацию о закупках, данные о запасах, численность, з/плата, технические отчеты, планы, календари, финансовую отчетность. Информация в ERP-системах поступает от систем нижнего уровня, среди которых необходимо выделить следующие автоматизированные системы: система на основе которой разрабатывается конструкторская документация на продукцию (САПР-К), система автоматизированного технологического проектирования производства (САПР-Т), автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) и автоматизированная система контроля и диагностики (АСКиД). Информация от указанных систем собирается в информационных базах данных – PDM и MES-системы (АСУ ПП – автоматизированная система управления производственными процессами). Информация от АСКиД используется в АСУ ремонтно-технического обслуживания (АСУ РТО). Из других автоматизированных систем необходимо отметить геоинформационную систему предприятия (ГИС), которая позволяет в наглядном виде отобразить информацию о предприятии на картографической схеме.

Интегрированные информационно-управляющие системы предприятия в общем случае имеют три уровня1 (рис. 1.2): ERP-системы (Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия), MES-системы (Manufacturing Execution System или Manufacturing Enterprise Solutions) и SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими процессами).

Система ERP служит для автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. Ее основное назначение – стратегические задачи управления предприятием в целом. Характерными примерами ERP-систем являются системы R/3 (SAP), BAAN V (BAAN), Oracle Application (Oracle Corporation), MFG/PRO (QAD), People Soft (People Soft Inc/), One-World (J.D.Edvards), BPCS (System Software Associates), Syteline (Symix Systems).

В данных ERP-системах автоматизации подлежат наиболее легко автоматизируемые процессы: документооборот, учет и управление персоналом, финансовая отчетность и т.п.


Рис. 1.1. Типовая структура корпоративной информационной системы управления предприятием2



Рис. 1.2. Иерархическая структура АИУС предприятия
MES-система – это система управления производством продукции. Ее основное назначение – оперативное планирование /перепланирование, оптимизация производственных графиков, оперативное управление процессом производства, управление сроками поставок, качеством в реальном масштабе времени. Имея оперативные данные, MES-системы активно взаимодействуют с ERP-системами. Для решения задач оперативного планирования в MES-системах строится динамическая компьютерная модель производства. Эта модель реализует непрерывное имитационное моделирование материальных потоков внутри цеха в соответствии с технологическими маршрутами.

Применяемый в MES-системах аппарат расчета производственных расписаний позволяет учесть взаимосвязь всех элементов оперативного плана, обеспечить выбор альтернативных технологических маршрутов и адаптивный режим управления материальными потоками.

В части, касающейся управления производственными процессами, MES-системы отличаются от ERP тем, что в MES расчет производственных расписаний строится на основе множества критериев.

Различные комбинации критериев позволяют рассчитывать десятки вариантов производственного расписания, использовать их как средство моделирования производственных процессов и выбирать наиболее эффективный сценарий выполнения текущего плана.

Четкой границы между автоматизированными системами управления предприятием (MES-системами) и АСУ ТП (SCADA-системами) нет. Имеется перекрывание их функций в силу взаимных связей производства (рис. 1.3). Объем и степень доступа к технологической информации зависят от типа программного обеспечения, используемого в управленческих структурах предприятия, категории сотрудников-потребителей данной информации. SCADA-системы решают следующие задачи: визуализация технологического процесса; сбор данных с различных источников измерительной информации, например, с использованием протоколов DDE (Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control) и фирменным протоколам; поддержка языка SQL для создания, удаления, чтения, записи, модификации информации в таблицах БД. В SCADA-системах принципиально важной является работа в реальном масштабе времени.

Выделяются следующие способы интеграции подсистем уровней MES и SCADA: использование БД, в том числе в качестве буфера между различными подсистемами, что позволяет обеспечивать оперативный обмен данными между подсистемами; применение класса продуктов, главным назначением которых является импортирование объектов из одной подсистемы и экспортирование их в другую подсистему; использование готовых решений для предприятий.


Рис. 1.3. Взаимодействие АСУ П и АСУ ТП предприятия
От SCADA-систем требуется выполнение следующих функций: сбор данных от программируемых логических контроллеров (ПЛК); первичная обработка данных о технологических процессах; архивация данных; представление мнемосхем энергетического объекта в статике и динамике; представление графиков (трендов) измеряемых величин, параметров, режимов; сообщения о неисправностях и авариях; печать протоколов и отчетов; ввод в систему управления команд операторов; связь с другими автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов; решение прикладных задач на основе текущих измерительных данных. К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования: надежность системы (технологическая и функциональная); безопасность управления; точность обработки и представления данных; простота расширения системы.

Общая структура SCADA-систем представлена на рис. 1.4.

Основными тенденциями развития технических средств АСУ ТП (аппаратных и программных) являются следующие:

  1. использование открытой архитектуры аппаратных и программных средств. Открытая архитектура позволяет независимо от специфики технологических процессов выбирать совместимые компоненты от различных производителей, в результате чего расширяются функциональные возможности системы, снижается ее стоимость и облегчается ее эксплуатация;



Рис. 1.4. Сетевое взаимодействие SCADA-системы



  1. использование сетевых технологий на всех уровнях иерархии системы. На системном уровне здесь используются локальные сети промышленных компьютеров, что позволяет создавать распределенные системы управления. На полевом уровне перспективным является использование полевых специальных сетей с интеллектуальным полевым оборудованием (Fieldbus).

Общий анализ SCADA-систем позволяет сформулировать некоторые их характерные особенности: автоматизированная разработка рабочих мест операторов, дающая возможность создания технологического программного обеспечения системы автоматизации разработчиками, не владеющими в полной мере особенностями системного программирования вычислительных процессов; наличие средств сбора информации от устройств нижнего уровня автоматизации; наличие средств управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях; средств архивирования и хранения измерительной информации с возможностью ее последующей обработки; средств обработки первичной измерительной информации; средств визуализации текущей исторической информации в виде таблиц, графиков, гистограмм, динамических мнемосхем, анимационных изображений; печать отчетов и протоколов произвольной формы в заданные моменты времени; ввод и передача команд и сообщений оператора в ПЛК и другие устройства системы.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13



Скачать файл (7318.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации