Лекции, автоматизация.
план-конспект занятия на тему

Введение. Информационное обеспечение АСУ

Информационные технологии — совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в единую технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации Для снижения трудоемкости процессов, использования информационного ресурса, повышения надежности и оперативности работы оборудования и т. п.

В общем случае информация — это поток знаков и символов, это сообщение, знания о каком-либо событии, о чьей-либо деятельности и т. п. На основе информации осуществляется функционирование любой управляющей системы (людей, машин, животных).

Использование информационных критериев позволяет анализировать и оценивать вероятностными методами погрешности измерений в статических и динамических режимах, качество многоканальных  измерительных  систем,  надежность  измерительных устройств, решать задачи по поиску неисправности в них, а также ряд других вопросов, связанных с восприятием, преобразованием  и  выдачей  измерительной  информации  применительно  к измерительному устройству или системе любого вида.

Всю сформированную информацию можно разделить на входную, выходную и промежуточную.

Входная информация представляет собой совокупность исходных данных, необходимых для решения задач управления. К ним относятся все первичные (априорные) данные, нормативно-справочная информация, а также промежуточные данные, полученные в результате решения других задач.

К выходной информации относится информация, получаемая как результат решения задач управления, предназначенная для непосредственного использования в формировании управляющего воздействия.

Промежуточная информация содержит результаты решения промежуточных задач (например, результаты состояния полуфабрикатов), используемые в качестве исходных данных при решении задач управления.

По способу обработки данных информация подразделяется на текстовую, алфавитную,  цифровую, алфавитно-цифровую и графическую. Большое значение при машинной обработке информации имеет ее разделение по стабильности на переменную и постоянную.

Переменная информация отображает количественные и качественные характеристики производственных процессов и событий. Переменная информация для каждого фиксируемого технологического процесса может изменяться как по значениям параметров данных, так и по их количественной величине. Переменная информация, как правило, участвует в одном цикле обработки сырья, в связи с чем ее иногда называют разовой.

Постоянная информация остается неизменной в течение длительного периода времени и многократно используется в операциях.

В условиях функционирования систем управления постоянная информация должна быть записана на машинном носителе. Это позволит создавать постоянно действующие массивы (банк) данных, участвующие в решении многих задач управления.

При обработке на компьютерах нормативно-справочной информации необходимо, чтобы в различных формах документов повторяемость одних и тех же данных была минимальной, зафиксированные данные были удобно расположены для последующей машинной обработки; кроме данных для машинной обработки содержалась дополнительная информация, необходимая для осуществления управления технологическим процессом.

 Любая система управления, в том числе и автоматизированная, не может работать без информации о состоянии управляемого объекта (процесса) и внешней среды, без передачи информации о сформированных управляющих воздействиях. Определение оптимальных объемов информации, поступающей в различные устройства управления и распределения потоков информации во времени и пространстве, — необходимое условие эффективного функционирования АСУ.

Непрерывное и своевременное обеспечение системы управления всеми необходимыми сведениями — основная функция информационного обеспечения.

Информационное обеспечение АСУ — совокупность единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации, унифицированных систем документации и массивов информации, используемых в автоматизированных системах управления (ГОСТ 19675-74).

Иными словами, информационное обеспечение АСУ представляет собой совокупность данных, языковых средств их описания, методов организации, хранения, накопления и доступа к информационным массивам, обеспечивающих выдачу всей информации, необходимой в процессе реализации функциональных задач АСУ, и справочной информации абонентам системы.

Сформированные данные систематизируют в специальные массивы — информационную базу (базу данных) системы.

Поступающие в систему текущие сведения часто называют оперативной информацией.

Средства формализованного описания данных предназначены для эффективного поиска и идентификации необходимых данных в массивах, а также для организации доступа к данным внешних абонентов системы. Эти средства состоят из системы классификации и кодирования объектов (элементов данных) и информационных языков для описания запросов к информационной базе и ответов системы.

Контролируют входные данные и ведение информационной базы программные средства, Под ведением информационной базы (массивов информации) понимают обеспечение хранения, накопления данных, своевременного исключения устаревших данных, внесения и контроля изменений. При организации хранения, внесения изменений и дополнений в массивы, обеспечения доступа к массивам данных, контроля за их сохранностью используют организационные принципы.

Существенный эффект от использования микропроцессорной техники в АСУ получают в основном не только за счет решения оптимальных задач, но и при четкой организации системы обработки данных, за счет упорядочения информации и представления всех необходимых сведений в требуемые сроки и удобной для использования форме.

Следует помнить, что при проектировании информационного обеспечения время представления информации является решающим фактором. Существуют критические сроки, по истечении которых сведения полностью теряют какую-либо ценность.

В связи с совершенствованием и развитием систем управления важную роль играет гибкость системы, возможность перестройки информационных потоков согласно требованиям системы управления. Анализ эксплуатации ряда систем показывает, что информационная система наиболее консервативна, обладает большей инерционностью, чем система управления, и это свойство необходимо учитывать при разработке информационного обеспечения.

Основное назначение информационного обеспечения — создание динамической информационной модели объекта, отражающей его состояние в текущий или предшествующий моменты времени.

Согласно назначению сформулируем основные требования к информационному обеспечению АСУ:

• полнота  отображения  состояний управляемой системы и достоверности информации, как необходимой для реализации задач АСУ, так и выдаваемой по запросам абонентов;
• высокая эффективность методов и средств сбора, хранения, накопления, обновления, поиска и выдачи данных;
• одноразовая регистрация и однократный ввод информации и ее многократное и многоцелевое использование;
• простота  и  удобство доступа  к данным  информационной базы;
• ввод и накопление данных в информационной базе с минимумом дублирования;
• развитие  информационного  обеспечения  путем  наращивания данных и организации новых связей и проектирования более совершенных методов и способов обработки информации;
• регламентация доступа к данным с различным уровнем доступа, а также регламентация времени хранения документированной информации.

Основные элементы системы информационного обеспечения АСУ — информационные массивы, предназначенные для постоянного или временного хранения информации, которой обмениваются между собой внешние и внутренние по отношению к системе источники и потребители информации.

Необходимость в организации информационных массивов в системах информационного обеспечения АСУ обусловлена многими факторами: несовпадением моментов поступления информации с моментами ее потребления; необходимостью хранения исходной информации, промежуточных и окончательных результатов в процессе исполнения программ и других процедур преобразования информации; использованием одних и тех же данных в различных процедурах, выполняемых как параллельно, так и последовательно; многократным длительным использованием некоторых данных различными процедурами.

Массив представляет собой совокупность данных, объединенных единым смысловым содержанием, которое обычно отражается в его названии. Основными элементами массивов, определяющими их содержание, являются записи — наименьшие элементы массива, которыми оперируют пользователи массива при обработке информации. Часто группы отдельных записей объединяют в более крупные — блоки. Наименьший элемент записи, имеющий единое смысловое значение, — информационное поле.

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

Любая информация, обрабатываемая в компьютере,  должна быть представлена в двоичной системе, т. е. должна быть закодирована комбинацией  цифр {0, 1).  Различные виды информаци1 (числа, тексты, графика, звук) имеют свои правила кодирования. Коды отдельных значений, относящиеся к различным видам ин формации, могут совпадать. Поэтому расшифровка кодированных данных осуществляется по  контексту при выполнении команд программы.

При построении систем управления циркулирующую на предприятии   информацию  необходимо  рассматривать,   во-первых, точки зрения ее практической полезности и ценности для пользователей   информации   и   АСУ   в   целях   принятия   решения, во-вторых, с точки зрения смысловой взаимосвязи между информационными процессами.

Первое позволяет установить необходимую и достаточную для пользователей информацию и на этой основе решить технические вопросы — осуществить выбор необходимых вычислительных средств по переработке, хранению, передаче информации Я каналы связи систем управления для выработки управляющий воздействий по обеспечению производства качественной продукции.

Второе позволяет раскрыть содержание информации, отражающее состояние объекта, вскрыть отношения между знаками и символами, их предметными смысловыми значениями и выбрать смысловые единицы измерения (критерии) технологической им формации, провести классификацию показателей объектов,  дать систему взаимосвязанных кодов, обеспечивающих эффективную работу систем управления технологическими процессами. Смысловой аспект технологической информации способствуя наиболее полному выяснению, изучению состояния технологических процессов, явлений, данных в целях обоснованного принятия, выработки управляющих решений и воздействий для обеспечения производства продукции стандартного качества.

Основным видом информации о состоянии объекта управления в АСУТП являются текущие значения технологических параметров, которые преобразуются автоматическими измерительными устройствами в сигналы измерительной информации. После приведения к стандартной форме эти сигналы вводятся в программно-технический комплекс (ПТК) и представляют в нем значения соответствующих параметров в данный момент времени.

Сформированный таким образом массив исходной информации не пригоден для непосредственного использования при решении задач управления, так как необходима его предварительная обработка, которую называют первичной. Для этого следует рассмотреть последовательность необходимых преобразований, которым подвергается измеряемая величина в типовом устройстве связи с объектом (УСО), его схема представлена на рис. 1.

Рис.  1. Схема УСО:

1—первичный измерительный преобразователь (датчик); 2— коммутатор; 3— аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Измеряемая величина x(t), которая обычно является стационарной случайной функцией времени, воздействует на вход измерительного преобразователя (ИП), на выходе которого формируется сигнал измерительной информации y(t). Принцип действия большинства ИП таков, что их выходной сигнал зависит не только от значения измеряемой величины, но и от ряда других величин Zj которые являются влияющими.

Например, термоэлектрический преобразователь температуры (ТПТ) преобразует измеряемую величину — температуру — в сигнал измерительной информации — ЭДС. Однако этот сигнал зависит не только от величины измеряемой температуры, которая воспринимается рабочим спаем, но и от температуры свободных спаев, которая в этом случае является влияющей величиной.

В общем случае без учета динамической характеристики ИП связь между сигналами на его входе и выходе описывается статической характеристикой вида

y = f (x,z),                                                                             (1)

где f— непрерывная и дифференцируемая  по всем аргументам; z - вектор влияющих величин.

Однозначное соответствие между сигналами измерительной информации и измеряемой величиной обеспечивается только при постоянных значениях влияющих величин. Для каждого ИП эти номинальные значения z°j указывают в его паспорте. Подставив их в уравнение (1), получим номинальную (паспортную) статическую характеристику ИП

.        У=f(х,z°) = fо(x).        (2)

Можно считать, что в процессе работы ИП значения влияющих величин соответствуют номинальным; следовательно, преобразование значений измеряемой величины в сигнал измерительной информации выполняется в соответствии с паспортной статической характеристикой (2). Однако и при выполнении этого условия всякий реальный ИП вносит в результаты некоторую погрешность.

На рис. 1 погрешность представлена в виде случайной функции времени е (t), которая накладывается на полезный сигнал Y(t) измерительной информации. Помеха е (t) моделирует не только случайную погрешность ИП, но и электрические наводки в соединительных проводах, обусловленные магнитными полями электросилового оборудования, влияние пульсации давления и расхода жидкости в технологических трубопроводах вследствие работы насосов и компрессоров и другие факторы Так как АСУТП имеет некоторое множество УСО, их обслуживание разделено во времени, каждый канал периодически с периодом t0 подключается на короткое время ко входу УВК. В результате непрерывная функция g(t) преобразуется в последовательность импульсов, модулированных по амплитуде функций g(t). На схеме УСО (см. рис. 1) функцию квантования сигнала g(t) по времени выполняет коммутатор (2), условно изображенный в виде ключа, замыкаемого с периодом to.  

Современные компьютеры как правило, используют двоичный код и оперируют с числами имеющими 16,32 или 64 разряда.

Основные задачи первичной обработки информации в АСУТП:

1)        фильтрация сигнала измерительной информации от случайной помехи (погрешности) е (t);

2)        восстановление   значения   измеряемой   величины   x(t)   по сигналу измерительной информации y(t);

3. коррекция восстановленных значений измеряемой величины с учетом отклонения условий измерения от номинальных;
4. восстановление   значений   измеряемой   величины  х(t)   при
   jt0 <1<(j+1)tо, т.е. интерполяция и экстраполяция.