Слайд 1Информационные системы в металлургии
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 2Литература:
1. Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные технологии в металлургии. Екатеринбург: УГТУ
                                                            
                                    – УПИ, 2004. – 495 с. 
2. Бойко В.И., Смоляк В.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами в черной металлургии. Днепродзержинск: 1997 Г.
3. Кукуй Д.М., Одиночко В.Ф. Автоматизация литейного производства. Учебное пособие. – Минск: Новое знание, 2008. – 240 с.
 
                                
                            							
							
							
						 
											
                            Слайд 3Информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов,
                                                            
                                    а информационные системы (ИС) стали необходимым инструментом практически во всех сферах деятельности. Разнообразие задач, решаемых с помощью ИС, привело к появлению множества разнотипных систем, отличающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.
Информационные системы можно классифицировать по целому ряду различных признаков. В основу рассматриваемой классификации положены наиболее существенные признаки, определяющие функциональные возможности и особенности построения современных систем. В зависимости от объема решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования, информационные системы делятся на ряд групп (классов). 
     
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 4Классификация информационных систем 
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 5По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические
                                                            
                                    системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции. В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится.   
Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой, информационные системы делятся на ручные, автоматические и автоматизированные. 
Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 6В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия
                                                            
                                    человека.
Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятия "информационная система".
В зависимости от характера обработки данных ИС делятся на информационно-поисковые и информационно-решающие.
Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. (Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.)
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 7Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму.
                                                            
                                    По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие.
Результирующая информация управляющих ИС непосредственно трансформируется в принимаемые человеком решения. Для этих систем характерны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных. (Например, ИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета.)
Советующие ИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных. (Например, экспертные системы.)
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 8В зависимости от сферы применения различают следующие классы ИС.
Информационные системы организационного
                                                            
                                    управления - предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр.). Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи.
ИС управления технологическими процессами (ТП) - служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления, 
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 9химического состава и т.п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования
                                                            
                                    технологических процессов.
ИС автоматизированного проектирования (САПР) - предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.
Интегрированные (корпоративные) ИС - используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином информационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности.
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 10Основные понятия теории 
информационных систем
Событие – последствие поведения (действия) человека или
                                                            
                                    функционирования технического устройства в соответствующей сфере деятельности, вызванное источником информации.
Управляющее воздействие – совокупность воздействий на систему, переводящих ее в требуемое целевое состояние на уровне основных ресурсов, участвующих в рассматриваемом процессе.
Система информации представляет собой информационную среду, которая позволяет определить: где, когда, при каких обстоятельствах произошло событие? Каким образом его воспринять, уловить, зафиксировать? Где, когда и как следует применить управляющие воздействие. 
     
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 11Автоматизированная информационная система в общем случае осуществляет следующие операции:
Сбор, первичная обработка
                                                            
                                    и оценка достоверности информации;
2. Преобразование информации, т.е. возможное преобразование информации (перекодирование, перезапись), когда способ представления информации или ее носитель не совместимы с блоком ее использования;
3. Передача информации в пункт хранения;
4. Хранение информации;
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 125. Возможная вторичная обработка, когда полученную информацию нельзя использовать непосредственно, т.е.
                                                            
                                    когда она в том виде, в каком есть, не может вызвать требуемого управляющего воздействия;
6. Передача информации и выдача информации пользователю (представление информации);
7. Компьютерная поддержка принятия решений;
8. Использование информации лицом, принимающим решение, для осуществления задач управления. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 13Структура информационной         
                                                            
                                      системы
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 14Автоматизированная информационная система – это искусственно созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств
                                                            
                                    (в том числе и компьютерных), методов и персонала, используемых для получения, хранения, обработки, манипулирования и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. 
Иными словами, Автоматизированная информационная система – это человеко-компьютерная система для поддержки принятия решений и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.
Главная цель информационных систем предоставить достоверную информацию в определенное время, определенному лицу, в определенном месте и за определенную плату. 
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 15Информационные системы в металлургии
    
   
                                                            
                                    Главная цель информационных систем в металлургии – создание эффективной и надежной информационной структуры анализа сквозной технологии, пригодной к промышленному использованию. 
    Основные требования к информационным системам в металлургии:
  - осуществление контроля в реальном времени и непрерывно; 
  - высокая производительность, гарантия качества услуг и их надежность; 
  - обеспечение гибкой интеграции и взаимодействия друг с другом ряда независимых друг от друга информационных систем 
    
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 16Структурированная схема интегрированной АСУ 
литейным производством
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 17Характеристика металлургического производства как объекта управления
Технологические и производственные процессы в зависимости
                                                            
                                    от вида выпускаемой продукции разделены на следующие типы: основные, вспомогательные, управления, контроля и исследований.
К основным технологическим процессам относят: подготовку шихты, выплавку сплавов, изготовление литейных форм, заливку расплава и т.д.
К вспомогательным - ремонтные работы, изготовление запасных частей и оснастки и т.п. 
К производственному процессу управления относятся организация, синхронизация и координация.
Организация - комплекс операций по планированию последовательности технологических процессов в пределах цеха или всего предприятия. 
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 18Эту функцию обычно выполняет плановая служба предприятия или плановый отдел.
Синхронизация –
                                                            
                                    комплекс операций по обеспечению совмещения во времени завершения и начала операций последовательных технологических процессов, т.е. следующая операция начинается после окончания предыдущей.
Координация – комплекс мероприятий и операций по обеспечению параллельного функционирования нескольких взаимосвязанных технологических процессов одного уровня.
Выполнение всех перечисленных операций и мероприятий возможно при наличии более высокого уровня управления и соответствующей ему структуры, которые и составляют производственную систему. 
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 19По структуре металлургическое производство может быть однолинейным, многолинейным, и многолинейным с
                                                            
                                    перекрестными взаимосвязями. В прямой зависимости от структуры металлургического предприятия находится структура интегрироанной АСУ.
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 20Для металлургического производства важное значение при решении задач автоматического управления является
                                                            
                                    характер производственных операций и технологических процессов. Производства могут носить непрерывный, дискретный (периодичный, цикличный) и непрерывно-дискретный. 
Для непрерывного тех. процесса характерен непрерывный поток перерабатываемых материалов в агрегате или в цепи агрегатов. Такой агрегат является объектом с распределенными параметрами, значения которых изменяются в пространстве и постоянны во времени.
Для дискретного тех. процесса характерна последовательно повторяющаяся циклическая переработка в агрегате отдельных порций материалов, изменяющих свое состояние за время тех. процесса. Агрегат при этом рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами, величины которых изменяются во времени и течении цикла и неизменны в рабочем пространстве агрегата.    
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 21При дискретном производстве каждая следующая порция материалов начинает перерабатываться после завершения
                                                            
                                    переработки предыдущей и некоторого времени на подготовку агрегата к новому циклу. 
Пример непрерывно-дискретного процесса доменная плавка, в которой процесс выплавки чугуна происходит непрерывно, а загрузку шихты и выпуск продуктов плавки производят дискретно.
Характерной особенностью тех. процессов в металлургии является: их большая длительность с большими интервалами времени реагирования процесса на возмущения и управляющие воздействия (доменный процесс); и быстрое протекание процесса с минимальным запаздыванием реагирования на возмущения и регулирующие воздействия. В первом случае процессы инерционные, а во втором – быстропротекающие. 
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 22Для успешного решения задач разработки АСУ ТП для конкретных металлургических агрегатов
                                                            
                                    последние классифицированы по признакам в 5 последовательных уровней: производственный, технологический, материальный, конструкционный и энергетический. 
Классификация объектов по таким признакам позволяет унифицировать технологические решения и средства реализации АСУ ТП металлургических агрегатов, цехов и предприятий.  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 23Особенности управления тех. процессами металлургического производства 
 
 
Эффективная организация работы
                                                            
                                    металлургического предприятия может быть реализована решением трех групп управляющих задач, которые в иерархическом отношении образуют три уровня. 
К высшему уровню относятся организация, синхронизация и координация взаимодействия технологических операций и оборудования. 
К среднему уровню принадлежит оптимизация и адаптация отдельных технологических производств и участков.
К низшему уровню относятся цифровое управление, стабилизация и контроль технологических параметров агрегата и процесса. 
Следовательно автоматизированная система управления (АСУ) состоит из составных частей, которые предназначены для конкретных целей управления объектом.
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 24Объектами управления являются отдельные параметры или технологический процесс в целом; металлургические
                                                            
                                    агрегаты или цехи, предприятия и отрасли промышленности.
Управление – создание условий протекания тех. процесса с целью получения заданных результатов на основания анализа поступающей с объекта различной информации. 
Процесс управления состоит из следующих действий:  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 25 получение исходной информации о целях управления;
 получение оперативной информации о
                                                            
                                    состоянии объекта и технологического процесса в данный момент времени;
 сравнение указанных двух видов информации и при наличии рассогласования между ними принятие решения по управлению;
 реализация принятого решения и контроль по каналам обратной связи эффективности управляющего воздействия на объект. 
Для эффективного управления необходима наиболее полная и достоверная информация о состоянии объекта и технологического процесса. 
Такой информацией служат: входные и выходные параметры; возмущающие и управляющие воздействия; а также параметры состояния объекта.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 26Х1…Х4 – входные параметры;
Z1…Z4 - возмущающие воздействия;
U1…U4 – управляющие воздействия;
Y1…Y4 –
                                                            
                                    выходные параметры (цели управления);
S1…S4 – параметры состояния объекта.
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 27Основные металлургические агрегаты (доменные и мартеновские печи, кислородные конверторы и т.п.)
                                                            
                                    являются, с точки зрения теории автоматического регулирования и управления многомерными, т.е. имеющих много входных и выходных параметров и подверженными многочисленным возмущениям при ограниченном количестве регулирующих и управляющих воздействий.
Подавляющее большинство металлургических объектов относится к объектам с распределенными параметрами и многофункциональными зависимостями выходных параметров от входных, значительно усложняющими регулирование и управление тех. процессами. 
Металлургические объекты и технологические процессы нелинейные и, следовательно, их закономерности описываются нелинейными дифференциальными уравнениями. Поэтому точные математические описания и модели реальных металлургических явлений отсутствуют. Имеющиеся математические модели разработаны с допущениями и упрощениями. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 28Существенные трудности для контроля, регулирования и управления работой металлургическими агрегатами создают:
                                                            
                                    инерционность и быстротечность процессов и резкие колебания их во времени; высокая температура; запыленность; вибрации; наличие неконтролируемых возмущений из-за отсутствия соответствующих датчиков; недостаточная изученность процессов как объектов автоматизации.
Недостаточная изученность металлургических процессов как объектов автоматизации объясняется значительной трудностью экспериментального определения их статических (зависимость выходных параметров от входных в установившемся режиме) и динамических (зависимость выходных величин от входных в переходном режиме) характеристик. 
Эта трудность объясняется следующими факторами:
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 29Установившийся режим достигается, если в объекте абсолютно полностью соблюдается материальный и
                                                            
                                    энергетический баланс, что на практике трудно обеспечить.
Статические характеристики могут определяться приближенно и расчетным путем. 
Динамические характеристики определяются воздействием на вход объекта типовых возмущений и количественным определением отклонения выходных параметров, отреагировавших на это возмущение.
Статические и динамические характеристики большинства металлургических объектов имеют нелинейный характер, затрудняющий регулирование их параметров.
Основные металлургические агрегаты обладают значительной аккумулирующей способностью, которая проявляется в единовременном запасе значительных количеств перерабатываемых материалов и энергии.
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 30Таким агрегатам свойственно явление самовыравнивания, которое проявляется в возвращении теплового состояния
                                                            
                                    агрегата после окончания возмущения к прежнему состоянию без каких-либо регулирующих воздействий. Объекты обладающие свойством самовыравнивания (регулирования) называются статическими или устойчивыми.   
Объекты, в которых при регулировании или возмущении выходной параметр неограниченно изменяется с постоянной скоростью, пропорциональной величине возмущения называются астатическими.
Астатические объекты не обладают самовыравниванием.
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 31Экономические аспекты автоматизации производственных процессов в металлургической промышленности
Капитальные вложения в сферу
                                                            
                                    управления в два раза эффективней вложений непосредственно в производство.
Срок окупаемости капитальных затрат на создание АСУ в металлургической промышленности не превышает двух лет.
Под экономическим эффектом автоматизации управления производством подразумевается изменение хозяйственной деятельности объекта управления, достигаемое в результате применения технических средств автоматического контроля, регулирования, управления электроники, входящих в состав АСУ.
Результаты функционирования АСУ увязываются с итогами хозяйственной деятельности на объекте управления, а расчет экономического эффекта сводится к сравнению последнего с затратами на его достижение.
 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 32Экономическим критерием, наиболее полно отражающим эффективность производства, является повышение производительности труда,
                                                            
                                    которая учитывает и живой и овеществленный труд, и в динамике определяется фондоотдачей, созданной чистой продукцией, производительностью труда персонала и уровнем использования ресурсов. 
В условиях металлургической промышленности, имеющей сравнительно небольшую численность обслуживающего основные агрегаты персонала, автоматизация производства не приводит к значительному высвобождению рабочей силы, но требует привлечения высококвалифицированных специалистов для обслуживания АСУ.
Также для оценки эффективности автоматизации управления применяется срок окупаемости производственных затрат на внедрение АСУ и полученную от этого прибыль. При этом принимается во внимание, что:    
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 33 повышение производительности агрегатов эквивалентно строительству новых агрегатов;
 улучшение качества металла
                                                            
                                    увеличивает срок службы изготовленных из него изделий и по сути равнозначно увеличению производства;
 экономия сырых материалов, топлива и других энергоносителей эквивалентна увеличению добычи руды, угля нефти и газа.
Для эффективного управления металлургическими агрегатами с применением АСУ необходима многочисленная достоверная и полная информация, т.е. сведения о начальных условиях производства и конечных результатах производства.
Чем больше параметров измеряется, контролируется и стабилизируется, тем дороже комплексная АСУ. 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 34Эффективность АСУ и затраты на их приобретение, монтаж, наладку и обслуживание
                                                            
                                    связаны экспоненциальной зависимостью: 
где Э – эффективность внедрения данной АСУ;
Эmax – максимальная эффективность, соответствующая полному объему информации и полной автоматизации объекта;
К – стоимость только данной АСУ;
К0 – стоимость всех технических средств автоматического контроля, регулирования и управления объектом до начала внедрения АСУ;  
В0 - коэффициент, характеризующий начальное конструктивное и технологическое состояние объекта.
                                
 
                            							
														
						 
											
                            Слайд 35Зависимость эффективности производственного процесса от количества информации J и ее стоимости
                                                            
                                    К
Из зависимости следует, что по мере увеличения капитальных вложений на автоматизацию эффективность Э приближается к максимальной Эmax, но при дальнейшем увеличении затрат приращение эффективности ΔЭ на единицу расходов К уменьшается. 
Из анализа уравнения следует:
1. Рациональный уровень автоматизации технологических процессов и производств в металлургии определяется с учетом социальных и экономических потребностей в управлении. 
                                
 
                            							
														
						 
											
                            Слайд 362. Разработку и внедрение систем управления целесообразно выполнять поэтапно, создавая иерархические
                                                            
                                    системы, позволяющие создавать автономное функционирование нижних уровней, без ожидания достройки всех уровней иерархии.
3. В связи с частым технологическим непостоянством многих металлургических процессов, подверженным разным закономерностям и случайным возмущениям, при их автоматизации следует отдавать предпочтение адаптивным системам, приспосабливающимся к изменяющимся условиям работы объекта управления. Для адаптивных систем в большинстве случаев вполне достаточно иметь только математические модели металлургических процессов и не обязательна трудоемкая, весьма сложная и не всегда возможная разработка математических моделей и алгоритмов управления.   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 374. Максимальный экономический эффект от автоматизации металлургических процессов достигается при модернизации
                                                            
                                    конструкций агрегатов, интенсификации технологических процессов, механизации трудоемких и тяжелых физических работ, применении новейших технических средств контроля, регулирования и управления, а также наличии высококвалифицированных специалистов по автоматизации и управлению. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 38Уровни автоматизированной информационной системы промышленного предприятия
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 39  5-й уровень (MRP, ERP) управление всеми ресурсами предприятия. Информационные
                                                            
                                    структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учета, управления финансами и материально-техническим снабжением, организацией документооборота, анализом и прогнозированием и др. 
  1-й уровень (ввод/вывод). Уровень непосредственного взаимодействия с технологическим объектов, на котором осуществляется сбор данных от датчиков и воздействие на технологический процесс (реализация управляющих воздействий) с помощью исполнительных механизмов и регулирующих органов.   
  2-й уровень (Control). Здесь замыкаются самые короткие контуры управления производством. Осуществляется непосредственное управление технологическими параметрами и производственным процессом с помощью различных УСО, ПЛК, или промышленных (индустриальных компьютеров). 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 40  3-й уровень (SCADA – сбор данных и диспетчерское управление)
                                                            
                                    управление всеми ресурсами предприятия. Осуществляется диспетчеризация систем сбора данных и оперативное управление технологическим процессом, принимаются тактические решения, направленные на достижение стабильности процесса. Это верхний уровень управления в системе АСУТП, на котором собираются необходимая информация от многих источников низшего уровня и который включает контуры управления и принятия решений не только на основе вычислительных средств но и оператора. Здесь предусматривается решение задач оптимизации и прогнозирования технологического процесса, использование мощных вычислительных ресурсов в экспертных и моделирующих системах реального времени.
  4-й уровень (система исполнения производства). Выполняется упорядоченная обработка информации о ходе производственного процесса в различных цехах, обеспечивается управление качеством, а также подготавливается информация в реальном времени для самого верхнего уровня управления.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 41Информационные технологии
    Под информационной технологией – понимают систему
                                                            
                                    методов и способов сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и передачи информации на основе применения средств вычислительной техники. 
    
    Цель технологии материального производства – выпуск продукции, удовлетворяющей потребности человека или системы.
    Цель информационной технологии – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
    
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 42Классификация информационных технологий
в зависимости от типа обрабатываемой информации
                                                            
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 43Информационные технологии сбора и обработки информации
    Особенностью создания
                                                            
                                    цифровой структуры промышленного предприятия является необходимость тесной интеграции автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и автоматизированными системами управления предприятием (АСУП).
    Автоматизированная система управления (АСУ) – это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности.
    АСУП – предназначена для основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия в целом и (или) его самостоятельных частей на основе применения экономико-математических методов и средств вычислительной техники. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 44    АСУТП представляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный
                                                            
                                    сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект. 
    Идеология систем управления предприятиями в настоящее время строится по принципу: 
 - интеграции всех систем управления, и в первую очередь АСУП и АСУТП, в единую систему;
 - структурированной и модульной организации входящих в ее состав компонентов;
   
    Функции АСУТП: 
    
    Информационные функции АСУТП – это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. К ним относятся централизованный контроль и измерение
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 45  технологических параметров, вычисление параметров  процесса, формирование и выдачу
                                                            
                                    текущих и обобщающих    технологических и экономических показателей оперативному персоналу АСУТП, подготовку и передачу информации в смежные системы управления.
    К управляющим функциям АСУТП относят регулирование (стабилизацию) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями и аппаратами, программное логическое управление оборудованием, оптимальное управление установившимися или переходными режимами или отдельными стадиями процесса, адаптивное управление объектами в целом и др.
    Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.
    
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 46Эволюция структуры управления технологическими процессами от традиционных к структурированным АСУТП
а –
                                                            
                                    традиционный вариант построения АСУТП
б – структурированный (системный) подход к построению АСУТП
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 47    Недостатки традиционного варианта построения АСУТП
  
                                                            
                                    - множество интерфейсов, сложность и запутанность связей между объектами;
   - несовместимость форматов данных и структур сообщений;
   - сложность внесения изменений, что может вызвать переработку большого объема программ.
    Достоинства структурированного (системного) подхода к построению АСУТП
   - нормализация данных;
   - стандартные формы сообщений; 
   - гибкие средства интеграции приложений, включая АСУП;
   - возможность эффективной модернизации системы, и облегчение внесения в нее изменений, что в совокупности гарантирует защиту ранее вложенных инвестиций и уменьшает стоимость информационной системы в целом.
   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 48Устройства связи с объектом (УСО)
    Неотъемлемой частью АСУТП
                                                            
                                    являются УСО, назначение которых заключается в сопряжении датчиковой аппаратуры и исполнительных механизмов контролируемого объекта и/или технологического процесса с вычислительными средствами системы.
    УСО представляет собой комплекс в виде специализированных функциональных блоков, осуществляющий необходимый обмен между технологическим объектом и управляющей информационной системой.
     Как правило, на УСО возлагаются следующие функции:
   - Нормализация аналогового сигнала – приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя измерительного канала. Наиболее распространенны следующие диапазоны: 0-20 мА, 4-20 мА; от 0 до 5 В; от -5 до 5 В; от 0 до 10 В; а также сигналы датчиков с естественными выходными сигналами (термопары; термометры сопротивления; тензометрические датчики и т.п.)
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 49   - Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала – ограничение
                                                            
                                    частот первичного сигнала с целью снижения влияния на результаты измеренных помех различного происхождения. На промышленных объектах наиболее распространены помехи с частотой сети переменного тока, а также хаотические импульсные помехи, вызванные влиянием на технические средства измерительного канала переходных процессов и наводок при коммутации исполнительных механизмов повышенной мощности.
   - Обеспечение гальванической развязки между источником аналогового или дискретного сигнала и измерительными каналами системы. В равной степени это относится к изоляции между каналами дискретного вывода системы и управляемым силовым оборудованием. Помимо защиты входных и выходных цепей, гальваническая изоляция позволяет снизить влияние на систему помех по цепям заземления за счет полного разделения вычислительной системы и контролируемого оборудования.    
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 50   Также, ряд УСО может выполнять более сложные задачи
                                                            
                                    за счет наличия в их составе подсистемы аналого-цифрового преобразователя и дискретного ввода-вывода, микропроцессора и средств организации одного из интерфейсов последовательной передачи данных.    
Структурная схема связи компьютера с объектом управления
                                
 
                            							
														
						 
											
                            Слайд 51   С развитием цифровой технологии наметилась тенденция перехода от
                                                            
                                    централизованных систем управления к распределенным системам управления. Современная идеология построения сложных АСУТП уверенно развивается в направлении применения распределенных принципов построения систем в противоположность централизованным.    
Структура распределенной информационной 
системы
Структура централизованной
 информационной системы
                                
 
                            							
														
						 
											
                            Слайд 52   Это объясняется различными причинами, наиболее важными из которых
                                                            
                                    являются:
значительное сокращение общих затрат на кабельную сеть, включающих как стоимость самих подключаемых кабелей, так и стоимость монтажных работ;
стремительное удешевление вычислительной техники, позволившее применять автономные вычислители в каждом из узлов АСУТП в непосредственной близости от исполнительных устройств и датчиков. 
    Появление распределенных АСУТП привело к необходимости разработки специальных сетевых решений, ориентированных на эксплуатацию в промышленных условиях (Fieldbus – промышленная сеть). Основными требованиями к ним являются: высокая помехозащищенность, достаточная скорость передачи и низкая степень стоимости соединительного кабеля. Основными «игроками» в области промышленных систем являются: Profibus; CAN; Interbus; Industrial Ethernet и др.     
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 53Открытые и закрытые информационные системы
    Сегодня никакой производитель
                                                            
                                    не может поставлять всю номенклатуру изделий, требующихся в современных информационных системах. От специалистов требуется умение применять для построения информационных систем высокотехнологичные изделия различных компаний. Для гарантии совместимости изделий различных производителей необходимы открытые стандарты аппаратных и программных средств. 
    Системы, являющиеся уникальными (их делает и поддерживает только один производитель), работающие по уникальным протоколам связи, получили название «Закрытые системы» (closed systems). 
    «Открытые системы» (open systems) приводят специфические требования в соответствие интересам всех. Только при использовании принципов открытых систем интеграция изделий различных производителей в одну сеть может быть решена без особых проблем. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 54   Открытость означает: 
отсутствие патентов и авторских прав на
                                                            
                                    спецификацию стандарта и его расширений;
отсутствие лицензионной платы за использование стандарта;
широкий доступ к сертификациям стандарта и его расширениям;
получение спецификаций в результате открытого обсуждения и конкурса между экспертами крупнейших промышленных ведущих мировых фирм-производителей и пользователей;
принадлежность прав собственности некоммерческим профессиональным национальным и международным организациям.
   Таким образом, архитектура современных информационных систем технологических процессов должна удовлетворять требованиям: 
   - открытости;        - модульности;
   - стандартности;     - распределенности.   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 55Информационные технологии хранения данных
    По мере распространения компьютеров
                                                            
                                    и их совершенствования (главным образом, запоминающих устройств, сохраняющих информацию после отключения электропитания) возникло направление использования средств вычислительной техники, которое предполагает отсутствие большого объема вычислений и их высокой точности, однако требует большого объема хранимых данных. Кроме того, необходимо предварительно найти требуемую запись, обработать ее и определить форму вывода обработанных данных. Для этого требуются такие операции, как поиск и сортировка. Весь этот процесс характеризует не числовую обработку данных.
    В этом случае информационная система – это программно аппаратный комплекс, функциями которого являются:
   - надежное хранение информации в электронном виде;
   - предоставление доступа к информации пользователям системы; 
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 56  - выполнение функций по преобразованию информации, специфичных для данного
                                                            
                                    приложения;
  - предоставление удобного интерфейса для конечных пользователей.
  Характеристики таких информационных систем: 
  - имеют дело с огромными объемами информации, которые во много раз превышают объем оперативной памяти, вся информация расположена на устройствах внешней памяти;
  - работают, как правило в многопользовательском режиме; 
  - работают как правило в реальном времени. Часто относятся к классу «mission-critical applications», т.е. приложений, нестабильность работы которых ведет к серьезным убыткам;
   - развиваются, как правило, постепенно, а не сразу целиком, что повышает ответственность проектировщика и разработчика;
   - обеспечивают «среднее» время ответа для всех пользователей, причем время ответа существенно не увеличивается при росте числа одновременно работающих пользователей.
  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 57  Типичными примерами больших информационных систем являются: 
  -
                                                            
                                    системы бронирования и продажи авио- и железнодорожных билетов;
   - банковские системы, в том числе системы обслуживания кредитных карт;
   - системы автоматизации торговли.
    Сложность таких систем заключается в широкой по номенклатуре обрабатываемой информации, сложной по структуре аппаратной платформы и ПО, а также, часто, в территориальной распределенности.  
    Современные ИС на крупных металлургических комбинатах характеризуются огромными объемами хранимых данных, сложной организацией, необходимостью удовлетворять разнообразные требования многочисленных пользователей. Для решения этих задач в современных ИС используются базы и банки данных.  
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 58  База данных – это именованная совокупность данных, организованная по
                                                            
                                    определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, не зависимая то прикладных программ. Создавая базу данных пользователь стремиться упорядочить информацию по различным критериям, хранить ее и быстро извлекать по определенным признакам. Создание сопровождение и использование баз данных, а также обеспечение взаимосвязи данных с прикладными программами осуществляется посредством комплекса специальных программных средств – системы управления базами данных (СУБД). Все работы по обслуживанию СУБД осуществляет администратор базы данных. Прикладные программы (приложения), осуществляющие доступ к базе данных, могут в общем случае добавлять, выбирать, копировать, корректировать, а также удалять данные, однако при этом они не могут изменять метод (модель), при помощи которого эти данные созданы.  
   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 59  К основным задачам, которые решаются СУБД, относятся:
 - хранение
                                                            
                                    информации;
 - контроль и защита информации;
 - просмотр и поиск нужной информации;
 - выборка необходимых данных;
 - ввод и редактирование информации;
 - формирование отчетов.      
Фрагмент информационной системы доменного производства, основанный на системе баз данных.
                                
 
                            							
														
						 
											
                            Слайд 60Модельные системы поддержки принятия решений
    Модельные системы поддержки
                                                            
                                    принятия решений (МСППР) появились в 70-80-е годы, чему способствовали развитие теории моделирования, математики, в особенности численных методов решения, широкое распространение персональных компьютеров, стандартных пакетов программ. 
    МСППР представляют собой вид компьютерных ИС, помогающих лицу, принимающему решение (ЛПР), в принятии решений при наличии плохо структурированных задач посредством прямого диалога с компьютером с использованием данных и математических моделей. 
    Решение хорошо структурированных задач производится компьютером и не требует участия технолога (ЛПР). Задачи, по которым ЛПР не удается выявить отдельные элементы и установить связи между ними, называются неструктурированными. В практике управления тех. процессами имеется сравнительно немного полностью структурированных или совершенно неструктурированных задач. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 61   О большинстве же задач можно сказать, что ЛПР
                                                            
                                    имеет о них неполное представление, зная лишь часть их элементов и связей между ними. Такие задачи называются плохо структурированными, и именно они чаще всего встречаются в металлургии при управлении тех. процессами, качеством продукции и т.п. Решение таких задач требует использование компьютера совместно с усилиями человека. При этом ИС могут оказывать ЛПР три вида поддержки: информационную, модельную и экспертную. 
    Выработка решения происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют:
   - система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта;
   - человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.  
   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 62  Окончание итерационного процесса происходит по воле человека.
  
                                                            
                                     В состав МСППР входят три главных компонента: 
  1. База данных. 2. База моделей. 3. Система управления интерфейсом между пользователем и компьютером.
  База моделей используется для описания и оптимизации процесса. СУБМ должна обладать следующими возможностями: создавать новые модели или изменять существующие, поддерживать и обновлять параметры моделей, манипулировать моделями.  
   
   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 63Информационная технология экспертных систем
    Наибольший прогресс среди компьютерных
                                                            
                                    информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного интеллекта.
    Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. 
     Традиционные знания существуют в двух видах – коллективный опыт и личный опыт. Если большая часть знаний в предметной области представлена в виде коллективного опыта, то эта область не нуждается в экспертных системах.   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 64    Если в предметной области большая часть знаний
                                                            
                                    является личным опытом специалистов высокого уровня – экспертов, если эти знания по каким-либо причинам слабо структурированы (например, технология задувки доменной печи), то такая предметная область, скорее всего, нуждается в экспертной системе. 
    Являясь одним из основных приложений искусственного интеллекта, экспертные системы предназначены для моделирования или имитации поведения опытных специалистов при решении задач по какому-либо узкому вопросу. Экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил.  
   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 65  В экспертных системах используется принципиально новый компонент ИТ –
                                                            
                                    база знаний, которая содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Знания – это выявленные закономерности предметной области (принципы, законы, связи), позволяющие решать задачи в этой области.  
    
    Интерфейс пользователя – это комплекс программ, реализующий диалог пользователя с экспертной системой, как на стадии ввода, так и получения результатов;
    Интеллектуальный редактор базы знаний – программа, представляющая возможность эксперту создавать базу знаний в диалоговом режиме.  
   
     
   
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 66  Экспертные системы и модельные системы поддержки принятия решений сходны
                                                            
                                    в том смысле, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако они имеют два существенных различия:
  1. Решение проблемы в рамках модельных систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Экспертная система, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности.
   2. Экспертные системы способны пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение.