Разработка фрагмента информационной системы управления

На данном уровне пользователями АСОДУ-MES цеха являются начальник смены, начальник цеха и технические специалисты цеха (технорук, энергетик, механик и заместитель начальника ЦЦРиТО по КИПиА). ИАСУ цехов связываются в единую сеть предприятия, по которой пользователи ИАСУ цехов имеют доступ к АСОДУ-MES. Данный уровень должен сохранять работоспособность при частичном отказе или выходе из строя одного из каналов КЛВС.

Level 4 — Уровень  отделов и дирекций предприятия.

На этом уровне в АСОДУ-MES работают сервера данных и приложений (обеспечивающих хранение исторических и текущих данных по производству) и сервера приложений (производящих обработку и анализ получаемых данных). На данном уровне пользователями системы являются технический директор, директор по производству, директор ТОиР, а так же отделы (ОГМ, ОГЭ, ОПАиМ и ПО) и диспетчерская служба предприятия.

 

1.4 Технико-экономическое  обоснование проекта

 

Целями разработки фрагмента информационной системы управления технологическим процессом производства метилацетата являются:

• улучшение качества управления процессом;
• ускорение реакции системы на изменение параметров процесса;
• повышение достоверности и актуальности данных;
• снижение роли человеческого фактора в процессе управления;
• создание комфортных условий для деятельности персонала.

В конечном итоге  система должна обеспечить увеличение количества и повышение качества выпускаемой продукции.

В качестве организационных  параметров проекта на подготовительном этапе предлагаются:

• централизованный принцип построения системы управления (децентрализованная система в рассматриваемом случае является экономически неэффективной, так как агрегаты компактно расположены на одном объекте);
• интеллектуальные датчики, позволяющие контролировать параметры процесса как по месту их установки, так и на пульте оператора (передача сигнал от интеллектуальных датчиков производится унифицированным токовым сигналом, что увеличивает достоверность получаемой информации);
• размещение комплекса технических средств информационной системы в отдельном помещении от основного оборудования (это исключит возможное влияние силового оборудования на вторичные средства обработки информации; для первичных измерительных приборов данное положение некритично, так как есть возможность установки барьеров безопасности).

В качестве организационных  параметров проекта на основном этапе  предлагаются:

• организация информационной базы данных в виде файлов на каждую единицу основного оборудования, которые содержат информацию обо всех контролируемых параметрах процесса синтеза аммиака в виде таблиц с параметрами с указанием даты и времени их регистрации;
• хранение и отображение информации о срабатывании сигнализации с указанием ее причины;
• архивное хранение информации на электронных носителях  в специально отведенном помещении;
• круглосуточный режим работы комплекса технических средств для обеспечения увеличения объемов производства (останов работы осуществляется для проведения капитальных и текущих ремонтов с использованием резервного оборудования).

В качестве организационных  параметров проекта на заключительном этапе предлагаются:

• использование в качестве основного управляющего элемента системы специализированной промышленной ЭВМ, обеспечивающей обработку, хранение, архивирование и передачу информации;
• связь управляющей ЭВМ и терминальных станций (которые могут быть расположены в любой точке предприятия) с помощью промышленной сети Ethernet или Profibus для предоставления доступа к информации о протекании процесса синтеза аммиака;
• получение и регистрация информации с минимально приемлемой периодичностью для обеспечения постоянного контроля процесса;
• связь пользователя и информационной системы посредством удобного интерфейса, включающего в себя оболочку программного продукта и технические средства связи;
• представление выходной информации об объектах в удобной для понимания и обработки форме (в виде временных графиков и таблиц).

 

1.5 Техническое  задание на проектирование

 

Проект «Разработка  фрагмента информационной системы  управления» разрабатывается студентом 5-го курса специальности 230201 – Информационные системы и технологии Филык А.В. по заказу НТИ (филиала) ГОУ ВПО «СевКавГТУ».

В качестве объекта  автоматизации выступает технологический  процесс абсорбции ацетилена на ОАО «Невинномысский Азот».

Созданная информационная система управления должна выполнять контроль и регулирование параметров технологического процесса:

• регистрация всех ошибочных состояний датчиков в базе данных;
• отображение информации о работе каждого агрегата;

К разрабатываемой  системе предъявляются следующие  требования:

• централизованные контроль, регистрация и управление;
• достоверность информации любой природы;
• наглядность отображения информации;
• архивирование данных и защита их от потери при помощи хранения на внешних носителях информации;
• безопасность эксплуатации.

При вводе системы  в эксплуатацию должны быть соблюдены следующие требования:

• приобретаемые элементы комплекса технических средств должны быть полностью совместимы по интерфейсам передачи данных, унифицированы по используемым системам кодирования, а также совместимы по физическим параметрам (размеры, разъемы, источники питания);
• элементы комплекса технических средств, подверженные влиянию электромагнитных волн, должны быть размещены в специальном помещении;
• обслуживающий персонал должен пройти курс обучения обслуживанию оборудования фирмой-поставщиком или ее представительством.

Техническое обслуживание и ремонт комплекса технических  средств производится заказчиком в  соответствии с инструкцией производителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Проектный  раздел

2.1 Проектирование  архитектуры системы

 

Фрагмент информационной системы реализуется в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора-технолога.

При проектировании функциональной архитектуры информационной системы (ИС) использован функциональный подход. Он предполагает выделение подсистем по характеру выполняемых ими функций. Предлагаемая архитектура ИС показана на рисунке 2.1.

Подсистема  получения первичной информации предназначена для считывания показаний с датчиков. Их характеристики подробно рассмотрены в разделе 1. Данную номенклатуру устройств изменять не планируется, поэтому данная подсистема в проекте не разрабатывается.

Подсистема  передачи первичной информации предназначена  для передачи показаний датчиков к АРМ оператора и управляющих сигналов от АРМ оператора к исполнительным устройствам. Средства передачи данных рассмотрены в разделе 1. Менять их не планируется, поэтому данная подсистема в проекте не разрабатывается.

Подсистемы  ввода, регистрации и обработки  информации реализуются программными средствами. База данных организуется на жестких дисках АРМ. Она ведется как архив и хранит значения параметров технологического процесса, данные пользователей и другую служебную информацию. База данных, где фиксируются значения технологических параметров при их изменениях. Предлагается отображать информацию на экране монитора в текстовой, графической и табличной формах. Информационные отчеты предлагается распечатывать на принтере.

 

 

Рисунок 2.1 —  Функциональная архитектура информационной системы

 

Подсистема  управления предназначена для преобразования управляющих сигналов, полученных от АРМ оператора в управляющие воздействия на исполнительные устройства. Эти устройства рассмотрены в разделе 1. Менять их не планируется, поэтому данная подсистема в проекте не разрабатывается

 

2.2 Технологическое  обеспечение проекта

 

Под технологическим процессом обработки информации понимается определенный комплекс операций, выполняемых в строго регламентированной последовательности с использованием определенных методов обработки и инструментальных средств, охватывающих все этапы обработки данных, начиная с регистрации первичных данных и заканчивая передачей результатной информации пользователю для выполнения функций управления.

Технологический процесс обработки информации –  это совокупность взаимосвязанных  ручных и машинных операций по обработке информации на всех этапах ее прохождения с целью получения результатов обработки в форме, удобной для восприятия.

Обработка первичной  информации осуществляется по схеме  представленной на рисунке 2.2.

 

Рисунок 2.2 –  Технология обработки информации

Самым нижним уровнем является уровень  датчиков и исполнительных механизмов, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. Их назначение заключается в получении информации о параметрах процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень, а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).

Средний уровень – уровень производственного  участка. Его функции:

• сбор информации, поступающей с нижнего уровня, ее обработка и хранение;
• выработка управляющих сигналов на основе анализа информации.

Верхний уровень  в системе занимает так называемый уровень управления. На этом уровне осуществляется контроль производства продукции. Процесс включает в себя сбор поступающих с производственных участков данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним ступеням.

В центре технологического процесса обработки информации находится база данных реального времени.

 

2.3 Информационное обеспечение проекта

 

Основная цель проектирования базы данных (БД) — это сокращение избыточности хранимых данных, а, следовательно, экономия объема используемой памяти, уменьшение затрат на многократные операции обновления избыточных копий и устранение возможности возникновения противоречий из-за хранения в разных местах сведений об одном и том же объекте.

Процесс проектирования информационных систем является достаточно сложной задачей. Он начинается с  построения структуры базы данных.

В базе данные хранятся в табличном виде. Таблица представляет собой двухмерный массив, состоящий из набора строк и столбцов. Каждая строка представляет собой единицу хранения информации — запись. Каждая запись содержит поля данных, которые и являются столбцами таблицы. Поле данных является атрибутом записи. БД может состоять как из одной таблицы, так и из нескольких взаимосвязанных.

База данных содержит оперативную информацию о  состоянии технологического оборудования по дискретным сигналам, текущим и интегральным значениям технологических параметров.

 

 

2.4 Математическое  обеспечение проекта

 

Для моделирования  переходных процессов составим алгоритм.

Пусть передаточная функция объекта и регулятора имеют вид:

,                            (2.1)

,            (2.2)

где Y(p) – изображение выхода системы, U(p) – изображение управляющего воздействия (выхода регулятора), E(p) – изображение разности выхода системы и желаемого значения выхода (ошибки регулирования).

Тогда приведя  к виду дифференциальных уравнений, получим:

,                                                                                     (2.3)

,               (2.4)

Заменив дифференцирование  конечными разностями с шагом d и преобразовав получим:

                                  (2.5)

              (2.6)

Получим алгоритм (рисунок 2.4), в котором a2, a1, k – параметры объекта, kp, ki, kd – параметры регулятора, g – уставка регулятора, e0, e1, e2 – соответственно значение текущей ошибки, ошибки на предыдущем шаге и ошибки за два шага до этого, y0, y1, y2 – соответственно значение текущего выхода объекта, выход объекта на предыдущем шаге и выход объекта за два шага до этого, регулятора, u0, u1 – соответственно значение текущего управляющего воздействия, управляющего воздействия на предыдущем шаге.