Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Информационные технологии в металлургии. Ч. 1

Покупка
Артикул: 753122.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
В первой части учебного пособия рассмотрены основные понятия и определения информационного обеспечения АСУ ТП, приведены основные алгоритмы получения и преобразования информации, а также сведения о построении автоматизированных систем управления. Предназначено для студентов специальностей 110200, 110800.
Шапкарина, Г. Г. Информационные технологии в металлургии. Ч. 1 : учебное пособие / Г. Г. Шапкарина. - Москва : ИД МИСиС, 2004. - 79 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1232720 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Оглавление 

Введение 
4 

1. Общая схема и содержание информационного обеспечения 
различных сфер деятельности 
5 

2. Особенности информационного обеспечения управления 
технологическими процессами 
10 

3. Основные понятия автоматики. Характеристика устройств 
автоматики 
15 

4. Общие принципы построения АСУ ТП 
21 

5. Связь АСУ ТП с другими уровнями АСУ 
28 

6. Технологический процесс как объект автоматического 
управления 
32 

7. Применение УВМ в АСУ ТП 
36 

8. Информационные функции АСУ ТП. Назначение 
информационного обеспечения АСУ ТП 
54 

9. Преобразование технологической информации 
61 

10. Использование УВМ для непосредственного (прямого) 
цифрового управления 
69 

11. Типизация АСУ ТП 
74 

Контрольные вопросы и задания 
76 

Библиографический список 
78 

3 

Введение 

Проблема информационного обеспечения всех сфер деятельности 
современного общества является по актуальности и значимости основной проблемой. Задача информатизации превосходит проблему дальнейшей индустриализации производства. Таким образом, можно сказать, что современное общество вступает в постиндустриальньй период 
своего развития, которьй может быть назван информационным. 

Поскольку для дальнейшего поступательного развития современного общества первостепенную роль играет информационное обеспечение всех сфер его жизнедеятельности, то производство, переработка и использование информации становится важнейшей отраслью 
народного хозяйства, которая получила название информационной 
индустрии, производственные процессы в которой должны быть организованы на принципах поточного производства. При рассмотрении вопросов функционирования и применения информационных 
систем (ПС) исходят, прежде всего, из того, что информация является одним из ресурсов организации и играет важную роль в процессе 
управления производством. 

Под информационным обеспечением деятельности понимается 
предоставление каждому ее участнику всей необходимой информации с соблюдением требований своевременности, актуальности, релевантности и толерантности. 

4 

1. ОБЩАЯ СХЕМА И СОДЕРЖАНИЕ 

ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 
РАЗЛИЧНЫХ СФЕР ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 

Основные концепции информатизации могут быть сформулированы следующим образом. 

1. Сущность информатизации. 
2. Конечные результаты информатизации. 
3. Пути, средства и методы достижения основных результатов 
информатизации. 

Сущность информатизации, можно сказать, заключается в формировании такой информационной среды, в которой имелись бы все 
объективные предпосылки, необходимые для наиболее рационального информационного обеспечения деятельности. 

Существование такой информационной среды позволит все информационные процессы, необходимые для информационного обеспечения 
деятельности, 
осуществлять 
на 
принципах 
поточноиндустриального производства. Следовательно, основной целью информатизации является создание подобной информационной среды. 

Создание объективных предпосылок, необходимых для формирования информационной индустрии, составляет основное содержание 
информатизации современного общества, а информатика должна 
служить научно-методологическим базисом этого процесса. 

Под информационным обеспечением деятельности (ИОД) предприятия, организации или учреждения понимается создание, организация и обеспечение функционирования такой системы сбора, хранения, обработки и выдачи информации, которая обеспечивала бы предоставление всем подразделениям и должностным лицам организации всей необходимой им информации в требуемое время, требуемого качества и при соблюдении всех устанавливаемых правил обращения с информацией. 

Система ИОД включает в себя в качестве основных подсистем 
прежде всего подсистемы, реализующие следующие процедуры. 

1. Формирование и совершенствование информационного кадастра. 

2. Организация и обеспечение функционирования информационной технологии. 

3. Управление входными потоками информации. 

5 

Уместно привести некоторые элементы информационного обеспечения, полученные в последнее время в рамках информатики, которые позволяют создать предпосылки к реализации информационного обеспечения деятельности на принципах поточно-индустриального производства. 

1. Системная классификация информации. 
2. Унификация структуры информационного потока. 
3. Унификация процедур (задач) обработки информации. 
4. Систематизация методов обработки информации. 
5. Унификация информационной технологии. 
6. Формирование концепции управления процессами обработки 
информации по унифицированной технологии. 

Следует отметить, что рассмотренные элементы информационного обеспечения должны быть отражением естественнонаучных 
подходов. 

Процедура системной классификации информации заключается в 
выборе критериев деления ее на классы и обосновании классификационной структуры по выбранным критериям. Под системной понимается такая классификация информации, которая удовлетворяет 
требованиям всего комплекса задач, реализуемых в системе. 

В этом случае информация рассматривается под углом зрения задач 
и проблем информатизации, т.е. с одной стороны, как информационный ресурс общества, необходимый для информационного обеспечения общественной деятельности и повседневной жизни людей, а с 
другой стороны - как специфическое сырье, подлежащее добыванию и 
переработке по определенным технологиям. В первом случае главным 
критерием должно быть удобство использования информации в процессе решения практических задач, во втором - удобство обработки и 
хранения информации с использованием современных методов и 
средств. По поскольку информация одновременно является и информационным ресурсом и сырьем для обработки, то указанные два критерия целесообразно рассматривать как единый критерий с тем, чтобы 
единой была и классификационная структура. Наиболее целесообразным представляется классифицировать информацию, исходя из потребности ее функционального использования, а методы и средства 
обработки рассматривать как ограничения, возможные при решении 
поставленной задачи. Вообще говоря, развитие средств вычислительной техники, а также способов и методов ее использования для обработки информации шло именно таким путем. 

6 

с точки зрения первичной классификации информации можно 
сказать, что всю информацию целесообразно разделить на два вида: 
1 - сведения об источниках, где могут быть необходимые данные 
(факты); 2 - собственно данные (факты), пригодные для непосредственного использования. Первый вид информации принято называть 
документальным, а второй - фактографическим. 

Дальнейшую классификацию документальной информации удобно проводить, исходя из ее содержания, объема и способа оформления, а также установившейся практики ее использования. Для подавляющего большинства организаций наиболее массовой и обязательной для обработки разновидностью документальной информации 
является корреспонденция, которая, как известно, делится на входящую и исходящую. Вторую важную разновидность документальной 
информации составляет техническая документация различного назначения. Кроме того, в процессе деятельности практически каждого 
предприятия используется документальная информация общего назначения (газеты, журналы, книги и т.п.), которую обобщенно можно 
назвать прочей документацией. 

Фактографическую информацию наиболее целесообразно классифицировать по той срочности, с которой она должна обрабатываться 
в соответствии с функциональным назначением организации. Практика показывает, что в этом отношении всю фактографическую информацию удобно разделить на быстроменяющуюся (оперативную), 
медленноменяющуюся 
и постоянную 
(нормативно-справочную). 
Часто фактографическую информацию рассматривают как исходную 
(неполную, непроверенную, непроанализированную) и регламентную, прошедшую все виды предварительной обработки и принятую в 
качестве официальной. 

Целесообразно рассмотреть информационный поток и определить 
его как движение в некоторой среде данных, представленных в 
структурированном виде. Отсюда следует, что для формирования 
структуры информационного потока необходимо, во-первых, сформировать ту среду, в которой должны двигаться (циркулировать) 
данные (или в более общем толковании - информация), а во-вторых, 
структурировать собственно ту информацию, которая должна циркулировать. 

Основными процессами, обеспечивающими циркуляцию информационных потоков, являются следующие. 

7 

1. Генерирование (возникновение) информации. 
2. Передача информации. 
3. Прием информации. 
4. Накопление и хранение информации. 
5. Поиск информации. 
6. Выдача информации. 
Необходимо отметить, что существующая в настоящее время 
практика сбора, хранения, переработки и распространения информации далеко не полностью удовлетворяет современным требованиям. В связи с этим основными задачами, решаемыми при разработке информационного обеспечения, являются: унификация процедур обработки информации и систематизация методов обработки информации. 

Реализация перечисленных выше процессов предполагает осуществление над информацией некоторых процедур, или в более понятной терминологии - решение некоторых задач обработки информации. 

Задачами обработки информации являются: 
1 - определение структуры информационного потока (содержание); 
2 - преобразование исходной структуры (найти выход, или иначе, 
найти определенное решение) в соответствии с требуемым правилом, 
которое должно соответствовать конкретной цели и заключаться в 
осуществлении некоторых операций над имеющейся (в том числе и 
получаемой в процессе решения задачи) информацией. 

Обычно методами обработки информации являются чисто математические методы, которые могут быть формализованы в виде математических зависимостей и решение может быть получено с использованием средств вычислительной техники. К настоящему времени стал совершенно очевидным и получил всеобщее признание тот 
факт, что наиболее эффективна человеко-машинная технология обработки информации, причем эта технология может осуществляться 
в следующих двух режимах. 

1. Человек и ЭВМ обрабатывают информацию независимо, а затем результаты объединяются. 

2. Человек использует средства вычислительной техники в самом 
процессе обработки информации, в результате чего формируется 
единый результат обработки. 

Нетрудно заметить, что второй режим является более общим. Отсюда следует, что классификация и анализ методов обработки ин
8 

формации должны осуществляться с позиций человеко-машинной 
технологии обработки, причем с учетом обоих режимов. 

Следовательно, можно сказать, что предпосылки, необходимые 
для построения информационной технологии, должны удовлетворять 
совокупности следующих условий. 

1. Обеспечение обработки всех видов информации на всех этапах 
циркуляции информационных потоков. 

2. Унификация в широком спектре практических приложений. 
3. Осуществление всех процедур обработки информации на регулярной основе (по определенным алгоритмам). 

4. Полная структуризация на концептуальном, макро- и микроуровнях. 

5. Достижение высокой эффективности обработки информации 
по всей совокупности существенно значимых показателей. 

Разумеется, в современных условиях указанная технология будет 
эффективной лишь при комплексном применении электронной вычислительной техники. Иными словами, эта технология должна быть 
автоматизированной, т.е. такой технологией, в которой равноправными признаются процедуры, осуществляемые как человеком самостоятельно, так и машиной, а также в комбинированном человекомашинном режиме. 

Исходя из сказанного, такую технологию принято называть унифицированной технологией автоматизированной обработки информации (УТАОИ). Ниже приведены общепринятые положения, характеризующие структуру и содержание унифицированной технологии 
автоматизированной обработки информации. 

1. Прием входных потоков информации. 
2. Обработка быстроменяющейся информации в реальном масштабе времени. 

3. Формирование текущих массивов входной информации. 
4. Базовая обработка входных потоков информации. 
5. Формирование и обработка массивов исходных данных. 
6. Аналитико-синтетическая обработка информации. 
7. Внесение регламентных данных в информационных кадастр. 
8. Функциональная обработка регламентных данных. 
9. Формирование и выдача выходных потоков информации. 

9 

2. ОСОБЕННОСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО 

ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 

Как было сказано ранее, информационные процессы в различных 
сферах деятельности должны быть целенаправленно подготовлены к 
переводу их на поточно-индустриальные методы осуществления. 
Например, применительно к сфере управления это означает разработку полностью структурированной технологии управления, для 
чего, в свою очередь, должна быть разработана так называемая конструктивная теория управления. Необходимо заметить, что отсутствие конструктивной теории управления стало одной из основных 
причин весьма низкой эффективности многотысячного парка АСУ, 
который был создан у нас в стране в 60-70 годы. 

В свою очередь, созданные в это же время автоматизированные 
системы управления технологическими процессами (АСУ ТН) оказались достаточно эффективными, прежде всего в силу хорошей структурированности технологии управления технологическими процессами. Структурированные таким образом информационные потребности общества и являются одной из основных предпосылок для разработки необходимого арсенала методов и средств информатизации. 
На этой основе и должна разрабатываться концепция индустриализации переработки информации и необходимые для этого информационные технологии. 

С развитием информационной техники в конце 80-х гг. стало возможным создание проекта по централизованному переоснащению 
двадцати крупнейших металлургических заводов СССР однотипными средствами поддержки современных информационных технологий. Среди методов и средств в этом проекте использовались аппаратура, программное обеспечение (НО), системы управления базами 
данных (СУБД), средства разработки. 

Однако на уровне прикладных систем, ввиду отсутствия единого 
информационного обеспечения, не удалось унифицировать НО, используемое на разных предприятиях. Тем не менее, для общесистемных средств и средств разработки унификация позволила значительно уменьшить трудозатраты на проектирование и внедрение систем 
на отдельных предприятиях. Внедрение новой системы учета про
10 

дукции «поставщик - потребитель» облегчило переход ряда предприятий к условиям рыночных отношений. Следует отметить, что в 
рамках проекта в основном решались вопросы, характерные для автоматизированного управления производством. 

Опыт использования этого проекта показал, что при внедрении 
инфраструктуры «единого информационного пространства» с однократным вводом и многократным использованием данных реорганизация без внедрения современных информационных технологий 
практически невозможна или неэффективна. 

Необходимо отметить, что создание систем автоматизированного 
управления производством (АСУП) в основном позволяет снизить 
так называемые «непроизводственные издержки» и к технологии 
производства имеет лишь косвенное отношение. Повышение эффективности технологического процесса возможно лишь при тщательном изучении основных закономерностей его протекания и анализе 
работы технологического оборудования, с помощью которого этот 
процесс реализуется. 

АСУ ТП в комплексе с АСУП образуют иерархическую систему. 
Между АСУ ТП и АСУП существует тесная связь в функциональном, информационном и техническом плане, поскольку изолированная АСУ ТП не позволяет в полной мере извлечь выгоды из 
автоматизации технологических процессов. 

Анализ основных функций АСУП и АСУ ТП показывает, что значительная часть информации (до 70 %) является общей как для задач 
АСУ ТП, так и для задач АСУП. 

Для успешного функционирования АСУ ТП необходимы комплекс технических средств, общесистемная техническая документация, информационное и программное обеспечение. 

Автоматизированное технологическое оборудование в совокупности со всеми техническими и другими средствами, непосредственно 
обеспечивающими осуществление технологического процесса, и сам 
технологический процесс являются технологическими объектами 
управления. 

Стремительное совершенствование технологии производства 
интегральных полупроводниковых компонентов, обеспечивших 
возможность создания высокоэффективных цифровых устройств 
обработки и хранения информации, а также появление эффективных средств программирования оказывают все более существен
11 

ное влияние не только на развитие техники измерений и управления, но и на подход к автоматизации вообще. Первые попытки 
применения цифровых устройств для автоматизации процессов 
относятся к началу 60-х гг., когда были разработаны первые 
управляющие вычислительные машины. В 70-х гг. ЭВМ, непосредственно связанная с объектом в составе замкнутого или разомкнутого контура управления, стала обычным элементом оборудования автоматизированных систем. В последнее время ежегодный прирост числа ЭВМ, используемых в подобных системах, 
составлял от 20 до 30 %. При этом обнаружилась тенденция к 
снижению стоимости аппаратуры и увеличению относительных 
затрат на прикладное программное обеспечение. 

Для начального этапа внедрения цифровых систем управления 
в сферу автоматизации производственных процессов было характерно стремление к максимальной централизации задач, решаемых 
на одной и лишь в отдельных случаях на нескольких управляющих ЭВМ. Однако такой подход далеко не всегда позволял реализовать все преимущества цифровой обработки сигналов и получить ощутимый экономический эффект от использования цифровой техники. Последнее обстоятельство в значительной степени 
объясняется тем, что для обеспечения надежного функционирования систем при отказах центральной ЭВМ параллельно с ней приходилось ставить вспомогательные цифровые или аналоговые вычислители. 

Положение изменилось после того, как в 1971 г. был начат серийный выпуск микропроцессоров. Па базе этих новых элементов, а также модулей ввода/вывода и полупроводниковых запоминающих устройств на больших интегральных схемах были созданы управляющие 
микро-ЭВМ, обладающие высокими экономическими характеристиками. От более мощных универсальных машин такие ЭВМ отличает 
простота адаптации их аппаратурного и программного обеспечения к 
решению специальных, достаточно узких прикладных задач. В то же 
время следует отметить, что пока микропроцессоры, как правило, уступают большим ЭВМ в разрядности и быстродействии. Они имеют 
менее обширные системы команд и оснащаются несложными операционными системами. Постоянное расширение сферы применения 
микропроцессоров обусловливает быстрый рост объема их выпуска и, 
соответственно, снижение стоимости производства. 

12 

На основе управляющих микро-ЭВМ в настоящее время строятся децентрализованные автоматизированные системы. Задачи, которые до сих пор возлагались на одну центральную ЭВМ, теперь 
распределяются по нескольким специализированным микровычислителям. Последние обмениваются информацией через общие шины или закольцованные линии связи, которые в свою очередь подключаются к более мощным управляющим ЭВМ. Таким образом 
могут формироваться разнообразные многоуровневые системы, 
структуры которых выбираются, исходя из особенностей объектов 
управления. Децентрализация позволяет снизить требования к быстродействию отдельных вычислителей, рассредоточить и упростить прикладное программное обеспечение, повысить его стойкость к отказам и тем самым устранить основные недостатки, свойственные системам с центральными ЭВМ. Кроме того, децентрализованные системы можно вводить в эксплуатацию по частям; в них 
могут использоваться общие резервные блоки (отсюда - еще более 
высокая надежность работы вычислительных систем), они обеспечивают некоторую экономию соединительных линий и т.д. Итак, 
можно констатировать, что текущий этап развития методов цифровой обработки сигналов характеризуется переходом к децентрализованным системам. 

Однако сфера применения микро-ЭВМ не ограничивается только децентрализованными автоматизированными системами. Они 
все более широко используются в качестве автономных вычислителей в различных измерительных и управляющих устройствах. 
Начиная с 1975 г. в промышленность стали поступать цифровые 
регуляторы и программируемые системы управления. Один цифровой регулятор, как правило, может выполнять функции нескольких аналоговых. Обычно на его входе ставится аналогоцифровой преобразователь, поскольку пока в основном применяются датчики, усилители и линии связи аналогового типа. Для того чтобы регулятор мог приводить в действие исполнительные 
устройства с аналоговым входом, он снабжается выходным цифро-аналоговым преобразователем. Вероятно, в будущем будет освоен выпуск «оцифрованных» датчиков и исполнительных устройств. Это позволит не только обойтись без аналого-цифровых и 
цифро-аналоговых преобразователей, но и устранить ряд источников помех, возникающих при их использовании, а также даст воз
13 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину