книги / Проектирование систем управления технологическими процессами и производствами
..pdfМинистерство образования и науки РФ
Пермский государственный технический университет
Трусов А. В., Петроченков А. Б.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИ
Учебное пособие
Пермь 2006
УДК 681.518.001
Т 789
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом
Пермского государственного технического университега
Рецензенты
зав. кафедрой информационных технологий и автоматизированных систем Пермского государственного технического университета,
доктор экономических наук, профессор
Р.А. Файзрахманов
генеральный директор научно-исследовательского института управляющих машин и систем, доктор экономических наук, профессор
Н.И. Артемов
Трусов А.В., Петроченков А.Б.
Т 789 Проектирование систем управления технологическими процессами и производствами. Учебное пособие. -Пермь: Пермский ЦНТИ, 2006. - 312 с.: ил.
ISBN 5-93978-048-2
Содержит основные сведения по общесистемным вопросам проектирования систем управления технологическими процессами и производствами. Затронуты вопросы организационного, технического и программного обеспечения всех стадий и этапов проектирования систем управления. Особое внимание уделено вопросам постановки задач, структурному анализу и структурному проекти рованию систем управления.
Для студентов специальностей 210200 (220301) “Автоматизация технологи ческих процессов и производств”, 211000 (220305) “Автоматизированное управ ление жизненным циклом продукции”, 180400 (140604) “Электропривод и автома тика промышленных установок итехнологических комплексов” и специалистов,
занимающихся автоматизацией производственных и технологических процессов.
УДК 681.518.001
ISBN 5-93978-048-2
© А.В. Трусов, 2006 © А.Б. Петроченков, 2006
© Пермский государственный технический университет, 2006
|
Содержание |
Предисловие |
................................................................................. 7 |
Введение......................................................................................... |
8 |
1.Проектирование систем управления. Понятия и струк
тура проекта............................................................................ |
10 |
1.1.Введение в проектирование систем управления. Ос новные понятия проектирования систем управления
технологических процессов и производств.................... |
10 |
1.2. Роль конструкторской документации в проектирова |
|
нии автоматизированных систем........................ |
16 |
1.3. Роль единой системы программной документации в |
|
проектировании автоматизированных систем |
20 |
2. Проектная документация................................................... |
25 |
2.1. Комплекс стандартов и руководящих документов на |
|
автоматизированные системы . . . . |
25 |
2.2. Требования к содержанию документов по общесистем |
|
ным решениям.................................................................. |
26 |
2.3. Требования к содержанию документов с решениями по |
|
организационному обеспечению .. |
34 |
2.4. Требования к содержанию документов с решениями по |
|
техническому обеспечению . . . . |
38 |
2.5. Требования к содержанию документов с решениями |
|
по информационному обеспечению |
42 |
2.6. Требования к содержанию документов с решениями |
|
по программному обеспечению . |
45 |
2.7. Требования к содержанию документов с решениями |
|
по математическому обеспечению............ |
46 |
3.Разработка технического задания на проектирование
систем управления технологических процессов и про |
|
изводств.................................................................................... |
48 |
3.1. Системный подход в проектирование автоматизиро |
|
ванных систем .. |
48 |
3.2. Постановка задачи на проектирование системы |
52 |
3.3. Анализ реализуемости решений при разработке систем |
|
управления .. |
55 |
4. Разработка эскизного проекта систем управления тех |
|
нологическими процессами и производствами............... |
60 |
4.1. Организация процесса проектирования автоматизиро |
|
ванных систем---- |
62 |
4.2.Формирование первоначальных планов проектирова ния автоматизированных систем. Обследование суще
ствующей системы, анализ предметной области.......... |
67 |
4.3. Определение требований к системам управления........ |
73 |
4.4. Анализ информационных потоков производства. Ана |
|
лиз данных объекта автоматизации............................. |
76 |
4.5. Структурное проектирование................ |
82 |
4.6. Исследование стоимости разработки систем управле |
|
ния технологическими процессами и производ |
|
ствами .. |
88 |
4.7. Составление плана проектирования систем. Подготов |
|
ка спецификации........................... |
92 |
5.Принципы и особенности проектирования комплекса
технических средств автоматизированных систем . |
95 |
5.1. Модель проектирования комплекса технических |
|
средств. |
97 |
5.2. Требования к проектированию комплекса технических |
|
средств.......... |
112 |
6.Проектирование программного обеспечения систем
управления технологическими процессами и производ |
|
ствами ..................................................................................... |
118 |
6.1. Типовые логические структуры проектирования про |
|
граммного обеспечения.. |
119 |
6.2. Программирование интегрированных распределенных |
|
приложений.. |
126 |
6.3. Модель жизненного цикла разработки программного |
|
обеспечения...................................................................... |
129 |
6.4. Мифологическая модель разработки структуры баз |
|
данных.. |
132 |
6.5. Классификация архитектур проектирования про |
|
граммного обеспечения....................... |
135 |
6.6. Требования к разработке хранилищ данных . |
147 |
6.7. Технология программирования OLAP для поддержки |
|
принятия решений в системах управления |
150 |
6. 7.1 Способы аналитической обработки данных в |
|
системах поддержки и принятия решений.................... |
150 |
6.7.2 Современные подходы и имеющиеся решения |
|
для хранилищ данных.................. |
156 |
6.8. Стратегия тестирования программного обеспечения .. |
159 |
7.Проектирование автоматизированных систем управ
ления технологическими процессами................................ |
163 |
7.1. Основные понятия автоматизированных систем |
|
управления технологическими процессами................ |
163 |
7.2. Классификация промышленных технологических |
|
объектов управления.......... |
165 |
7.3. Проектирование автоматизированных систем управ |
|
ления технологическими процессами.......................... |
168 |
7.4. Определение надежности автоматизированных систем |
|
управления технологическими процессами.......... |
169 |
7.5. Аппаратные средства автоматизированных систем |
|
управления технологическими процессами................ |
181 |
7.5.1. Датчики неэлектрических величин . |
181 |
7.5.2. Средства измерения температуры......................... |
188 |
7.5.3. Средства измерения давления................................ |
191 |
7.5.4. Средства измерения расхода. |
202 |
7.6. Использование FieldBus - технологий при проектиро |
|
вании АСУТП.................................................... |
209 |
7.6.1. Технология «Шина P-NET |
213 |
7.6.2. Технология «LonWorks» . |
223 |
7.7. Пример проектирования автоматизированной систе |
|
мы управления технологическим процессом................ |
227 |
8.Проектирование автоматизированных систем управле
ния производством.................................................................. |
233 |
8.1. Методология управления производством . |
233 |
8.2. Проектирование автоматизированных систем управ |
|
ления производством........................................ |
237 |
8.3. Сравнение отечественных и западных систем управле |
|
|
ния производством.......... |
251 |
|
8.4. Выбор АСУП стандарта MRPII/ERP |
251 |
|
8.5. Пример проектирования автоматизированной системы |
|
|
управления производством............................................ |
259 |
|
9. Автоматизация процессов проектирования систем |
|
|
управления........................................................................... |
169 |
|
9.1. |
Использование CASE-технологий............................ |
269 |
9.2. |
Проектирование с использование SCADA-техно |
|
логий |
273 |
|
92.1. |
Методы повышения надежности АСУТП с использо |
|
ванием SCADA-систем.................................................... |
279 |
|
9.3. |
Применение методологии CALS прилроектировании |
|
систем........................................................................... |
286 |
|
10. Планирование тестовых испытаний систем управления |
||
технологических процессов и производств....................... |
297 |
|
10.1. |
Анализ данных тестовых испытаний .. |
299 |
102. Процедуры тестовых испытаний............................... |
299 |
|
10.3. Организация хранения тестовых данных испыт- |
|
|
|
ний............................................................................... |
307 |
10.4. Подготовка документации по вводу систем управле |
|
|
|
ния в эксплуатацию.................................................... |
307 |
Заключение................................................................................... |
308 |
|
Литература................................................................................... |
310 |
|
Предисловие
Настоящие учебное пособие является результатом переработки курса лекций, читаемых студентам специальности “Автоматизация технологи ческих процессов и производств” Пермского государственного техничес кого университета.
Серьезное влияние на содержание и общую структуру учебного пособия оказали требования государственных стандартов Российской Федерации на проектирование автоматизированных систем, что в насто ящий момент является весьма актуальным, так как бурное развитие вычислительной техники и ее доступность привели к утрате культуры проектирования.
Воснове учебного пособия лежат сведения по методологии, методам
исредствам проектирования, совершенствования и эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами
ипроизводством. Приведены практические приемы, методы и средства проектирования систем управления на основе использования современных информационных технологий (ИТ).
Проектирование систем управления и технологических процессов и производств базируется на знании математических и общих естест веннонаучных дисциплин: введение в информатику, ЭВМ и программное обеспечение, технические средства информатизации, информационные системы, теории автоматического управления и целый ряд других.
Для лучшего освоения и понимания всех этапов проектирования приводится большое количество алгоритмов, структурных схем и таблиц.
Воснове проектирования лежат структурные методы построения автоматизированных систем управления на всех уровнях, начиная с систем управления технологическими процессами и завершая социальноэкономическим уровнем управления производством в целом.
Все это позволяет надеяться на то, что данное учебное пособие будет полезно студентам для изучения основ проектирования систем управ ления, приобретения системных знаний в оценке и исследовании предметной области.
Для желающих углубить свои знания в конце учебного пособия при веден список дополнительной литературы.
Введение
Переход экономики к рыночным отношениям и усиление конку ренции на рынке поставили перед предприятиями принципиально новые, несвойственные прежним плановым методам ведения хозяй ства, задачи. Главными из них стали повышение эффективности производства и, как следствие, дальнейшее усиление позиций пред приятия в своем секторе рынка.
Для любого предприятия или организации возможность достиже ния этих целей в первую очередь определяется эффективностью существующей системы управления производством. Скоордини рованное взаимодействие между всеми подразделениями, оператив ная обработка и анализ получаемых данных, долговременное плани рование и прогнозирование состояния рынка - вот далеко не полный перечень задач, которые позволяют решить задачу разработки и вне дрения современной автоматизированной системы.
Построение систем управления технологическими процессами и производствами во многом зависит от эффективности использова ния методов и средств информатики, материализующихся в виде авто матизированных систем управления (АСУ). Необходимо хорошо ори ентироваться в современных информационных технологиях, пред назначенных для применения в разных областях человеческой дея тельности. Это предопределяет актуальность и важность проектиро вания, эксплуатации и модернизации автоматизированных систем управления производством (АСУП) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).
Умения и навыки системного подхода к проектированию систем управления (СУ), методики реализации с учетом специфики системы, выбор различных инструментальных средств и работа с ними, раз работка комплекта проектной документации, методики оценки качества функционирования разработанной системы управления как семантической системы приобретают на современном этапе все бо лее актуальное значение.
Основной целью проектирования систем управления техноло гическими процессами и производствами является организация взаимодействия источника информации и потребителя информации на основе использования современных информационных технологий
и комплекса знаний по теоретическим и прикладным основам проек тирования и использования автоматизированных систем, вклю чающих:
1)основные понятия проектирования СУ;
2)основные концепции и обзоры методов разработки:
-стратегия разработки;
-методы разработки;
-применение структурных методов.
3)анализ реализуемости разработки СУ;
4)проведение структурного анализа:
-данных и процессов;
-ключевых факторов эффективности СУ;
5)структурное проектирование СУ:
-анализ структуры данных;
-спецификация логики обработки данных
6)проектирование комплекса технических средств СУ;
7)проектирование программного обеспечения СУ;
8)проектирование АСУ ТП;
9)проектирование АСУП;
10)автоматизацию процесса проектирования СУ:
-СЛЯЯ-технологии;
-5С4£М-технологий;
-С415-технологий;
11)тестовые комплексные испытания СУ.
1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ. ПОНЯТИЯ И СТРУКТУРА ПРОЕКТА
1.1. Введение в проектирование систем управления. Основные понятия проектирования систем управления технологическими процессами и производствами
1. Управление - это функция организованных систем (биологи ческих, технических, социальных), обеспечивающая сохранение их структуры, поддержание режима деятельности, реализацию ее программы и цели.
При проектировании систем управления следует помнить, что в производственных процессах важную роль играют как социальные, так и технические стороны.
Социальное управление - это целенаправленное воздействие на общество (коллектив) для упорядочения, сохранения, совершенство вания и развития его определенной качественной специфики. Оно обусловлено системной природой общества, общественным харак тером труда, необходимостью общения людей в их жизне деятельности.
Управление технологическими процессами предусматривает активное познание закономерностей их развития и разработку соответствующей целенаправленной программы деятельности.
Управление как система предполагает наличие подсистем:
-организации отношений ее элементов;
-режима ее функционирования в виде совокупности опреде ленных механизмов, действующих под определенным контролем сообразно определенным нормам;
-развития по известной программе в направлении к какой-то
цели.
Косновным этапам процесса управления относятся:
-сбор и обработка информации;
-анализ информации, диагноз и прогноз, систематизация и установление на этой основе цели (целеполагание);
-выработка решения, направленного на достижение цели;
-последовательная конкретизация общего решения в виде планирования, выработки конкретных управленческих решений;
-организация деятельности для выполнения решения;