Автоматизированная система управления

Применение и основные функции АСУ

АСУ нашли широкое применение в разнообразных сферах промышленного производства. Основные функции систем сводятся к следующему:

Автоматизация управления технологическим процессом. Благодаря действию контроллера системы оптимизируется взаимодействие всех компонентов, происходит экономия топлива и энергии, улучшаются другие показатели процесса.
Сбор, регистрация, обработка и выдача информационных данных, касающихся оборудования и процесса в целом. Информация собирается с датчиков системы контроллером и отображается в форме мнемосхемы.
Распознавание и регистрация аварийных ситуаций и любых отклонений от процесса. При возникновении экстремальной ситуации система даёт сигнал оператору или производит устранение неполадок автоматически, чтобы предотвратить развитие аварии.
Предоставление необходимой информации оператору в виде графических и числовых данных. Информационные данные можно вывести на экран монитора в виде таблиц, графиков, схем. При необходимости эти данные можно распечатать с помощью соответствующих устройств.
Управление автоматически или с рабочего места оператора.
Регистрация всех действий оператора и сохранение их в заархивированном виде в базах данных. Все данные имеют строгую хронологическую привязку, что позволяет при необходимости установить причину возникновения аварийной ситуации и сделать соответствующие выводы.
Многоуровневая защита информации с помощью парольных систем. Доступ к данным такой автоматизированной системы обычно бывает строго ограничен и предоставляется только специально подготовленным сотрудникам с высшим техническим образованием. Кроме того, предоставляется доступ определённого уровня руководителю и действующим операторам. Для каждого сотрудника вводится индивидуальный пароль, который даёт ему полную ответственность за проведение технологического процесса. Руководитель получает доступ к информации в режиме просмотра.

Основные характеристики

Чтобы лучше разобраться, что означает это понятие, необходимо рассмотреть характеристики АСУ.

Для автоматизированных систем характерны следующие характеристики:

Задача генерального сектора – объединение полученных данных. Задача производного сектора – отражение специфики объекта, функциональных особенностей. Задача оперативного сектора – текущая информационная обработка, получение промежуточных данных и результатов.

Следующая группа характеристик – технические. Включают технические средства с образованием технической базы. Назначение технических средств – сбор, информационное накопление и последующая обработка с возможностью ее представления и передачи. Основные элементы – электронно-вычислительная техника, гарантирующая информационный сбор и обработку внутрисистемных данных.

Одна из способностей технической базы – моделирование процессов производства и построение управленческих предложений. Техника подразделяется на информационно-расчетную и учетно-регулирующую.

Состав автоматизированной системы

Подсистемы

Если автоматизированная система достаточно сложна, ее делят на подсистемы. Что значит, достаточно сложна, сказать достаточно сложно. В теории систем описаны разные уровни и критерии сложности. На практике необходимость выделения в автоматизированной системе нескольких подсистем часто бывает вызвана организационными и финансовыми причинами, например, подсистемы разрабатывают и вводят в эксплуатацию последовательно.

Хотя в ГОСТ 34 термин подсистема употребляется многократно, формального определения этого понятия там вроде бы нет. Опыт подсказывает, что подсистема — это часть автоматизированной системы, которая тоже удовлетворяет определению автоматизированной системы, в частности, имеет полноценные функции.

Вернувшись к примеру с продажей билетов, мы можем принять решение, что автоматизированная система состоит из двух подсистем: подсистемы продажи билетов и подсистемы формирования ежедневных отчетов. Давайте только для большей внятности договоримся, что билеты кассирша набирает в текстовом редакторе, а отчеты — в электронных таблицах.

Компоненты

Выделение целей деятельности, функций автоматизированной системы и при необходимости ее подсистем во многом субъективно и поставлено в зависимость от точки зрения субъекта, который решил этим заняться. Если некоторый результат важен в контексте решаемой задачи, мы можем считать его целью, а иначе игнорировать. Разбивать автоматизированную систему на подсистемы мы тоже будем так, как нам удобно, лишь бы наши решения не противоречили содержанию этого понятия.

Компоненты — это части, из которых мы в объективной реальности строим автоматизированную систему. Система физически состоит из своих компонентов, поэтому деление автоматизированной системы на компоненты носит наиболее объективный характер.

Каждый компонент мы приобретаем, монтируем и подключаем (если это оборудование), устанавливаем (если это программа) и обслуживаем отдельно от других компонентов. Мы купили и поставили на стол компьютер — это компонент. Разработали специальный текстовый редактор для набора билетов — еще один компонент. Загрузили из Интернета бесплатные электронные таблицы — опять-таки компонент. И даже сама кассирша в некотором роде тоже компонент автоматизированной системы.

Покомпонентный состав автоматизированной системы очень важен с точки зрения ее документирования, поскольку с технической документацией на систему как таковую и на компоненты обращаются по-разному. Ее, вообще говоря, должны разрабатывать разные люди, и ее оформляют по разным стандартам в зависимости от типа компонента.

Виды обеспечения

Одно из наиболее сложных понятий для начинающего пользователя ГОСТ 34 — вид обеспечения. Что за обеспечение такое? Можно ли его увидеть или пощупать? Продать или купить?

Каждый вид обеспечения объединяет в себе компоненты или технические решения определенного характера. В ГОСТ 34 упоминается много разных видов обеспечения, последовательно описывать здесь каждый из них мы не будем, а перечислим только наиболее заметные:

информационное обеспечение — все данные и метаданные, с которыми работает система;
программное обеспечение — все программы, которые входят в состав системы;
техническое обеспечение — все технические средства (иначе говоря, оборудование, аппаратура), которые входят в состав системы.

Повторим еще раз, это не все виды обеспечения. Мы даже не можем уверенно сказать, что они самые важные. Например, для автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) огромное значение имеет метрологическое обеспечение. Многие автоматизированные системы требуют сложного математического и лингвистического обеспечения. Но представить себе автоматизированную систему, которая была бы полностью лишена одного из трех перечисленных выше видов обеспечения, затруднительно (упражнение: попробуйте).

Пример деления автоматизированной системы

Виды обеспечения	Подсистема продажи билетов	Подсистема формирования ежедневных отчетов
информационное обеспечение	цены на билеты карта зрительного зала	форма ежедневного отчета
записи о проданных билетах
техническое обеспечение	персональный компьютерпринтер
программное обеспечение	текстовый редактор
электронные таблицы

Информационная база АСУ

Информационной базой АСУ можно назвать всю совокупность информации, размещённой на машинных носителях и необходимых для нормального функционирования системы.

Как правило, вся информационная база подразделяется условно на три сектора – генеральный, производный и оперативный.

Генеральный сектор объединяет в себе все данные, которые являются общими для всех поставленных задач. Размещение таких данных не ориентируется на выполнение какой-либо одной управленческой функции. Если объект достаточно крупный, генеральный сектор может содержать значительные объёмы и занимать много места на запоминающих устройствах, что не всегда удобно. Особенную сложность в этом случае может вызвать мультипрограммная обработка наряду с недостаточно мощными техническими средствами. В генеральном секторе обязательно должны отражаться все устойчивые изменения в работе системы.
Производный сектор призван решить указанную выше задачу. Он отражает специфику конкретного объекта, особенности функций, которые выполняются в каждый конкретный отрезок времени и целый ряд других показателей системы. Любой производный сектор формируется из генерального сектора.
Для обработки текущей информации и фиксации промежуточных результатов предусмотрен оперативный сектор. Здесь же можно обнаружить первичная вводная информация об обслуживаемом объекте. Эти данные могут поступать по каналам связи или содержаться на съёмных носителях. Далее данные могут переноситься в производный и генеральный секторы.

Жизненный цикл АСУ

Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и её частям
2. Разработка документации на АС и её части
Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и её частям
2. Разработка документации на АС и её части
3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и её части
2. Разработка и адаптация программ
Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приёмочных испытанийru_en
Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание

Эскизный, технический проекты и рабочая документация — это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.

Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.

Принципы

Функционирование АСУ характеризуется комплексом принципов.

Новых задач. Первоочередное значение – решение принципиально новых задач управленческого характера. Механизация управленческой системы не является назначением АСУ. Перечень задач варьируется в зависимости от объекта управления. Задача при управлении промышленной отраслью – синхронизированное действие структурных элементов, планирование последующей деятельности и прогнозирование перспектив.
Системного подхода. Синергетический (или системный) подход применяется не только к анализируемому объекту, но и к управленческим процессам. Синергетическому анализу подвергаются технические, экономические, организационные моменты. Посредством систематизации достигается оптимизация производственных и экономических показателей.
Первого руководителя. Решение всех вопросов зависит от главного руководителя объекта (директора предприятия или министра). В его компетенцию входит разработка, согласование требований к анализируемому комплексу, внедрение практических предложений в производственном процессе.
Непрерывного развития. Главное требование к программному и математическому обеспечению – непрерывность развития комплекса. Заключается в способности корректировать или видоизменять процессы без прекращения производственного процесса;
Единства информационной базы. Исключается дублирование данных нецелесообразного характера. Предполагается непрерывное накопление и информационное обновление на носителях автоматического порядка. Введение и обработка вновь поступающих данных производится в кратчайшие сроки.
Комплексности задач и рабочих программ. В основе программных и технических действий лежит принцип их взаимосвязи. Неприемлемо рассмотрение процессов в качестве самостоятельных единиц. Решение задач по отдельности приведет к нивелированию производственной эффективности.
Типовой разработки. Требование к автоматизированной системе – универсальность для максимально возможного количества задач

Акцентируется внимание на востребованности комплекса заказчиками.

Сферы применения

Автоматизированные системы нашли применение в различных производственных отраслях.

Применение АСУ отмечается в следующих сферах:

машиностроение;
нефте- и газодобыча;
металлообработка;
промышленность;
электроэнергетика;
сфера ЖКХ;
автоматизация зданий;
контроль и диспетчеризация.

Управленческую автоматизацию технологического процесса. Основную роль играет контроллер. Происходит оптимизация деятельности элементов, снижение энергетических и топливных затрат, улучшение производственных показателей.
Информационный сбор, фиксацию, обработку, выдачу результатов и данных. Отражается состояние процесса и комплекса оборудования. Информационное накопление обеспечивается датчиками. Полученные данные оформляются в мнемосхематическом виде.
Диагностирование и фиксацию отклонений или аварийных состояний. Экстремальная ситуация порождает сигнал для автоматического устранения нарушений, позволяет предотвратить масштабный характер аварии.
Получение информации в числовом или графическом виде оператором. Информация выводится на экране в табличном, схематическом, графическом виде. Существует возможность распечатки полученных данных.
Автоматическое управление или за счет действий оператора – фиксацию команд оператора и их последующее сохранение в базе данных. Обеспечивает установление причины аварии. Гарантирует формирование выводов для предупреждения схожих ситуаций.
Информационную защиту многоуровневого характера. Основана на шифровании в виде паролей. Существует ограничение к информационному доступу. Требование для работы с данными – высшее техническое образование или руководящий уровень.

Основные классификационные признаки

Основными классификационными признаками, определяющими вид АСУ, являются:

сфера функционирования объекта управления (промышленность, строительство, транспорт, сельское хозяйство, непромышленная сфера и т. д.)
вид управляемого процесса (технологический, организационный, экономический и т. д.);
уровень в системе государственного управления, включения управление народным хозяйством в соответствии с действующими схемами управления отраслями (для промышленности: отрасль (министерство), всесоюзное объединение, всесоюзное промышленное объединение, научно-производственное объединение, предприятие (организация), производство, цех, участок, технологический агрегат).

Основные классификационные признаки

Основными классификационными признаками, определяющими вид АСУ, являются:

сфера функционирования объекта управления (промышленность, строительство, транспорт, сельское хозяйство, непромышленная сфера и т. д.)
вид управляемого процесса (технологический, организационный, экономический и т. д.);
уровень в системе государственного управления, включения управление народным хозяйством в соответствии с действующими схемами управления отраслями (для промышленности: отрасль (министерство), всесоюзное объединение, всесоюзное промышленное объединение, научно-производственное объединение, предприятие (организация), производство, цех, участок, технологический агрегат).

Автоматизированные системы управления

В СССР первые АСУ были разработаны доктором экономических наук, профессором, член-корреспондентом НАН Белоруссии Н.И. Ведутой. В 1962–1967 годах он был руководителем внедрения первых в стране АСУ производством на машиностроительных предприятиях.

Первостепенной задачей АСУ является повышение эффективности управления объектом через рост производительности труда и совершенствование методов планирования процесса управления.

Цели автоматизации управления

Система управления может рассматриваться как совокупность взаимосвязанных управленческих процессов и объектов. В самом общем виде автоматизация управления выполняется для повышения эффективности использования потенциальных возможностей объекта управления. Выделяют ряд целей автоматизации управления:

Предоставление лицу, которое принимает решение, существенных данных для принятия решений.
Увеличение скорости выполнения отдельных операций по сбору и обработке данных.
Уменьшение числа решений, которые должно принимать лицо, принимающее решение.
Рост уровня контроля и исполнительской дисциплины.
Рост оперативности управления.
Снижение затрат лица, принимающего решение на выполнение вспомогательных процессов.
Увеличение степени обоснованности решений, которые принимаются.

Состав АСУ

АСУ состоит из:

информационного обеспечения;
программного обеспечения;
технического обеспечения;
организационного обеспечения;
метрологического обеспечения;
правового обеспечения;
лингвистического обеспечения.

Основные классификационные признаки

АСУ могут быть классифицированы по:

сфере функционирования объекта управления (например, промышленность, сельское хозяйство, строительство, транспорт, непромышленная сфера и т.д.)
виду процесса, которым управляют (экономический, технологический, организационный и т.д.);
уровню в системе государственного управления (отрасль (министерство), все виды объединений, предприятие (организация), производство, цех, участок, технологический агрегат).

Функции АСУ

Функции АСУ устанавливаются в техническом задании создания определенной АСУ опираясь на анализ целей управления, конкретные ресурсы для их достижения, ожидаемый эффект от автоматизации и в соответствии со стандартами, которые распространяются на данный вид АСУ. Функции АСУ состоят в:

планировании и (или) прогнозировании;
учете, контроле, анализе;
координации и (или) регулировании.

Необходимый набор действий выбирается в зависимости от вида создаваемой АСУ. Функции АСУ могут объединяться в подсистемы по различным признакам. Функции при формировании управляющих действий:

вычислительные функции (обработка информации) – функции осуществления учета, контроля, хранения, поиска, отображения, тиражирования, преобразования формы информации;
функции обмена (передачи) информацией – доведение выработанных управляющих воздействий до объекта управления и обменом информацией с лицом, принимающим решение;
функции принятия решения – функции создания новой информации в ходе анализа, прогнозирования или оперативного управления объектом.

Виды АСУ

АСУ технологическими процессами (АСУ ТП) – предназначена для решения задач оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте.
Автоматизация умственного труда – предназначена для облегчения умственного труда человека с помощью вычислительной техники.
АСУ производством (АСУ П) – предназначена для решения задач организации производства, в том числе основных производственных процессов, входящей и исходящей логистики. Выполняет краткосрочное планирование выпуска с учетом мощностей производства, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса.
функциональные АСУ (например, проектирование плановых расчётов, материально-технического снабжения и т.д.).

Жизненный цикл АСУ

Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и её частям
2. Разработка документации на АС и её части
Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и её частям
2. Разработка документации на АС и её части
3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и её части
2. Разработка и адаптация программ
Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приёмочных испытаний<span title=»Статья «приёмочные испытания» в русском разделе отсутствует»>ru</span>_en
Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание