Стерлитамакский филиал Академии наук республики Башкортостан

Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

в г. Стерлитамаке

Муравьёва Е.А.

«Интегрированные системы проектирования и управления»

Учебное пособие

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» направления подготовки «Автоматизированные технологии и производства»

Издание 3-е, переработанное и дополненное

Уфа 2011

УДК 004.9(07)

ББК 32.97я7

М91

Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ

в качестве учебного пособия

Рецензенты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой технической кибернетики Уфимского государственного авиационного технического университета,

д-р техн. наук, профессор Б.Г. Ильясов

Проректор по научной работе Стерлитамакской государственной педагогической академии,

д-р техн. наук, профессор А.Л. Галиев

Муравьева Е.А.

М91   Интегрированные системы проектирования и управления: учеб. пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. – 354 с.

ISBN 978-5-7831-0781-8

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» со специализацией «Компьютерные системы управления в производстве и бизнесе», изучающих дисциплину «Интегрированные системы проектирования и управления». Рекомендуется в качестве основной литературы по указанному предмету.

ISBN 978-5-7831-0781-8

 Уфимский государственный нефтяной

технический университет, 2011

 Муравьева Е.А., 2011

Оглавление

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 7

ВВЕДЕНИЕ 13

Глава 1. Основные понятия интегрированной системы 14

1.1 УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ 14

1.1.1 Определение интегрированной системы проектирования и управления 15

1.1.2 Принципы построения современных интегрированных систем 16

Глава 2. Функции и структуры интегрированных систем 20

2.1 ТРЕБОВАНИЯ К ИНТЕГРИРОВАННЫМ СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ 20

2.1.1 Эксплуатационные характеристики SCADA-систем 20

2.1.2 Жесткое реальное время для Windows NT 28

2.1.3 Интеграция многоуровневых систем автоматизации 28

2.1.4 Сравнительный анализ и тестирование SCADA-систем 29

2.1.5 Выводы 32

2.2 ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 33

2.2.1 Этапы создания системы диспетчерского контроля и управления 33

2.2.2 Функциональные характеристики SCADA-систем 35

2.2.3 Функциональные возможности 35

2.2.4 Программно-аппаратные платформы SCADA-систем 36

2.2.5 Средства сетевой поддержки 37

2.2.6 Встроенные командные языки 38

2.2.7 Поддерживаемые базы данных 39

2.2.8 Графические возможности 39

2.2.9 Тренды и архивы в SCADA-системах 40

2.2.10 Алармы и события в SCADA-системах 41

Глава 3. Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством 45

3.1 СТАНДАРТЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ: MRP, MRP II, ERP, CSRP 45

3.1.1 Material Requirements Planning 46

3.1.2 Material Requirements Planning II 49

3.1.3 Enterprise Resourse Planning 52

3.1.4 Customer-Synchronized Recourse Planning 52

3.2 СЕМЕЙСТВО СТАНДАРТОВ НА СИСТЕМЫ КАЧЕСТВА 54

3.2.1 ISO-9000: кому это нужно? 54

3.2.2 Тезисное выражение требований ISO-9000 56

3.2.3 Общие положения 57

3.2.4 Проблемы внедрения и развития систем качества 58

3.3 МОДУЛИ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА: MES, EAM, HRM 60

3.3.1 MES – система управления производством 60

3.3.2 EAM – управление основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами 67

3.3.3 HRM – управление персоналом и работами 71

Глава 4. Математическое, методическое и организационное обеспечение, программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления 73

4.1 НИЖНИЙ УРОВЕНЬ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 73

4.1.1 Классификация устройств нижнего уровня 73

4.1.2 Концевой выключатель 75

4.1.3 Интеллектуальный датчик 79

4.1.4 Устройства HART-коммуникации 85

4.1.5 Бесконтактный датчик 88

4.1.6 Исполнительные устройства 92

4.2 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТРОЛЛЕРОВ И ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ 98

4.2.1 Характеристика процессора 99

4.2.2 Характеристика каналов ввода-вывода контроллеров 101

4.2.3 Коммуникационные возможности контроллеров 104

4.2.4 Эксплуатационные характеристики 105

4.2.5 Программное обеспечение 106

4.3 СТАНДАРТНЫЕ ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ КОНТРОЛЛЕРОВ 107

4.3.1 Общие сведения по языкам программирования контроллеров 107

4.3.2 Инструментальные системы программирования контроллеров 111

4.3.3 Этапы программирования ПЛК в среде Unity Pro XL v.4.0 112

4.3.4 Примеры программы на языках FBD, LD, SFC, ST, IL 116

4.4 КОНТРОЛЛЕР MODICON M340 119

4.4.1 Общие сведения 119

4.4.2 Процессорные модули 120

4.4.3 Модули питания 122

4.4.4 Модули дискретного ввода/вывода 123

4.4.5 Модули аналогового ввода/вывода 126

4.4.6 Счетные модули 130

4.4.7 Модули управления перемещением 133

4.4.8 Сеть Ethernet Modbus/TCP 134

4.4.9 Сетевые модули Ethernet Modbus/TCP 135

4.5 ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ALTIVAR 31H 136

4.6 ПРОТОКОЛЫ, СЕТИ И ШИНЫ 141

4.7 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 153

4.7.1 Основные понятия 153

4.7.2 Требования, предъявляемые к операционным системам реального времени при проектировании 156

4.7.3 Особенности операционных систем реального времени 157

4.7.4 Прерывания 160

4.7.5 Часы и таймеры 160

4.7.6 Стандарты ОСРВ 161

4.7.7 Настраиваемость операционных систем 165

4.8 ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 165

4.8.1 QNX 166

4.8.2 VxWorks/Tornado 167

4.8.3 Linux 169

4.8.4 RT-Linux 171

4.8.5 RTEMS 172

4.8.6 Расширения реального времени для Windows NT 177

4.8.7 RTX для Windows NT 177

4.8.8 INtime 179

4.8.9 Microsoft Windows Embedded 180

4.8.10 LynxOS 181

4.9 БАЗЫ ДАННЫХ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ 182

4.9.1 Введение 182

4.9.2 Поддержка целостности в классических СУБД 183

4.9.3 Протоколы управления транзакциями в СУБД реального времени 185

4.9.4 Системы с устаревшими данными 189

4.9.5 Корректность транзакций 190

4.9.6 Выбор периода для сенсорных транзакций 191

4.9.7 Выбор версии непрерывного объекта 192

4.9.8 Как бороться с перегрузкой системы из-за обилия сенсорных транзакций? 192

4.9.9 Когда обновлять выводимые объекты? 193

4.9.10 Как понизить количество анормальных завершений? 193

4.9.11 Диспетчеризация транзакций 194

4.9.12 Оптимизация под конкретную систему 195

4.9.13 Использование сложных моделей транзакций 196

4.9.14 Атрибуты транзакции 197

4.9.15 Приоритет «непосредственной» транзакции 198

4.9.16 Приоритет «отложенной» транзакции 199

4.9.17 Заключение 200

4.10 СЕРВЕРЫ 201

Введение 201

4.10.1 Виды серверов 201

4.10.2 Особенности современных серверов 206

4.10.3 Особенности архитектуры 208

4.10.4 Серверы ведущих мировых производителей 210

4.10.5 Серверы российского производства 211

4.10.6 Проекты с участием серверов 212