Архитектура автоматизированной системы управления технологическим процессом - АСУ ТП

Автоматизированная система управления призвана облегчить труд человека, расши­рить его функциональные возможности или заменить полностью, если это воз­можно. Поэтому архитектура систем автоматизации во многом напоминает строение человека: роль органов чувств выполняют датчики, роль рук, ног и органов речи - исполнительные устройства, роль мозга - компьютер или контроллер. Благодаря такой аналогии архитектура системы автоматизации становится понятной любому человеку на интуитивном уровне.

Разновидности архитектур АСУ ТП

Существует огромное разнообразие датчиков (температуры, влажности, давления, потока, скорости, ускорения, вибрации, веса, натяжения, частоты, момента, освещенности, шума, объема, количества теплоты, тока, уровня и др.) [1], которые преобразуют физическую величину в электрический сигнал. Если параметры сигнала не согласуются с параметрами входа аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или не соответствуют стандарту (например, входной величиной АЦП является напряжение в диапазоне 0...10 В, а датчик (термопа­ра) имеет выходное напряжение в диапазоне от 0 до 100 мВ), то используют из­мерительный преобразователь (рис. 1.1), который обеспечивает нормализацию сигнала датчика (приведение к стандартным диапазонам изменения, обеспечение линейности, компенсацию погрешности, усиление и т.п.). Измери­тельные преобразователи обычно совмещают с модулями аналогового ввода.

Измерительные преобразователи могут иметь встроенный АЦП или ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), а также микропроцессор для линеари­зации характеристик датчика и компенсации погрешностей аналоговой части системы. В последнее время получили распространение цифровые датчики, объединяющие в себе первичный преобразователь физической величины в элек­трический сигнал, измерительный преобразователь и АЦП. Примером могут служить датчики температуры DS18B20 фирмы Dallas Semiconductor, у кото­рых выходной сигнал является цифровым и соответствует спецификации ин­терфейса 1-Wire (www.maxim-ic.com).

Для ввода в компьютер аналоговых сигналов служат модули аналогового ввода (рис. 1.1).

Модули ввода могут быть общего применения (универсальные) или специализированные. Примером универсального модуля ввода является NL-8AI (www.RealLab.ru), который воспринимает сигналы напряжения в диа­пазонах ±150 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±5 В, ±10 В и тока в диапазоне ±20 мА. При­мером специализированного модуля является модуль ввода сигналов термопар NL-8TI (www.RealLab.ru), который работает только с термопарами и содержит встроенные во внутреннюю память модуля таблицы поправок для компенсации нелинейностей термопар и температуры холодного спая.

Кроме модулей аналогового ввода широко распространены модули дискретного ввода, которые не содержат АЦП и позволяют вводить сигналы, име­ющие два уровня (например, сигналы от концевых выключателей, датчиков открывания двери, пожарных датчиков, охранных датчиков движения и т. п.). Уровни входных сигналов модулей дискретного ввода могут изменяться в диа­пазоне, как правило, 0...24 В или 0...220 В. Модули с входом 220 В использу­ются, например, для регистрации наличия напряжения на клеммах электро­двигателя или нагревательного прибора.

Отдельное место занимают устройства счетного ввода, которые имеют дис­кретный вход и позволяют считать количество или частоту следования им­пульсов. Их используют, например, для измерения скорости вращения вала электродвигателя или подсчета продукции на конвейере.

Компьютер обычно является «мозгом» автоматизированной системы. Он принимает сигналы датчиков, исполняет записанную в него программу и выдает необходимую информацию в устройство вывода. Коммуникации между компьютером и устройствами ввода-вывода выполняются через последовательные интерфейсы, например, USB, CAN, RS-232, RS-485, RS-422, Ethernet или параллельный интерфейс LPT. Иногда устройства ввода-вывода выполняют в виде плат, которые вставляют непосредственно в компьютер, в разъемы шины PCI или ISA. Достоинством плат является возможность получения вы­сокой пропускной способности каналов ввода-вывода (свыше 10 Мбит/с), что трудно достижимо при использовании внешних устройств с последовательным портом. Недостатком является более высокий уровень электромагнитных на­водок от компьютера и конструктивные ограничения на количество каналов ввода-вывода.

В автоматизированных системах вместо компьютера или одновременно с ним часто используют программируемый логический контроллер (ПЛК). Типовыми отличиями ПЛК от компьютера является специальное конструктивное исполнение (для монтажа в стойку, панель, на стену или в технологическое обо­рудование), отсутствие механического жесткого диска, дисплея и клавиатуры. Контроллеры также имеют малые размеры, расширенный температурный диа­пазон, повышенную стойкость к вибрации и электромагнитным излучениям, низкое энергопотребление, защищены от воздействий пыли и воды, содержат сторожевой таймер и платы аналогового и дискретного ввода-вывода, имеют увеличенное количество коммуникационных портов. В контролерах, в отличие от компьютеров, как правило, используется операционная система реального времени (например, Windows СЕ, QNX).

В последнее время наметилась тенденция стирания грани между компьютером и контроллером. С одной стороны, контроллеры (например, NLcon-CE фирмы НИЛ АП или WinCon фирмы ICP DAS) позволяют подключить мо­нитор, мышь и клавиатуру, с другой стороны, появилось большое количество промышленных компьютеров, которые имеют специальное конструктивное ис­полнение и другие свойства, характерные для контроллеров. В связи с этим в дальнейшем мы будем употреблять термины «компьютер» и «контроллер» как синонимы, и это будет ясно из контекста.

Устройства вывода (модули вывода) позволяют выводить дискретные, частотные или аналоговые сигналы. Дискретные сигналы используются, например, для включения электродвигателей, электрических нагревателей, для управления клапанами, фрамугами, насосами и другими исполнительными устройствами. Частотный сигнал используется обычно для управления сред­ней мощностью устройств с большой инерционностью с помощью широтно-импульсной модуляции.

1. Архитектура автоматизированной системы

Автоматизированная система призвана облегчить труд человека,расширить его функциональные возможности или заменить полностью, если это возможно. Поэтому архитектура систем автоматизации во многом напоминает строение человека: роль органов чувств выполняют датчики, роль рук, ног и органов речи - исполнительные устройства, роль мозга - компьютер или контроллер. Благодаря такой аналогии архитектура системы автоматизации становится понятной любому человеку на интуитивном уровне. Однако при разработке конкретной системы возникает множество сложных практических вопросов, касающихся стандартизации, безопасности, коммерческой эффективности, технологичности,точности, надежности, совместимости, технического сопровождения, и т. п.,которым посвящены последующие главы книги.

В настоящей главе рассмотрены только самые общие(архитектурные) принципы построения систем промышленной и лабораторной автоматизации.

1.1. Разновидности архитектур

Существует огромное разнообразие датчиков (температуры, влажности, давления, потока,скорости, ускорения, вибрации, веса, натяжения, частоты, момента, освещенности,шума, объема, количества теплоты, тока, уровня и др.), см. [Фрайден], которые преобразуют физическую величину в электрический сигнал.Если параметры сигнала не согласуются с параметрами входа аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или не соответствует стандарту (например,входной величиной АЦП является напряжение в диапазоне 0...10 В, а датчик (термопара)имеет выходное напряжение в диапазоне от 0 до 100 мВ), то используют измерительный преобразователь(рис. 1.1) , который обеспечивает нормализациюсигнала датчика (приведение к стандартным диапазонам изменения,обеспечение линейности, компенсацию погрешности, усиление и т. п.).Измерительные преобразователи обычно совмещают с модулями аналогового ввода.

Измерительные преобразователи могут иметь встроенный АЦП илиЦАП(цифро-аналоговый преобразователь), а также микропроцессор для линеаризации характеристик датчика и компенсации погрешностей аналоговой части системы. В последнее время получили распространение цифровые датчики, объединяющие в себе первичный преобразователь физической величины в электрический сигнал,измерительный преобразователь и АЦП. Примером могут служить датчики температурыDS18B20 фирмы Dallas Semiconductor,у которых выходной сигнал является цифровым и соответствует спецификации интерфейса 1-Wire (www.maxim-ic.com).

Для ввода в компьютер аналоговых сигналов служат модули аналогового ввода(рис. 1.1). Модули ввода могут быть общего применения (универсальные) или специализированные. Примером универсального модуля ввода является NL-8AI (pdf 1,2 Мб) серии RealLab!, который воспринимает сигналы напряжения в диапазонах±150 мВ, ±500 мВ, ±1 В, ±5 В, ±10 В и тока в диапазоне ±20 мА. Примером специализированного модуля является модуль ввода сигналов термопар NL-8TIфирмы НИЛ АП, который работает только с термопарами и содержит встроенные во внутреннюю память модуля таблицы поправок для компенсации нелинейностей термопар и температуры холодного спая.

Кроме модулей аналогового ввода широко распространены модули дискретного ввода, которые не содержат АЦП и позволяют вводить сигналы, имеющие два уровня (например, сигналы от концевых выключателей,датчиков открывания двери, пожарных датчиков, охранных датчиков движения и т.п.). Уровни входных сигналов модулей дискретного ввода могут изменяться в диапазоне, как правило, 0...24 В или 0..220 В. Модули с входом 220 В используются, например, для регистрации наличия напряжения на клеммах электродвигателя или нагревательного прибора.

Отдельное место занимают устройства счетного ввода, которые имеют дискретный вход и позволяют считать количество или частоту следования импульсов. Их используют, например, для измерения скорости вращения вала электродвигателя или подсчета продукции на конвейере.

Компьютер обычно является «мозгом» автоматизированной системы. Он принимает сигналы датчиков, исполняет записанную в него программу и выдает необходимую информацию в устройство вывода. Коммуникации между компьютером и устройствами ввода-вывода выполняются через последовательные интерфейсы, например, USB, CAN, RS-232, RS-485, RS-422, Ethernet или параллельный интерфейс LPT. Иногда устройства ввода-вывода выполняют в виде плат, которые вставляют непосредственно в компьютер, в разъемы шины PCI или ISA. Достоинством плат является возможность получения высокой пропускной способности каналов ввода-вывода (свыше 10 Мбит/с), что трудно достижимо при использовании внешних устройств с последовательным портом. Недостатком является более высокий уровень электромагнитных наводок от компьютера и конструктивные ограничения на количество каналов ввода-вывода.

В автоматизированных системах вместо компьютера или одновременно с ним часто используют программируемый логический контроллер (ПЛК). Типовыми отличиями ПЛК от компьютера является специальное конструктивное исполнение (для монтажа в стойку, панель,на стену или в технологическое оборудование), отсутствие механического жесткого диска, дисплея и клавиатуры. Контроллеры также имеют малые размеры,расширенный температурный диапазон, повышенную стойкость к вибрации и электромагнитным излучениям, низкое энергопотребление, защищены от воздействий пыли и воды, содержат сторожевой таймер и платы аналогового и дискретного ввода-вывода, имеют увеличенное количество коммуникационных портов. В контролерах, в отличие от компьютеров, как правило, используется операционная система реального времени (например, Windows CE, QNX).

В последнее время наметилась тенденция стирания грани между компьютером и контроллером. С одной стороны, контроллеры (например, NLcon-CE (pdf 1,2 Мб) фирмы НИЛ АП или WinCon фирмы ICP DAS) позволяют подключить монитор, мышь и клавиатуру, с другой стороны, появилось большое количество промышленных компьютеров, которые имеют специальное конструктивное исполнение и другие свойства, характерные для контроллеров. В связи с этим в дальнейшем мы будем употреблять термины "компьютер", и"контроллер" как синонимы, и это будет ясно из контекста.

Устройства вывода(модули вывода)позволяют выводить дискретные, частотные или аналоговые сигналы. Дискретные сигналы используются, например, для включения электродвигателей, электрических нагревателей, для управления клапанами, фрамугами, насосами и другими исполнительными устройствами. Частотный сигнал используется обычно для управления средней мощностью устройств с большой инерционностью с помощью широтно-импульсной модуляции.

1.1.1. Требования к архитектуре

Архитектура автоматизированной системы - это наиболее абстрактное ее представление, которое включает в себя идеализированные модели компонентов системы, а также модели взаимодействий между компонентами. Элементы*архитектуры находятся во взаимосвязи, образуя единую автоматизированную систему и обеспечивая решение поставленной задачи автоматизации на архитектурном уровне. В то же время архитектура оставляет достаточно свободы для выбора конкретных технических решений [Клир]. Поэтому правильно спроектированная архитектура допускает множество технических реализаций путем выбора различных компонентов архитектуры и методов взаимодействия между ними.

Элементами архитектуры являются модели (абстракции)датчиков, устройств ввода-вывода, измерительных преобразователей, ПЛК,компьютеров, интерфейсов, протоколов, промышленных сетей, исполнительных устройств, драйверов, каналов передачи информации.

Архитектуру создает архитектор [Клир]. Основным требованием к архитектору является знание предметной области (принципов функционирования объекта автоматизации) и знание технических характеристик аппаратных и программных средств, используемых для построения системы.

При построении архитектуры должны быть заложены следующие свойства будущей автоматизированной системы:

• слабая связанность элементов архитектуры между собой (т. е. декомпозицию системы на части следует производить так, чтобы поток информации через связи был минимален и через них не замыкались контуры автоматического регулирования);
• тестируемость (возможность установления факта правильного функционирования);
• диагностируемость(возможность нахождения неисправной части системы);
• ремонтопригодность (возможность восстановления работоспособности за минимальное время при экономически оправданной стоимости ремонта);
• надежность (например, путем резервирования);
• простота обслуживания и эксплуатации (минимальные требования к квалификации и дополнительному обучению эксплуатирующего персонала);
• безопасность (соответствие требованиям промышленной безопасности и технике безопасности);
• защищенность системы от вандалов и неквалифицированных пользователей;
• экономичность (экономическая эффективность в процессе функционирования);
• модифицируемость (возможность перенастройки для работы с другими технологическими процессами);
• функциональная расширяемость(возможность ввода в систему дополнительных функциональных возможностей, не предусмотренных в техническом задании);
• наращиваемость (возможность увеличения размера автоматизированной системы при увеличении размера объекта автоматизации);
• открытость (см. раздел "Понятие открытой системы");
• возможность переконфигурирования системы для работы с новыми технологическими процессами;
• максимальная длительность жизненного цикла системы без существенного морального старения, достигаемая путем периодического обновления аппаратных и программных компонентов, а также путем выбора долгоживущих промышленных стандартов;
• минимальное время на монтаж и пуско-наладку(развертывание) системы.

Архитектура системы может быть различной в зависимости от решаемой задачи автоматизации. Такими задачами могут быть:

• мониторинг (продолжительные измерение и контроль с архивированием полученной информации);
• автоматическое управление (в системе с обратной связью или без нее);
• диспетчерское управление (управление с помощью человека-диспетчера, который взаимодействует с системой через человеко-машинный интерфейс);
• обеспечение безопасности.

Любая из перечисленных задач может выполняться на большом расстоянии между объектом автоматизации и системой. В этом случае говорят о задачах телемеханики (дистанционные измерение,управление, сигнализация). Однако, в связи с тем, что каналы дистанционной связи (интернет, радиоканал, оптико-волоконный канал, проводной канал)органично входят практически в любую систему автоматизации, задачу телемеханики все реже выделяют как самостоятельную.

Построение любой АСУ** начинается с декомпозиции(деления на части) системы на подсистемы. Декомпозиция может быть функциональной(алгоритмической) или объектной.

При объектной декомпозиции используются распределенные системы управления (см. 1.1.3), когда каждый объект автоматизации оборудуется локальным технологическим контроллером, решающим задачи в пределах этого объекта. При функциональной декомпозиции систему автоматизации делят на части, группируя сходные функции, и для каждой группы функций используют отдельный контролер. Оба вида декомпозиции могут быть использованы совместно. Выбор способов декомпозиции является творческим процессом и во многом определяет эффективность будущей системы.

Объектная декомпозиция объекта автоматизации используется в современных SCADA-пакетах, см., например[Аблин]. Она аналогична объектной декомпозиции, используемой в объектно-ориентированном программировании(ООП), основными признаками которой являются абстрагирование, инкапсуляция, модульность,иерархическая организация [Буч]. Классам ООП соответствуют контроллеры(ПЛК), объектам - контроллеры с заданными свойствами (параметрами), инкапсуляциясоответствует сокрытию конкретной реализации (например, с помощью функциональных блоков языка IEC 61131-3 (см. раздел "Программное обеспечение"));благодаря инкапсуляции существенно упрощается структура системы с точки зрения системного интегратора и тем самым уменьшается количество возможных ошибок.Модульность обеспечивается модульностью аппаратного обеспечения системы,иерархичность естественным путем вытекает из требований заказчика.

Независимо от метода декомпозиции, основным ее результатом должно быть представление системы в виде набора слабо связанных частей.Слабая связь между частями системы означает отсутствие между ними обратных связей или малость модуля петлевого усиления при наличии таких связей, а также отсутствие интенсивного обмена информацией.

Программные модули, реализующие отдельные функции в разных контроллерах, могут взаимодействовать между собой по промышленной сети с помощью технологии СОМ фирмы Microsoft,CORBA консорциума OMG [Причард] или SOAPконсорциума W3C [Ньюкомер].Для разработки заказного программного обеспечения распределенных систем управления используют специальную среду разработки систем реального времени[Kim] или стандартное программное обеспечение на основе технологии DCOM фирмы Microsoft(см. раздел "Программное обеспечение"). В статье[Perez-Aragon] приводится пример системы, в которой разные функции управления представлены в виде компонентов, написанных с помощьюCORBA, распределенных между разными контроллерами либо сгруппированных в одном из них. В работе [Sunder] предлагается способ построения архитектуры системы на основе "ячеек автоматизации", при котором на разных уровнях иерархии используются одни и те же ячейки с одним и тем же программным обеспечением, что делает систему однородной несмотря на иерархичность и поэтому снижает трудоемкость ее проектирования и обслуживания.

Более подробно программное обеспечение систем автоматизации будет рассмотрено в разделе "Программное обеспечение".

1.1.2. Простейшая система

Изображенная на рис. 1.1 система в зависимости от ее назначения и программного обеспечения может быть системой сбора данных, системой диспетчерского или автоматического управления, системой контроля, испытаний, диагностики и т.д. Это простейший вариант автоматизированной системы, построенной на основе одного компьютера, устройств ввода-вывода, датчиков и исполнительных устройств (актуаторов).

На рис. 1.1датчики подсоединены к одному многоканальному измерительному преобразователю. Однако различные типы датчиков могут требовать различных типов преобразователей или работать вообще без них.Некоторые типы интеллектуальных датчиков имеют интерфейс RS-485и могут подключаться непосредственно к компьютеру (контроллеру), как, например,датчики серии NL-1S фирмы НИЛ АП.

Системы мониторинга (наблюдения) за физическими процессами не содержат исполнительных устройств или используют электромагнитные(реже полупроводниковые) реле для коммутации измерительных цепей.

Обычный офисный компьютер в стандартной конфигурации имеет два порта USB, один СОМ-порт, один принтерный порт LPTи порт Ethernet, который появляется после установки в компьютер Ethernet-платы.Количество USB портов можно увеличить с помощью USB хабов, а количество COM-портов -с помощью преобразователя USB в COM (см. www.RealLab.ru/Interface_Converters.htm). Промышленные компьютеры и контроллеры обычно имеют несколько портов RS-485, RS-422 и оптоволоконный порт. Для применения оптического канала с офисным компьютером к нему можно подключить оптоволоконный преобразователь интерфейса. Все перечисленные порты можно использовать для обмена информацией межу компьютером и внешними устройствами (рис. 1.2).

Для увеличения дальности передачи сигнала по линии связи до1,2 км можно использовать преобразователи интерфейсов RS-232 в RS-485 или RS-422, а также интерфейс«токовая петля» (см. раздел "Промышленные сети и интерфейсы").

Внешние устройства, не имеющие гальванически изолированного порта, обычно подключают к компьютеру через изолирующие преобразователи интерфейсов, которые защищают компьютер от случайного попадания высокого напряжения в случае аварии или небрежного обращения. Примером изолирующего преобразователя для порта RS-232 может быть оптический изолятор OI-232-1000 (см. описание: pdf 200 Кб) фирмы НИЛ АП c напряжением изоляции 1000 В.

Если к компьютеру необходимо подключить еще одно устройство,а свободных портов не осталось, то можно использовать разветвители интерфейсов.Распространены разветвители интерфейсов USB (их еще называют хабами) и RS-232.Устройство, имеющее интерфейс RS‑232, можно подключить к USB порту компьютера, если использовать преобразователь USB в RS-232.

К компьютеру могут быть подключены не только специализированные модули ввода-вывода, но и многие измерительные приборы широкого применения. Например, вольтметр HP 34401A имеет интерфейс RS-232 и может быть подключен к компьютеру и программам, поддерживающим COM-технологию (например, MS Excel) с помощью СОМ-объекта RL232man фирмы НИЛ АП(рис. 1.2), подробнее см. раздел "Программное обеспечение".

Типовыми применениями описанной системы может быть домашняя автоматизация [Богданов], испытательный стенд для тестирования серийной продукции [Денисенко], лабораторные работы в ВУЗе, локальное управление технологическим процессом, контроль температуры в теплице или элеваторе, см. "Примеры применения" на вебсайте НИЛ АП.

9. Программное обеспечение

Современные системы промышленной и лабораторной автоматизации позволяют решать широкий круг задач, которые можно разделить на несколько групп, имеющих свои особенности:

• автоматизация управления технологическими процессами (АСУ ТП);
• взаимодействие системы с диспетчером (оператором);
• автоматизированный контроль и измерения (мониторинг);
• обеспечение безопасности;
• дистанционное управление,измерение, сигнализация (задачи телемеханики).

История развития программных средств автоматизации показала,что все особенности отдельных применений можно учесть путем настройки нескольких универсальных программ на выполнение конкретной задачи. К таким универсальным программам относятся:

• OPC сервер;
• средства МЭК-программированияконтроллеров;
• SCADA-пакеты.

Для систем автоматизации, не связанных с АСУ ТП,используются программы LabVIEW, MatLab, HP-VEE и др., ориентированные на автоматизацию эксперимента, измерений или математическую обработку их результатов. Для простых задач или широко тиражируемых приложений бывает экономически эффективно использовать заказное программирование на С++ или Visual Basic с применением покупных ActiveX элементов,снижающих трудоемкость разработки.

9.1. Развитие программных средств автоматизации

Для решения перечисленных выше задач первоначально использовались универсальные языки программирования высокого уровня и команда профессиональных программистов. Однако практика показала крайне низкую эффективность такой разработки. Оказалось, что разработка системы должна выполняться не программистами, а специалистами той предметной области, которая нуждается в автоматизации, т. е. технологами, а также системными интеграторами,которые осуществляют комплексное внедрение системы.

Необходимость в разработке средств программирования,предназначенных специально для систем автоматизации и ориентированных на технологов, была вызвана следующими причинами:

• требованием надежности программного обеспечения. Система, написанная целиком на алгоритмическом языке для конкретного заказа, содержала слишком много программного кода, на тщательную разработку и тестирование которого не хватало времени;
• сжатыми сроками внедрения системы и ограниченной стоимостью работ. Для создания системы в короткий срок при ограниченном бюджете требовалось большое количество готовых универсальных программных компонентов, уже написанных и тщательно оттестированных;
• необходимостью модификации системы в процессе ее эксплуатации. Внести изменения в специализированную программу мог только написавший ее программист, который к этому времени обычно работал уже на другом предприятии. Поэтому вместо того, чтобы модифицировать программное обеспечение, его приходилось переписывать заново;
• требованиями совместимости с другими системами автоматизации, работающими на том же предприятии. Были необходимы стандартные интерфейсы между программами, созданными разными производителями на разных аппаратно-программных платформах;
• высокими требованиями к качеству пользовательского интерфейса. Ограниченный бюджет времени и финансовых ресурсов не позволял разработать достаточно хороший программный интерфейс на универсальных алгоритмических языках.

Разделение труда по созданию программных средств автоматизации

Перечисленные причины привели к следующему разделению труда по созданию программных средств для систем автоматизации: фирмы,специализирующиеся на программном обеспечении, создают универсальные системы программирования задач автоматизации (SCADA-пакеты и средства МЭК-программирования), а инжиниринговые фирмы(системные интеграторы[Куцевич]) адаптируют эти средства к нуждам конкретного заказчика. В результате достигается решение всех перечисленных выше проблем.Более того, благодаря существенному упрощению процесса адаптации по сравнению с классическим программированием изменения в алгоритмы управления могут быть внесены, например, технологом эксплуатирующей организации без привлечения системных интеграторов или программистов.

В настоящее время заказные программы естественным путем вытеснены с рынка промышленной автоматизации SCADA-пакетами и аналогичными универсальными средствами автоматизации, а также средствами программирования контроллеров на языках стандарта МЭК 61131-3 [Lewis,Петров].

Заказные и специализированные программные средства автоматизации

В силу своей универсальности SCADA-пакеты оказались слишком дорогими для применения в простых задачах, когда, например,необходимо записать в компьютер несколько значений температуры или сделать один контур управления температурой в термошкафе. Эту проблему частично удается решить введением зависимости цены SCADA-пакетов от количества тегов, однако остается нерешенной проблема трудоемкости изучения и сложности адаптации SCADA к простым задачам, а также высокая стоимость консультаций по применению. SCADA-пакеты не смогли занять сегмент рынка простых систем, которые не требуют предварительного изучения или настройки и построены по принципу "Plug&Play" - "вставил - и заиграло". Подобные программы уже не могут быть такими универсальными и функционально насыщенными, как SCADA. Они являются специализированными,ориентированными на узкий круг задач отображения графиков или простейшего управления с небольшим количеством тегов. Примером такой простой программы может служить RLDataView фирмы НИЛ АП.

Экономически целесообразно осталось также разрабатыватьзаказныепрограммы для серийно тиражируемых, однотипных систем автоматизации, например, систем контроля температуры в силосах элеваторов[Бабенко]. Для упрощения и повышения качества заказного программирования широко используются ActiveX элементы,специально разработанные для задач автоматизации: для построения графиков,органов управления и индикации, для отображения технологических схем [Денисенко]. Такие системы создаются на языках визуального программирования Visual C++, Visual Basic, VBA, Delphi.

9.1.1. Графическое программирование

Языки визуального программирования появились в начале 90-х годов и содержат большое число стандартных функций и библиотек, а также готовых средств визуализации. Они позволяют создавать очень удобные и эффектные программы,однако достигается это за счет резкого увеличения объема программного кода.Поэтому языки визуального программирования, как и текстовые, по-прежнему не позволяют модифицировать алгоритмы силами технологов без участия профессиональных программистов.

Настоящую революцию в программировании систем автоматизации сделали языки графического программирования. Одним из первых в этом классе был графический язык среды Simulink,входящей в состав Matlab (MathWorks Inc), а также языки LabVIEW (National Instruments) и HP-VEE (Hewlett Packard). Они были предназначены и успешно использовались для сбора данных, моделирования систем автоматизации,автоматического управления, обработки собранных данных и их визуального представления в виде графиков, таблиц, звука, с помощью компьютерной анимации.Графические языки были настолько простыми и естественными, что для их освоения зачастую было достаточно метода проб и ошибок без использования учебников и консультаций. Человек, не знакомый с программированием на алгоритмических языках, пользуясь только логикой и понимая постановку прикладной задачи, мог собрать работающее приложение из готовых компонентов, набрасывая их мышкой на экран монитора и проводя графические связи для указания потоков информации.

Первые языки программирования алгоритмов работы систем автоматизации были нестандартными. Каждая фирма, создававшая контроллер или SCADA-пакет, предлагала свой язык. Это требовало от системных интеграторов дополнительных усилий и затрудняло освоение новых SCADA пакетов и средств программирования контроллеров.

Поэтому появление в 1993 году стандарта на языки программирования контроллеров МЭК 61131-3 [IEC] было большим шагом в направлении создания открытых систем автоматизации и обеспечило снижение стоимости разработки, сокращение сроков,повышение качества реализации алгоритмов автоматизации и возможность детального изучения языков программирования, пригодных для любого контроллера. МЭК 61131-3устанавливал стандарты для пяти языков программирования, рассчитанных на специалистов разных профессий, не связанных с программированием.

9.1.2. Графический интерфейс

Создание графических интерфейсов пользователя на компьютере явилось большим достижением в направлении развития средств диспетчерского управления. Главным эффектом от применения графического интерфейса является существенное снижение количества ошибок, допускаемых оператором (диспетчером) в стрессовых ситуациях при управлении производственными процессами. Проектирование пользовательского интерфейса основано на следующих принципах [Wang]:

• узнаваемость:назначение элементов экрана должно быть понятно без предварительного обучения,допустимые манипуляции с этими элементами также должны быть понятны интуитивно.Пользовательский интерфейс не должен содержать излишней детализации;
• логичность:пользователь, имеющий опыт работы с одной программой, должен быть способен быстро, практически без обучения, адаптироваться к любой аналогичной программе;
• отсутствие"сюрпризов": знакомые из прошлого опыта операции с элементами на экране должны вызывать знакомые реакции системы;
• восстанавливаемость:система не должна быть чувствительна к ошибкам оператора. Оператор должен иметь возможность отменить любое свое неправильное действие. Для этого используются многократные подтверждения, отмены, возврат на несколько шагов назад, установка контрольных точек и т. п.;
• наличие удобной справки,подсказок, встроенных в пользовательский интерфейс, средств контекстного поиска и замены;
• адаптация к опыту пользователя: начинающий пользователь должен иметь более простой интерфейс с большим количеством подсказок. Для опытного пользователя количество подсказок должно быть уменьшено, поскольку они мешают в работе.

9.1.3. Открытость программного обеспечения

Программные средства автоматизации должны удовлетворять требованиям открытости (см. "Понятие открытой системы"1). Для этого они должны поддерживать:

• стандартные средства программирования МЭК 61131-3;
• стандарт ОРС для связи с физическими устройствами;
• стандартные сетевые протоколыEthernet, Modbus, Profibus, CAN и др.;
• стандартный интерфейс ODBC для доступа к базам данных c языком запросов SQL;
• наиболее распространенные операционные системы (Windows XP/CE, Linux);
• веб-технологию;
• обмен данными с Microsoft Office.

Перечисленные средства удовлетворяют общепризнанным или официальным стандартам, имеются в свободной продаже, разрабатываются несколькими независимыми производителями, конкурирующими между собой (последнее не касается MS Windows и MS Office).

9.1.4. Связь с физическими устройствами

Связь программного обеспечения с физическими устройствами в системах автоматизации осуществляется с помощью методов DDE, OLE, COM, DCOM и OPC.

Технология обмена данными между приложениями Windows с аббревиатурой DDE(Dynamical Data Exchange - "динамический обмен данными") - появилась в 1987 г. вместе с Windows 2.0. В промышленной автоматизации DDE использовалась для обмена данными между SCADA в качестве DDE-клиента и физическим устройством, которое поставлялось с DDE сервером.

После появления OLE(Object Linking and Embedding - "связывание и внедрение объектов") фирмы Microsoft, а позже COM (Component Object Model - "модель многокомпонентных объектов") и DCOM (Distributed COM - "СОМ для распределенных систем") [Круглински] технология DDE была полностью вытеснена этими новыми средствами, которые оказались гораздо более эффективными.

Технология COM предоставляет средства для взаимодействия между разрозненными программными модулями,написанными на разных языках программирования, которые собираются в единую систему во время исполнения. Взаимодействие COM объекта с другими программами или программными модулями выполняется через программные интерфейсы c использованием метода"клиент-сервер".

Одной из составляющих COM являетсяAutomation - средства взаимодействия программ, написанных на С++ с программами на языке VBA (Visual Basic for Application)или Delphi, а также с программами на языках сценариев(VBScript, JScript). Благодаря автоматизацииCOM-объект может быть также размещен и исполняться на веб-странице.

Расширение COM в виде DCOM позволяет программам взаимодействовать между собой, даже если они исполняются на разных компьютерах локальной сети. Поэтому DCOM явилась универсальной программной технологией, которая как нельзя лучше позволяет осуществить взаимодействие между SCADAв качестве клиента и сервером, обеспечивающим интерфейс к аппаратным средствам промышленной автоматизации. Именно благодаря этому свойству DCOM была использована в качестве базы для разработки стандарта OPC[Iwanitz] - "OLE for Process Control" - "OLE для управления процессами", который лежит в основе всех современных SCADA пакетов, взаимодействующих с аппаратурой через OPC сервер.

9.1.5. Базы данных

Системы автоматизации работают с большими объемами данных,которые необходимо хранить, сортировать, группировать, извлекать и представлять в виде, удобном для пользователя. Данные извлекаются с помощью языка запросовSQL (Structured Query Language -"структурированный язык запросов"), который стал стандартом в системах автоматизации. Наиболее распространенными системами управления базами данных (СУБД)являются Microsoft SQL Server, Wonderware Industrial SQL Server, Microsoft Access иExcel. Основными свойствами СУБД являются:

• наличие пользовательского интерфейса на базе языка запросов SQL;
• возможность одновременного обслуживания нескольких пользователей;
• корректность работы с данными.

Открытые системы используют обращение к СУБД через драйверODBC (Open Database Connectivity - "подключение к открытой базе данных"). ODBC используется, когда необходимо обеспечить независимость прикладной программы от типа СУБД или типа операционной системы и требуется подключиться к нескольким различным СУБД(например, одновременно к MS SQL Server, MS Excel, MS Access, Paradox и др.). При использовании нескольких ODBC драйверов ими управляет менеджер драйверов. ODBC драйвер транслирует стандартный SQL запрос в формат запроса для конкретной СУБД. Таким образом, для работы с новой базой данных пользователю достаточно добавить в систему новый ODBC драйвер, не изменяя прикладную программу.

9.1.6. Операционные системы реального времени

Быстродействие ПЛК или компьютера влияет на величину динамической погрешности системы автоматизации и запас ее устойчивости при наличии обратной связи. Для улучшения этих характеристик используют быстродействующие модули ввода-вывода и компьютер (ПЛК) с высокопроизводительным процессором. Это позволяет улучшить динамические характеристики системы, однако большинство операционных систем (ОС) не могут обеспечить одно и то же время выполнения задачи при повторных ее запусках, т. е. время выполнения является случайнойвеличиной. В некоторых случаях непредсказуемость времени исполнения задачи приводит к отказу системы.

Пусть, к примеру, автомат подсчитывает количество бутылок на конвейере. Если бутылки появляются напротив датчика с периодом 1 с, а время реакции системы на появление бутылки составляет 0,7 с, то система кажется работоспособной. Однако, если задержка является случайной величиной, то в некоторый момент времени она может оказаться больше 1 с, что приведет к появлению случайной ошибки в количестве бутылок, т.е. к отказу системы.Величина ошибки определяется статистической функцией распределения случайных задержек.

Для устранения этой проблемы был разработан класс операционных систем, которые обеспечивают детерминированное (т.е. не случайное)время выполнения задач и время реакции на аппаратные прерывания. Такие ОС получили название операционных систем реального времени ОС РВ) [Galvin] и были поделены на ОС жесткого и мягкого реального времени.Отличительным признаком ОС РВ является не время выполнение задач, а гарантированность постоянства величины этого времени для одной и той же задачи.

ОС жесткого реального времени гарантирует выполнение задачи за заранее известное время. В ОС мягкого реального времени приняты особые меры для устранения неопределенности времени выполнения, однако полностью неопределенность не устраняется.

Стандарт IEEE 1003.1 даёт следующее определение РВ: "Реальное время в операционных системах — это способность операционной системы обеспечить требуемый уровень сервиса в определённый промежуток времени".Следовательно, ОС РВ отличаются своим поведением, а не внутренним принципом построения. Поэтому если вероятность появления недопустимо больших задержек достаточно низка для достижения требуемого уровня сервиса (например, если она меньше допустимой вероятности отказа системы), то такая ОС в конкретном применении может рассматриваться как ОС РВ. В частности, в соответствии с определением стандарта POSIX операционная система Windows XP при управлении медленными (тепловыми) процессами может рассматриваться как ОС РВ.

Тем не менее, существуют определенные методы построения операционных систем, которые обеспечивают прямоугольную плотность распределения вероятности задержки и поэтому относятся к ОС жесткого реального времени независимо от уровня предоставляемого сервиса. В ОС жесткого РВ процесс представляется на выполнение одновременно с указанием требуемого времени выполнения [Galvin]. Планировщик ОС либо разрешает выполнение, гарантируя требуемое время, либо отклоняет процесс как невозможный для исполнения. Для этого планировщик должен точно знать, сколько времени требуется каждой функции ОС для выполнения задачи.

Базовыми требованиями для обеспечения режима реального времени являются следующие [Furr]:

• высокоприоритетные задачи всегда должны выполняться в первую очередь;
• должна быть исключена инверсия приоритетов (см. ниже);
• процессы и потоки, время выполнения которых нельзя планировать, никогда не должны полностью занимать ресурсы системы.

Инверсией приоритетов называют ситуацию, когда поток с высоким приоритетом требует предоставления ресурса, который уже занят потоком с более низким приоритетом. Получается, что высокоприоритетный поток стоит в очереди, в то время как исполняется низкоприоритетный (происходит"инверсия приоритетов"). Такая ситуация возможна, если имеется поток со средним приоритетом, который блокирует завершение выполнение потока с низшим приоритетом, а поток с высшим приоритетом не может начаться, поскольку захвачен необходимый ему ресурс. Основным методом решения этой проблемы в ОС РВ являетсянаследование приоритетов[Jean J. Labrosse], которое заключается в следующем. Если низкоприоритетный поток блокирует выполнение нескольких высокоприоритетных потоков, то низкоприоритетный поток игнорирует назначенный ему первоначально приоритет и выполняется с приоритетом, который является наивысшим в блоке ожидающих его потоков. После окончания работы поток принимает свой первоначальный приоритет.

Для обеспечения режима реального времени в ОС могут быть реализованы следующие требования [Furr, Jean J. Labrosse]:

• поддержка динамических приоритетов (которые можно менять в процессе выполнения задачи) в многозадачном режиме с вытесняющим ядром (как для процессов, так и для потоков);
• возможность наследования приоритетов;
• возможность вытеснения задач ядром ОС;
• ограниченная латентность прерываний (время, в течение которого прерывание запрещено - на время обработки критической секции кода);
• выполнение сервисов ОС с приоритетом, который назначается клиентом сервиса.

В системах РВ обычно отсутствует виртуальная память,поскольку этот метод использует подкачку страниц с диска, время выполнения которой является непредсказуемым.

Наиболее распространенными в ПЛК и компьютерах для решения задач автоматизации являются операционные системы Windows CE, QNX Neutrino и OS-9.

Windows CE.NET

Многозадачная операционная система жесткого реального времени Windows CE.NET корпорации Microsoft поддерживает микропроцессоры с архитектурой ARM, StrongARMи xScale,MIPS, SH, X86-совместимые и имеет следующие свойства:

• допускает одновременное выполнение до 32 процессов;
• имеет 256 уровней приоритетов;
• поддерживает вытесняющую многозадачность;
• обеспечивает карусельное исполнение цепочек с одинаковым приоритетом;
• поддерживает вложенные прерывания;
• имеет среднее время обработки прерывания 2,8 мкс (на Pentium 166 МГц), поддерживает вложенные прерывания;
• обеспечивает время обработки потока прерываний (Interrupt Service Thread, IST), равное 17,9 мкс (на Pentium 166 МГц);
• в минимальной конфигурации может быть установлена при объеме ОЗУ 200 Кб.

Ядро этой ОС принципиально отличается от ядра ОС для настольных компьютеров. В Windows CE.NETобъединены все возможности систем реального времени и последние технологии Windows. Планирование выполняется на основе приоритетов, для устранения инверсии используется наследование приоритетов.Несмотря на наличие возможности работы с виртуальной памятью, для обеспечения режима жесткого реального времени ее отключают.

Windows CE .NET поддерживает Microsoft Visual Studio .NET и Microsoft eMbedded Visual C++ с языками программирования Visual C++, Visual C#, and Visual Basic .NET.

QNX Neutrino

QNXNeutrino корпорации QNX Software Systems является операционной системой реального времени и обеспечивает многозадачный режим с приоритетами [Цилюрик]. Поддерживает микропроцессоры семейств ARM, StrongARM, xScale, x86, MIPS, PowerPC, SH-4.

QNX относится к микроядерным ОС(т.е. реализует только базовые функции ядра - управление адресным пространством ОЗУ и виртуальной памяти, процессами и потоками, обеспечивает межпроцессорную коммуникацию). Состоит из ядра, планировщика процессов и сервисов. Построена на основе сервисов - небольших задач, выполняющих основные функции ОС. Такая структура позволяет отключить любую ненужную функциональность, не изменяя ядро.Каждый драйвер, приложение, протокол или файловая система выполняются вне ядра,в защищенном адресном пространстве.

Инверсия приоритетов преодолевается с помощью распределенного наследования приоритетов.

OS-9

Операционная система OS-9 фирмы Microware System является многозадачной и многопользовательской, работает в режиме мягкого реального времени. Используется во встраиваемых приложениях на платформах ARM, StrongARM, MIPS, PowerPC, Hitachi SuperH, x86, Pentium, XScale, Motorola 68K [Бурдонов].

Для передачи информации в системах автоматизированного управления технологическими комплексами всё шире используются не традиционные каналы связи (многожильные кабели, телефонные каналы и т.п.), а локальные компьютерные сети (LAN – Local Area Network). Существенная разница при этом заключается не столько в виде физической среды передачи информации, сколько в гораздо более сложных и эффективных способах кодирования и сжатия информации. К сожалению, современные решения для построения локальных информационных сетей не всегда оказываются приемлемыми в силу негарантированного времени доставки информации (что малопригодно для систем реального времени) и сложности аппаратных решений, особенно для скоростных сетей.

Элементы сетевого оборудования  сетей Profinet (Industrial Ethernet)
концерна Siemens AG (Германия)



Элементы сетевого оборудования промышленных сетей Profibus
концерна Siemens AG

В АСУ ТП часто используют сегменты обычных локальных и глобальных (WAN – Wide Area Network) сетей, например, сети стандарта Ethernet. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть предприятия или сеть Internet, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д.

Чаще всего локальные сети используются для совместного использования таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и устройства отображения и документирования информации, операторские пульты и т.п. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С помощью локальных сетей можно также управлять работой сложной технологической системы с нескольких компьютеров одновременно.

Следует отметить, что специфика задач, решаемых в АСУ ТП, предъявляет исключительно высокие требования к быстродействию и надежности сети. В первую очередь это относится к локальным сетям, обеспечивающим обмен данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, обмен данными между контроллерами и подключение к контроллерам удаленных интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств.

Связь между элементами систем автоматизированного управления на уровне датчиков, приводов, исполнительных механизмов и контроллеров в АСУ ТП обеспечивают промышленные сети передачи данных. Эти сети используются для:

                 передачи данных между контроллерами, датчиками, измерительными устройствами и исполнительными механизмами;

                 диагностики и удалённого конфигурирования датчиков, приводов и исполнительных механизмов;

                 калибрования датчиков и измерителей технологических параметров;

                 питания датчиков и исполнительных механизмов;

                 передачи данных между интеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами, минуя центральный контроллер;

                 связи между интеллектуальными датчиками, интеллектуальными исполнительными механизмами, PLC и АСУ ТП верхнего уровня.

Промышленный сервер SIMATIC IPC547C



Промышленный сервер в системе автоматизации стана холодной прокатки Siemens VAI (Австрия)

Для передачи данных в промышленных сетях применяют кабели, волоконно-оптические линии и беспроводную связь (радиомодемы и WiFi). Часто промышленную сеть называют сетью полевого уровня или полевой шиной. Термин «полевая шина» является дословным переводом английского термина «fieldbus», используемого в зарубежной технической литературе.
Примером промышленной сети может служить очень широко распространенная в европейском машиностроении и управлении промышленным оборудованием мощная сеть полевого уровня Profibus (Process Field Bus), разработанная компанией Siemens AG (Германия) для своих промышленных контроллеров SIMATIC [12]. Profibus обеспечивает обмен данными между ведущими и ведомыми устройствами или между несколькими ведущими устройствами и позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на полевом уровне. Так, например, Profibus может связывать PLC с удаленными ведомыми модулями распределенного ввода/вывода, расположенными вблизи конкретных полевых устройств, либо с индикаторными панелями и органами управления на пультах операторов.

Говоря о сетевых компонентах систем автоматизированного управления, нельзя не упомянуть о таких важнейших понятиях теории сетей, как сервер и клиент. Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов. Серверов в сети может быть несколько, и не обязательно сервер – самый мощный компьютер. Выделенный сервер – это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети и другими задачами. Клиентом (рабочей станцией) называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает. В принципе, каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Общая структурная схема современной системы автоматизированного управления производством представлена на рис. 4.1. Нижний уровень системы составляют датчики, устройства измерения технологических параметров, приводы и исполнительные устройства, установленные на технологическом оборудовании и предназначенные для сбора первичной информации и реализации исполнительных воздействий. Этот уровень называют уровнем ввода-вывода (I/O) или полевым (Field) уровнем. Устройства полевого уровня могут быть интеллектуальными, в этом случае обмен информацией с ними может осуществляться непосредственно по сети передачи данных.

Следующий уровень системы – программируемые контроллеры. Они выполняют функцию непосредственного автоматического управления технологическими процессами. Управление исполнительными механизмами осуществляется по определенным алгоритмам путем обработки данных о состоянии технологических параметров, полученных посредством измерительных приборов. Этот уровень получил наименование уровня непосредственного управления (Control).

Серверы технологических данных и автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов технологического оборудования (рис. 4.1) образуют так называемую SCADA-систему, верхний уровень АСУ ТП.

SCADA – аббревиатура от английского Supervisory Control and Data Acquisition, что переводится как «сбор данных и диспетчерское управление». Серверы обеспечивают работу SCADA-системы, поддерживая протокол обмена данными с технологическими устройствами (контроллерами, интеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами) и протокол работы с сетью персональных компьютеров. Основными функциями SCADA-систем являются:

                 сбор, первичная обработка и накопление информации о параметрах технологического процесса и состоянии оборудования от промышленных контроллеров и других цифровых устройств, непосредственно связанных с технологической аппаратурой;

                 отображение информации о текущих параметрах технологического процесса на экранах АРМ операторов и технического персонала в виде графических мнемосхем;

                 отображение графиков текущих значений технологических параметров в реальном времени за заданный интервал;

                 операторское управление технологическим процессом;

                 обнаружение критических (аварийных) ситуаций;

                 вывод на экраны АРМ операторов технологических и аварийных сообщений;

                 архивирование истории изменения параметров технологического процесса;

                 предоставление данных о параметрах технологического процесса для их использования в системах управления предприятием.

Выше АСУ ТП различных технологических комплексов предприятия в иерархии системы управления расположены:

                 система организации производства MES (Manufacturing Execution System). Эта система выполняет упорядоченную обработку информации о ходе изготовления продукции в различных цехах предприятия, обеспечивает управление качеством и предоставляет в реальном времени необходимую информацию для следующих уровней управления предприятием;

                 системы материально-производственного планирования MRP (Manufacturing Resource Planning) и планирования производственных ресурсов предприятия ERP (Enterprise Resource Planning). В России системы этого уровня больше известны под названием АСУП (автоматизированные системы управления предприятием). Они предназначены для автоматизации планирования производства и финансовой деятельности, снабжения и продаж, анализа, прогнозирования и т.д. [13].

Рассмотренную модель комплексной автоматизации предприятия можно упрощать, объединяя любые два соседних уровня иерархии, но принципиально подход остается одинаковым.

В соответствии с современной идеологией основные задачи управления решаются на нижних уровнях системы, что позволяет повысить быстродействие системы и разгрузить вычислительную сеть от передачи излишней информации. На верхние уровни управления возлагаются только те задачи, для выполнения которых вычислительные средства нижних уровней не приспособлены, например, отображение текущего состояния автоматизируемого производства, работа с большими базами данных (БД), документальное сопровождение деятельности предприятия и т.д.

Курсовая работа

Автоматизированные системы управления

1. Основные понятия об АСУ

2. Классификация АСУ

2.1. Информационные системы             

2.2. Управляющие системы             

3. Подсистема технического обеспечения: назначение, содержание, исследование

4. Информационное обеспечение и его состав. Информационные потоки

5. Проблемы и задачи при внедрении АСУ

6. Заключение

7. Список использованной литературы

Проектирование систем управления играет важную роль в современных технологических системах. Выгоды от её совершенствования систем управления в промышленности могут быть огромны. Они включают улучшение качества изделия, уменьшение потребления энергии, минимизацию максимальных затрат, повышение уровней безопасности и сокращение загрязнения окружающей среды. Трудность здесь состоит в том, что ряд наиболее передовых идей имеет сложный математический аппарат. Возможно, математическая теория систем – одно из наиболее существенных достижений науки ХХ века, но её практическая ценность определяется выгодами, которые она может приносить. Проектирование и функционирование автоматического процесса, предназначенного для обеспечения технических характеристик, таких, например, как прибыльность, качество, безопасность и воздействие на окружающую среду, требуют тесного воздействия специалистов различных дисциплин.

1. Основные понятия об АСУ

Интенсивное усложнение и увеличение масштабов промышленного производства, развитие экономико-математических методов управления, внедрение ЭВМ во все сферы производственной деятельности человека, обладающих большим быстродействием, гибкостью логики, значительным объёмом памяти, послужили основой для разработки автоматизированных систем управления (АСУ), которые качественно изменили формулу управления, значительно повысили его эффективность. Достоинства компьютерной техники проявляются в наиболее яркой форме при сборе и обработке большого количества информации, реализации сложных законов управления.

АСУ – это, как правило, система «человек-машина», призванная обеспечивать автоматизированный сбор и обработку информации, необходимый для оптимизации процесса управления. В отличие от автоматических систем, где человек полностью исключён из контура управления, АСУ предполагает активное участие человека в контуре управления, который обеспечивает необходимую гибкость и адаптивность АСУ.

Рассмотрим упрощённую структурную схему переработки данных в АСУ (рис. 1). Цифрами обозначены этапы переработки данных. Из анализа схемы видно, что этапы 1, 2, 3, 4, 8, 9 в своём составе могут содержать много операций, которые не требуют творческого участия человека и, следовательно, могут быть выполнены техническими средствами. Этапы же 5, 6, 7 требуют творческого подхода к решению поставленных задач, этап 7 вообще не может быть осуществлён без участия человека, т.к. несёт в себе элемент правовой ответственности.

Рис. 1. Упрощённая схема переработки информации в АСУ

Поэтому следует говорить не о вытеснении человека из контура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком и техническими средствами, освобождающем человека от решения рутинных задач и возлагающем на него задачи, решение которых требует творчества.

Существенными признаками АСУ является наличие больших потоков информации, сложной информационной структуры, достаточно сложных алгоритмов переработки информации. Общими свойствами и отличительными особенностями АСУ как сложных систем являются следующие:

             наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, причём изменение в характере функционирования какого-либо из элементов отражается на характере функционирования другого и всей системы в целом;

             система и входящие в неё разнообразные элементы в подавляющем большинстве являются многофункциональными;

             взаимодействие элементов в системе может происходить по каналам обмена информацией, энергией, материала и др.;

             наличие у всей системы общей цели, общего назначения, определяющего единство сложности и организованности, несмотря на всё разнообразие входящих в неё элементов;

             переменность структуры (связей и состава системы), обеспечивающий многорежимный характер функционирования;

             взаимодействие элементов в системе и с внешней средой в большинстве случаев носит стохастический характер;

             автоматизация имеет высокую степень, в частности широкое применение средств автоматики и вычислительной техники для гибкого управления и механизации умственного и ручного труда человека, работающего в системе;

             управление в подавляющем большинстве систем носит иерархический характер, предусматривающий сочетание централизованного управления или контроля с автономностью её частей.

2. Классификация АСУ

В зависимости от роли человека в процессе управления, форм связи и функционирования звена «человек-машина», оператором и ЭВМ, между ЭВМ и средствами контроля и управления все системы можно разделить на два класса:

1.                  Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном виде информацию о ходе технологического или производственного процесса. В результате соответствующих расчётов определяют, какие управляющие воздействия следует произвести, чтобы управляемый процесс протекал наилучшим образом. Основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию.

2.                  Управляющие системы, которые обеспечивают наряду со сбором информации выдачу непосредственно команд исполнителям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т.е. в темпе технологических или производственных операций. В управляющих системах важнейшая роль принадлежит машине, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы.

2.1. Информационные системы

Цель таких систем – получение оператором информации с высокой достоверностью для эффективного принятия решений. Характерной особенностью для информационных систем является работа ЭВМ в разомкнутой схеме управления. Причём возможны информационные системы различного уровня.

Информационные системы должны, с одной стороны, представлять отчёты о нормальном ходе производственного процесса и, с другой стороны, информацию о ситуациях, вызванных любыми отклонениями от нормального процесса.

Различают два вида информационных систем: информационно-справочные (пассивные), которые поставляют информацию оператору после его связи с системой по соответствующему запросу, и информационно-советующие (активные), которые сами периодически выдают абоненту предназначенную для него информацию.

В информационно справочных системах ЭВМ необходима только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе информации, переработанной в ЭВМ и предоставленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно способа управления объектом.

Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и системы централизованного контроля и являются более высокой ступенью их организации. Отличия носят преимущественно качественный характер.

В информационно-советующих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции:

             определение рационального технологического режима функционирования по отдельным технологическим параметрам процесса;

             определение управляющих воздействий по всем или отдельным параметрам процесса;

             определение значений (величин) установок локальных регуляторов.

Данные о технологических режимах и управляющих воздействиях поступают через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору. Принятие решений оператором основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыта управления им. Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.

2.2. Управляющие системы

Управляющая система осуществляет функции управления по определённым программам, заранее предусматривающим действия, которые должны быть предприняты в той или иной производственной ситуации. За человеком остаётся общий контроль и вмешательство в тех случаях, когда возникают непредвиденные алгоритмами управления обстоятельства. Управляющие системы имеют несколько разновидностей.

Супервизорные системы управления. АСУ, функционирующая в режиме супервизорного управления, предназначена для организации многопрограммного режима работы ЭВМ и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надёжностью. Управляющая программа определяет очевидность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ЭВМ.

Системы прямого цифрового управления. ЭВМ непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передаёт команды управления на исполнительные механизмы. Режим прямого цифрового управления позволяет применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптимальный вариант; реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления; снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.

3. Подсистема технического обеспечения: назначение, содержание, исследование

Управление современным сложным высокомеханизированным производством может быть достаточно эффективным только при условии оснащении его разнообразной организационной и вычислительной техникой. Интенсивность современного производства и скоротечность многих технологических процессов, повышение требований к качеству продукции определяют объективную необходимость органического включения средств управления в процессе производства. Множественность связей между различными элементами и участками производства определяет необходимость оперативных контактов между  ними, выбора наиболее рациональных направлений и форм связи и оснащения их эффективной техникой. Сложность принимаемых в процессе управления решений требует их многовариантной разработки и выбора наиболее эффективного варианта. Это существенно повышает объем и трудоемкость управленческих работ и становиться практически реальным только при использовании высокопроизводительной техники управления.

Огромные массивы регистрируемой, передаваемой и обрабатываемой информации потребовали бы неоправданных затрат труда, если бы в помощь человеку для этой цели не была бы подключена соответствующая техника. Хранение и обработка информации также нуждается в механизации. Скорость получения и обработки информации превращает ее запасы из ненужного архива данных в активное средство воздействия на управляемый объект.

В зависимости от решаемых управленческих задач могут быть задействованы следующие информационно-управленческие технологии:

            сберегающие (экономят трудозатраты, материалы и финансовые  ресурсы, но  не оказывают существенное влияние на изменение состояния и уровня функционирования предприятия), в основном передающие информацию от источника к адресату без ответственности за суть передаваемой информации и ее использование адресатом;

            рационализирующие (охватывают не только функции передачи, но и в определенной мере ответственны за использование информации);

            творческие (выработка новых знаний, их передача, переработка, использование для усовершенствования объекта управления).

Таким образом, техническое оснащение системы управления является одним из существенных условий повышения качества управления и снижения затрат, связанных с ним.

Техническое оснащение процессов управления требует значительных капитальных вложений  и вносит существенное изменения в содержание управленческого труда, предъявляя дополнительные требования к подготовке руководителей разных рангов и специалистов. Эффективность этих затрат в значительной мере зависит от организации всей работы по внедрению и эксплуатации техники управления. Технические средства управления включают разнообразные виды машин, механизмов, приборов и приспособлений.

Наличие даже значительного количества техники не может в полной мере характеризовать реальный уровень технической оснащенности управления, так как применение отдельных видов даже очень прогрессивной техники может происходить при небольшой ее загрузке. Техника может использоваться не по прямому назначению, может увеличиться трудоемкость ее обслуживания, в результате чего вырастают затраты по управлению без должных результатов. Кроме того, новая техника управления должна сопровождаться изменениями информационной системы, организации управленческого труда и квалификации кадров, организационной структуры аппарата управления. Совершенствование техники в отрыве от других элементов системы управления снижает ее эффективность и не создает реального технического обеспечения системы управления.

Под техническим обеспечением системы управления понимается оснащение процессов управления современными техническими средствами, соответствующими применяемым методам управления, материально-технической базе производства и методам его организации и сочетающимися со всеми остальными элементами системы управления.

Основными требованиями, предъявляемыми к техническому обеспечению управления, являются:

        комплексность механизации и автоматизации процессов управления и отдельных видов работ;

        пропорциональность производительности разных видов техники, связанной между собой процессом управления;

        непрерывность использования технических средств и движения информационных потоков;

        ритмичная работа техники и всех звеньев аппарата управления;

        экономичность эксплуатации техники управления.

Эти черты технической базы управления характеризуют ее как систему определенным образом организованных технических средств.

Таким образом, можно сказать, что уровень технической оснащенности в значительной мере определяет всю систему организации управления.

Анализ технического обеспечения представляет собой один из центральных разделов общего анализа организации управления. Целью анализа организации технического обеспечения являются: оценка уровня механизации и автоматизации процессов управления и отдельных видов работ; определение степени комплексности оснащения процессов управления техникой; выявление соответствия технических средств характеру механизируемых процессов управления, т.е. рациональность ее использования; оценка использования наличной техники, выявление излишней техники и обоснование дополнительной потребности в ней.

Анализ технического обеспечения опирается на данные статистической отчетности и оперативного учета, которые особенно подробно характеризуют состав и использование вычислительной техники. При анализе технического оснащения широко применяется система показателей, характеризующих состояние, качественный состав и использование техники управления.

4. Информационное обеспечение и его состав. Информационные потоки

Важнейшая особенность процесса управления заключается в его информационной природе. В управляющей системе на основе тщательного изучения и анализа информации о задачах, которые ставит перед собой   организация, о состоянии управляемого объекта, тенденциях его развития, о смежных производствах, научно-технических разработках о составе коллектива, формах организации его труда и т. д. создается информационная модель будущего состояния объекта и обосновываются условия и этапы ее реализации, т. е. принимаются решения по преобразованию объекта. Организация реализации принятых решений проводится через систему методов воздействия на  работников с использованием информации о ходе выполнения принятых решений (обратная информация). Чем точнее и объективнее информация, находящаяся в распоряжении системы управления, чем полнее она отражает действительное состояние и взаимосвязи в объекте управления, тем обоснованнее поставленные цели и реальные меры, направленные на их достижение.

Так как руководитель в своей работе опирается на информацию о состоянии объекта и создает в результате своей деятельности  новую командную информацию с целью перевода управляемого объекта из фактического состояния в желаемое, то информацию  условно считают предметом и продуктом управленческого труда.

Информация как элемент управления и предмет управленческого труда должна обеспечить качественное представление о задачах и состоянии управляемой и управляющей систем и обеспечить разработку идеальных моделей желаемого их состояния.

Информационное обеспечение – это часть системы управления, которая представляет собой совокупность данных о фактическом и возможном состоянии элементов производства и внешних условий функционирования производственного процесса и о логике изменения и преобразования элементов производства. При характеристике информации в системе управления выделяются две ее части:

1.       Первичные элементы информации (данные), которые могут быть присущи всем объектам определенного класса и различаются лишь количественным выражением;

2.       Схемы классификационных связей, которые отражают логику изменений в производственном процессе и обосновывают направления преобразования информации (информационной модели).

Они в большей мере связаны со спецификой объекта. Это позволяет выделить два уровня характеристик информационного обеспечения:

        элементный, т. е. совокупность данных, характеристик, признаков;

        системный, т.е. воспроизводящий взаимосвязи и зависимости между классификационными группами информации, реализуемый в виде информационных моделей.

При элементной характеристике информации изучаются состав информации, форма и виды носителей, их номенклатура. При характеристике информационной системы исследуются движение информационных потоков, их интенсивность и устойчивость, алгоритмы преобразования информации и соответствующая этим объективным условиям схема документооборота.

Совокупность информации, регистрируемой, передающейся и перерабатывающейся в системе управления, должна отражать все разнообразие фактических и возможных состояний, наблюдаемых и регулируемых системой управления.

Характеризуя информацию как предмет труда в процессе управления, необходимо учесть ряд ее особенностей. Прежде всего, информация—это предмет труда длительного пользования. При использовании она не теряет своих потребительских свойств, хотя и входит в состав готового продукта (управленческого решения), составляя его субстанцию. Такая особенность информации предлагает определенную специфику ее формирования. Наибольший объем работ и затрат связан с первоначальным созданием информационных массивов — банков данных. В последующем данные этих банков периодически обновляются, корректируются, но продолжают использоваться.

Поскольку содержание банков данных может быть использовано для разных подсистем и даже разных объектов управления, они могут быть в значительной мере централизованы.

Информация относится к предметам труда особого рода также потому, что она способна к саморазвитию. Количественное накопление информации дает возможность более четко установить тенденцию развития управляемого объекта и выявить новые связи между отдельными классификационными группами информации. Это позволило в качестве одного из важнейших принципов построения информационной системы сформулировать получение максимума производной при минимуме исходной информации.

Старение информации в ряде случаев связано с потерей ее ценности для конкретных условий и целей, но она может быть омоложена и вновь приобретает ценность с изменением условий. Определенную полезность сохраняет даже ретроспективная информация как база для анализа динамики.

Информация должна быть подготовлена к использованию. В зависимости от степени ее подготовленности может быть выделена:

        первичная информация как набор данных, показателей, описывающих отдельные стороны процесса и его элементов;

        вторичная информация, прошедшая определенное упорядочение и классификацию для получения целесообразной производственной информации;

        информационные модели отдельных элементов и локальных процессов, описывающие статическое состояние объекта;

        информационные модели динамики, характеризующие изменение отдельных элементов и процессов;

        интегрированные информационные модели, описывающие определенные   решения и имеющие активную направленность.

Первые две степени являются прерогативой информационной службы; третья и четвертая связаны с деятельностью определенных   функциональных подразделений; последняя группа моделей пользуется руководителем.

Решения являются идеальным описанием желаемого состояния объекта и методов достижения этого состояния. Они представляют собой продукт ограниченного применения, так как направлены на конкретный объект в четко описываемых условиях. Качество решения как готового продукта проявляется опосредованно, в деятельности объекта, на который данное решение направлено.

Для анализа информационного обеспечения наибольшее значение имеет выделение следующих разновидностей информации:

        в зависимости от описываемых процессов – производственно-гномическую, технико-технологическую, организационную, социальную, информацию о внешних хозяйственных связях;

        по отношению к управляемому объекту – внешнюю и внутрипроизводственную;

        по роли в процессе управления – директивную, нормативную, плановую, аналитическую;

        по степени обновляемости и порядку поступления – постоянную и переменную, длительного хранения, оперативную, циклическую, периодическую;

        по степени агрегирования – простую, интегрированную, усредненную и т. п.;

        по степени преобразования – первичную, производную, обобщенную;

        по степени обработки – бухгалтерскую, статистическую, оперативно-производственную и т. п.

При организации информационного обеспечения принципиальное значение имеет распределение информации на прямую, т. е. командную, исходящую от управляющей системы, и обратную, отражающую реакцию управляемого объекта на происходящие изменения и реализуемые решения.

Необходимо отметить, что основным видом информации, циркулирующей на предприятиях (объединениях), является информация, организующая производственные и технологические процессы и реализующая методы управления этими процессами. Разработка конструкторской и технологической документации, создание и поддержание в актуальном состоянии нормативной базы, планирование, учет и оперативное управление производственными процессами создают на предприятиях (объединениях) мощный поток производственно-экономической информации. Она может быть директивной или распорядительной, производственно-экономической или общественно-воспитательной и т. п.

Под экономической информацией понимают информацию, которая возникает при подготовке и в процессе производственно-хозяйственной деятельности предприятия (объединения) и управления этой деятельностью.

Экономическая информация обладает рядом особенностей:

1.                  В основной массе она имеет дискретную форму преставления; выражается в цифровом или алфавитно-цифровом виде;

2.                  Отражается на материальных носителях (документах, перфолентах, перфокартах, магнитных лентах, дисках и т.д.);

3.                  Ее большие объемы обрабатываются в установленных временных пределах, зависящих от ее конкретных функций, чаще всего – это циклическая регулярная обработка;

4.                  Исходная информация, возникающая в одном месте, находит свое отражение в различных функциях управления и в связи с этим подвергается различной обработке несколько раз, что требует многократной перегруппировки данных;

5.                  Объемы исходной информации достигают больших размеров при относительно малом числе операций ее обработки;

6.                  Исходные данные и результаты расчета, а иногда и промежуточные результаты подлежат длительному хранению.

7.                  Исключительно важными требованиями к экономической информации в системах управления производством являются требования своевременности, полноты и достоверности, которые следует неукоснительно выполнять при организации обработки экономической информации.

При создании информационного обеспечения ориентируются на усредненную, выровненную потребность в информации руководителей и специалистов. Особое место здесь занимает информация об управлении, в которой отражаются прогрессивные приемы и методы организации управления.

В процессе организации информации принципиальное значение имеет расчленение ее на условно-постоянную, играющую роль нормативно-справочной, и переменную. Оба эти вида информации на основе анализа классификационных связей организуются во взаимосвязанные блоки (модели), которые могут быть описывающими, т. е. характеризующими процесс в статике или динамике, компонентами, отражающими определенную типовую ситуацию.

Процесс формирования информационного обеспечения включает несколько этапов:

1)       Описание состояния объекта, т. е. физическая фотография. Это предполагает набор технико-экономических показателей и параметров, характеризующих управляющую и управляемую системы, с соответствующей классификацией этих показателей;

2)       Моделирование классификационных связей в информационных массивах с выделением причинно-следственных зависимостей, т. е. формирование частных статических моделей;

3)       Отражение в информационных моделях динамики отдельных элементов и процессов, т. е. обоснование тенденций количественного и качественного изменения в производстве. При этом количественное изменение предполагает корректировку информации, а качественное изменение — ее частичную или полную перестройку;

4)       Интегрированная информационная модель процесса производства, отражающая взаимосвязь и динамику локальных процессов и всего производства.

Порядок формирования определяет подход к анализу состава информации. Организация информации в значительной степени предопределяет порядок ее хранения, регистрации, обновления, передачи и использования. Четкая организация банков данных позволяет более полно обосновать направления движения, интенсивность потоков, закономерности ее преобразования, методику запросов и получения.

Таким образом, система информационного обеспечения — это совокупность данных о целях, состоянии, направлениях развития объекта и окружающей его среды, организованная во взаимосвязанных потоках сведений. Эта система включает методы получения, хранения, поиска, обработки данных и выдачи их пользователю.

Необходимо отметить, что важнейшим направлением является исследование движения информации, то есть анализ информационного потока, обеспечивающего связи, необходимые в производственной системе (между структурными подразделениями аппарата управления), и ее контакты с внешней средой (учреждениями и организациями). Обеспечение рациональных связей между источниками и приемниками информации и путей ее циркулирования является одним из непременных условий эффективного функционирования системы управления. Относительное постоянство взаимозависимостей структурных подразделений позволяет выбирать рациональную структуру путей движения информации и наиболее эффективные технические средства для каждого канала связи.

Таким образом, поток информации – движение информации от источника к получателю, направление которого задается адресами источника и получателя информации.

Потоки характеризуются количеством информации, находящейся в системе и обрабатываемой в единицу времени. Данные могут обрабатываться и перемещаться: поточно, по мере возникновения; с регулярной периодичностью, когда информация накапливается, после чего обрабатывается и перемещается через заранее установленные интервалы времени; нерегулярно по мере возникновения отдельных информационных совокупностей.

Вид движения информации и сроки ее поступления в управляющую систему должны быть согласованы во времени с циклом производства и обеспечивать возможность своевременного вмешательства в ход производства.

Руководители, которым для успешного осуществления управленческой    деятельности необходима как информация из внешней среды, поставляемая системой НТИ, так и разнообразная внутрифирменная информация, должны соблюдать принципы систематизации информационных потоков, а именно:

        обеспечение полноты и достоверности учета всех сторон хозяйственной деятельности, достижение неразрывных связей между оперативным, статистическим и бухгалтерским учетом;

        минимизация информационного шума и ограничение информационной  избыточности лишь требованиями надежности;

        обеспечение неразрывной связи   между   внешней   и внутренней информацией и принятием решений на всех уровнях иерархии управления.

5. Проблемы и задачи при внедрении АСУ

Внедрение системы автоматизации управления, как и любое серьезное преобразование на предприятии, является сложным и зачастую болезненным процессом. Тем не менее, некоторые проблемы, возникающие при внедрении системы, достаточно хорошо изучены, формализованы и имеют эффективные методологии решения. Заблаговременное изучение этих проблем и подготовка к ним значительно облегчают процесс внедрения и повышают эффективность дальнейшего использования системы.

Далее приведены основные проблемы и задачи, возникающие в большинстве случаев при внедрении систем управления и рекомендации по их решению:

      отсутствие постановки задачи менеджмента на предприятии;

      необходимость в частичной или полной реорганизации структуры предприятия;

      необходимость изменения технологии бизнеса в различных аспектах;

      сопротивление сотрудников предприятия;

      временное увеличение нагрузки на сотрудников во время внедрения системы;

      необходимость в формировании квалифицированной группы внедрения и сопровождения системы, выбор сильного руководителя группы.

Ниже эти пункты описаны подробнее:

Отсутствие постановки задачи менеджмента на предприятии. Наверное, этот пункт является наиболее значимым и сложным. На первый взгляд, его тема перекликается с содержанием второго пункта, посвященного реорганизации структуры предприятия. Однако на самом деле, он является более глобальным и включает в себя не только методологии управления, но также философские и психологические аспекты. Дело в том, что большинство руководителей управляют своим предприятием, только исходя из своего опыта, своей интуиции, своего видения и весьма неструктурированных данных о его состоянии и динамике. Как правило, если руководителя попросить описать в каком-либо виде структуру деятельности своего предприятия или набор положений, исходя из которых он принимает управленческие решения, дело достаточно быстро заходит в тупик.

Грамотная постановка задач менеджмента является важнейшим фактором, влияющим как и на успех деятельности предприятия в целом, так и на успех проекта автоматизации. Например, совершенно бесполезно заниматься внедрением автоматизированной системы бюджетирования, если само бюджетирование не поставлено на предприятии должным образом, как определенный последовательный процесс.

К сожалению, на настоящий момент в России до конца не сложился национальный подход к менеджменту. В данный момент российское управление представляет собой гремучую смесь из теории западного менеджмента (которая во многом не является адекватной существующей ситуации) и советско-российского опыта, который, хотя и во многом гармонирует с общими жизненными принципами, но уже не отвечает жестким требованиям рыночной конкуренции.

Поэтому, первое, что необходимо сделать для того, чтобы проект внедрения автоматизированной системы управления оказался удачным – максимально формализовать все те контуры управления, которые собственно Вы планируете автоматизировать. В большинстве случаев, для осуществления этого не обойтись без привлечения профессиональных консультантов, но по опыту затраты на консультантов просто не сопоставимы с убытками от проваленного проекта автоматизации. Однако нужно не ошибиться в выборе консультантов.

Необходимость в частичной реорганизации структуры и деятельности предприятия. Прежде чем приступать к внедрению системы автоматизации на предприятии обычно необходимо произвести частичную реорганизацию его структуры и технологий ведения бизнеса. Поэтому, одним из важнейших этапов проекта внедрения, является полное и достоверное обследование предприятия во всех аспектах его деятельности. На основе заключения, полученного в результате обследования, строится вся дальнейшая схема построения корпоративной информационной системы. Несомненно, можно автоматизировать все, по принципу "как есть", однако, этого не следует делать по ряду причин. Дело в том, что в результате обследования обычно фиксируется большое количество мест возникновения необоснованных дополнительных затрат, а также противоречий в организационной структуре, устранение которых позволило бы уменьшить производственные и логистические издержки, а также существенно сократить время исполнения различных этапов основных бизнес-процессов.

Необходимость в изменении технологии работы с информацией и принципов ведения бизнеса. Эффективно построенная информационная система не может не внести изменений в существующую технологию планирования бюджетирования и контроля, а также управления бизнес-процессами.

Во-первых, одними из самых важных для руководителя особенностей корпоративной информационной системы, являются модули управленческого учета и финансового контроля. Теперь каждое функциональное подразделение может быть определено как центр финансового учета с соответствующим уровнем финансовой ответственности его руководителя. Это в свою очередь повышает ответственность каждого из таких руководителей и предоставляет в руки высших менеджеров эффективный инструментарий для чёткого контроля исполнения отдельных планов и бюджетов.

При наличии информационной системы руководитель способен получать актуальную и достоверную информацию обо всех срезах деятельности компании без временных задержек и излишних передаточных звеньев. Кроме того, информация подаётся руководителю в удобном виде «с листа» при отсутствии человеческих факторов, которые могут предвзято или субъективно трактовать информацию при передаче. Однако справедливо было бы заметить, что некоторые руководители не привыкли принимать управленческие решения по информации в чистом виде, если к ней не приложено мнение человека, который ее доставил. Такой подход в принципе имеет право на жизнь и при наличии информационной системы, однако часто он негативно отражается на объективности менеджмента.

Внедрение системы автоматизации вносит существенные изменения в управление бизнес-процессами. Каждый документ, отображающий в информационном поле течение или завершение того или иного сквозного бизнес-процесса, в интегрированной системе создается автоматически на основании первичного документа, открывшего процесс. Сотрудники, ответственные за этот бизнес-процесс, лишь контролируют и при необходимости вносят изменения в позиции построенных системой документов. Например, заказчик разместил заказ на продукцию, который должен быть исполнен к определенному числу месяца. Заказ вводится в систему, на основании его системой автоматически создается счет (на основе существующих алгоритмов ценообразования), счет пересылается заказчику, а заказ направляется в производственный модуль, где происходит разузлование заказанного вида продукции на отдельные комплектующие. На основе списка комплектующих в модуле закупок системой создаются заказы на их закупку, а производственный модуль соответствующим образом оптимизирует производственную программу, чтобы заказ был исполнен точно к сроку. Естественно, в реальной жизни возможны различные варианты неустранимых срывов поставок комплектующих, поломки оборудования и т.д., поэтому каждый этап выполнения заказа должен строго контролироваться ответственным за него кругом сотрудников, которые в случае необходимости должны создать управленческое воздействие на систему, чтобы избежать нежелательных последствий или уменьшить их.

Не стоит полагать, что работать при наличии автоматизированной системы управления станет проще. Наоборот, существенное сокращение бумажной волокиты ускоряет процесс и повышает качество обработки заказов, поднимает конкурентоспособность и рентабельность предприятия в целом, а все это требует большей собранности, компетенции и ответственности исполнителей. Возможно, что существующая производственная база не будет справляться с новым потоком заказов, и в нее тоже нужно будет вносить организационные и технологические реформы, которые впоследствии положительно скажутся на процветании предприятия.

Сопротивление сотрудников предприятия. При внедрении корпоративных информационных систем в большинстве случаев возникает активное сопротивление сотрудников на местах, которое является серьезным препятствием для консультантов и вполне способно сорвать или существенно затянуть проект внедрения. Это вызвано несколькими человеческими факторами: обыкновенным страхом перед нововведениями, консерватизмом (например, кладовщику, проработавшему 30 лет с бумажной картотекой, обычно психологически тяжело пересаживаться за компьютер), опасение потерять работу или утратить свою незаменимость, боязнь существенно увеличивающейся ответственности за свои действия. Руководители предприятия, принявшие решение автоматизировать свой бизнес, в таких случаях должны всячески содействовать ответственной группе специалистов, проводящей внедрение информационной системы, вести разъяснительную работу с кадрами, и, кроме того:

      создать у сотрудников всех уровней твёрдое ощущение неизбежности внедрения;

      наделить руководителя проекта внедрения достаточными полномочиями, поскольку сопротивление иногда (часто подсознательно или в результате неоправданных амбиций) возникает даже на уровне топ-менеджеров;

      всегда подкреплять все организационные решения по вопросам внедрения изданием соответствующих приказов и письменных распоряжений. Временное увеличение нагрузки на сотрудников при внедрении системы. На некоторых этапах проекта внедрения временно возрастает нагрузка на сотрудников предприятия. Это связано с тем, что помимо выполнения обычных рабочих обязанностей сотрудникам необходимо осваивать новые знания и технологии. Во время проведения опытной эксплуатации и при переходе к промышленной эксплуатации системы в течение некоторого времени приходится вести дела как в новой системе, так и продолжать ведение их традиционными способами (поддерживать бумажный документооборот и существовавшие ранее системы). В связи с этим, отдельные этапы проекта внедрения системы могут затягиваться под предлогом того, что у сотрудников и так хватает срочной работы по прямому назначению, а освоение системы является второстепенным и отвлекающим занятием. В таких случаях руководителю предприятия помимо ведения разъяснительной работы с уклоняющимися от освоения новых технологий сотрудниками необходимо:

      повысить уровень мотивации сотрудников к освоению системы в форме поощрений и благодарностей;

      принять организационные меры к сокращению срока параллельного ведения дел.

Формирование квалифицированной группы внедрения и сопровождения системы, руководителя группы. Внедрение большинства крупных систем автоматизации управления производится по следующей технологии: на предприятии формируется небольшая (3-6 человек) рабочая группа, которая проходит максимально полное обучение работе с системой, затем на эту группу ложится значительная часть работы по внедрению системы и дальнейшему ее сопровождению. Применение подобной технологии вызвано двумя факторами: во-первых, тем, что предприятие обычно заинтересовано в том, чтобы у него под рукой были специалисты, которые могут оперативно решать большинство рабочих вопросов при настройке и эксплуатации системы, а во-вторых, обучение своих сотрудников и их использование всегда существенно дешевле аутсорсинга. Таким образом, формирование сильной рабочей группы является залогом успешной реализации проекта внедрения.

Особенно важным вопросом является выбор руководителя такой группы и администратора системы. Руководитель, помимо знаний базовых компьютерных технологий, должен обладать глубокими знаниями в области ведения бизнеса и управления. В практике крупных западных компаний такой человек занимает должность CIO (Chief Information Officer) которая обычно является второй в иерархии руководства компании. В отечественной практике, при внедрении систем такую роль, как правило, играет начальник отдела АСУ или ему аналогичного. Основными правилами организации рабочей группы являются следующие принципы:

      специалистов рабочей группы необходимо назначать с учетом следующих требований: знание современных компьютерных технологий (и желание осваивать их в дальнейшем), коммуникабельность, ответственность, дисциплинированность;

      с особой ответственностью следует подходить к выбору и назначению администратора системы, так как ему будет доступна практически вся корпоративная информация;

      возможное увольнение специалистов из группы внедрения в процессе проекта может крайне негативно отразиться на его результатах. Поэтому членов группы следует выбирать из преданных и надежных сотрудников и выработать систему поддержки этой преданности в течение всего проекта;

      после определения сотрудников, входящих в группу внедрения, руководитель проекта должен четко расписать круг решаемых каждым из них задач, формы планов и отчетов, а также длину отчетного периода. В наилучшем случае, отчетным периодом должен быть один день.

Все вышеперечисленные задачи, возникающие в процессе построения информационной системы, и методы их решения являются наиболее распространенными и, естественно, каждое предприятие имеет свою уникальную организационную специфику, и при внедрении могут возникать различные нюансы, которые требуют дополнительного рассмотрения и поиска методов их решения. Собственно для этого и существуют профессиональные бизнес-консультанты.

6. Заключение

Автоматизированные системы управления обладают множеством достоинств. Однако при их внедрении не стоит забывать и про недостатки. Чтобы АСУ принесли максимум плюсов и минимум минусов, необходимо:

      Перед тем, как осуществлять проект внедрения нужно максимально формализовать его цели;

      Никогда не стоит жертвовать стадией предпроектного анализа. Необходимо привлекать профессиональных консультантов для обследования предприятия и постановки задач менеджмента. Затраты непременно окупятся. Но стараться иметь дело при этом с солидными компаниями, так как, к сожалению, кроме консультантов, существуют еще и псевдо-консультанты;

      Нужно старательно подходить к выбору программного обеспечения для построения КИС, так как ошибки дорого обходятся; стараться посмотреть как можно больше систем, и посмотреть их "живьем", а не по маркетинговым материалам разработчиков. Не стоит пытаться разрабатывать систему силами своих программистов. Готовые системы разрабатываются специализированными коллективами на протяжении многих лет и имеют реальную себестоимость гораздо выше продажной цены – известный парадокс характерный для программных и интеллектуальных продуктов;

      Необходимо установить высокий приоритет процессу внедрения системы, среди остальных организационных и коммерческих процессов, наделить высокими полномочиями руководителя проекта;

      Нужно создать среди всех сотрудников предприятия атмосферу неотвратимости внедрения и стараться организационными мерами повысить темп освоения новых технологий;

Необходимо помнить, что внедрение системы как ремонт – его невозможно закончить, можно лишь прекратить. Так что внедрение, по сути, никогда не закончится, система должна все время совершенствоваться в процессе своей промышленной эксплуатациями вместе с прогрессом информационных технологий и методологий управления деятельностью вашего предприятия.

7. Список использованной литературы

1.                  Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического управления. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2003. – 747 с.

2.                  Гудвин Г.К., С.Ф. Гребе, М.Э. Сальдаго «Проектирование систем управления»;пер. с англ. – М.:БИНОМ, Лаборатория знаний,2004. – 911 с.

3.                  «Теория автоматического управления»: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. – 3-е изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2000. – 268 с.: ил.

4.                  Анхимюк В.Л., Олейко О.Ф., Михеев Н.Н. «Теория автоматического управления». – М.: Дизайн ПРО, 2002. – 352 с.: ил.

Рассмотрим в качестве примера промышленной реализации описанных выше принципов и конструктивных решений несколько различных систем автоматизированного управления прокатными станами, внедренных на металлургических предприятиях Российской Федерации.

Непрерывный широкополосный
стан холодной прокатки

На непрерывном широкополосном стане «1700» холодной прокатки прокатываются горячекатаные травленые полосы шириной 700…1550 мм из углеродистых и электротехнических сталей. Толщина исходных полос – 1,5…6 мм. Толщина полос после прокатки – 0,25…3 мм.

Стан (рис. 5.1) представляет собой непрерывную группу из 5 клетей «кварто». Диаметр рабочих валков клетей – 600 мм, длина бочки – 1700 мм. Опорные валки имеют диаметр 1500 мм. Электроприводы рабочих валков – тиристорные, постоянного тока, индивидуальные для нижнего и верхнего валка. Приводы имеют аналоговые пропорциональные регуляторы скорости РС с быстродействием около 10 рад/с.

Прокатка осуществляется с натяжением полосы на входе в стан (между натяжным устройством НУ и первой клетью), между клетями и на выходе из стана (между пятой клетью и моталкой) с контролем натяжений и толщин измерителями натяжений ИН и толщиномерами ИТ, установленными на входе, выходе стана и в промежутках между клетями. Для контроля сил прокатки под подушками нижних опорных валков в клетях стана установлены измерители силы (месдозы) ИС.

Клети оснащены быстродействующими гидравлическими нажимными устройствами (ГНУ), обеспечивающими регулировку межвалкового зазора путем вертикального перемещения верхнего полукомплекта валков с помощью силовых нажимных гидроцилиндров ГЦ.

Функционально в составе АСУ ТП стана «1700» [15] можно выделить системы базового уровня автоматизации и системы верхнего уровня.

К базовому уровню автоматизации относятся системы управления гидравлическими нажимными устройствами СУ ГНУ, системы управления главными электроприводами прокатных валков, моталок, разматывателей, вспомогательных механизмов и система управления подачей технологической смазки.

Верхний уровень АСУ ТП стана «1700» составляют система управления режимом стана (СУРС), система автоматического регулирования толщины и натяжения (САРТ и Н) и система визуализации и контроля.

Системы управления гидравлическими нажимными устройствами обеспечивают:

                 регулирование положения верхнего полукомплекта валков и, соответственно, межвалкового зазора (режим «естественной клети»), регулирование взаимного положения штоков ГЦ (синхронизация). Статическая точность регулирования положения составляет ±3 мкм;

                 регулирование силы прокатки (режим «мягкой клети»). Переход из режима регулирования усилия прокатки («мягкая клеть») в режим регулирования положения («естественная клеть») и обратно производится безударно по сигналам от САРТ, а для 5-й клети – по сигналу оператора с центрального поста управления станом;

                 автоматическое сведение валков до достижения заданной силы прокатки;

                 автоматическое сведение/разведение валков до заданного раствора валков;

                 ограничение сил и перемещений в аварийных ситуациях, аварийное разведение валков, выдачу соответствующих предупредительных и аварийных сообщений на пульт оператора и в систему визуализации;

                 выдачу информации о величине раствора валков, их перекосе, силе прокатки и разности сил по сторонам клети в систему визуализации и контроля.

СУРС выполняет следующие функции:

                 формирование текущих заданий скоростей и ускорений для регуляторов скорости вращения рабочих валков в режимах разгона, торможения стана, работы на установившейся скорости с учетом воздействий от регуляторов САРТ и Н и введенных оператором диаметров рабочих валков;

                 создание «натяжений покоя» перед троганием стана и поддержание заданных натяжений регулированием скоростей клетей при малой скорости (примерно до 1 м/с), выше которой функция регулирования натяжений возлагается на САРТиН;

                 «тонкая» коррекция скоростей рабочих валков (отдельные, подключаемые в определенных режимах цифровые каналы регуляторов скорости);

                 выравнивание нагрузок (токов) приводов верхнего и нижнего рабочих валков;

                 обеспечение некоторых специальных, обусловленных особенностями технологии, режимов управления скоростью валков (прогрев валков, заправка полосы и т.п.);

                 диагностика электроприводов валков и подсистем СУРС.

САРТ и Н включает в себя 22 регулятора толщины и натяжений, а также узлы слежения за толщиной полосы по ходу прокатки (блоки регулируемого запаздывания). В системе используются регуляторы толщины двух видов, – «быстрые» и «медленные». «Быстрые» регуляторы реализуют управление по возмущению, с автоматической подстройкой коэффициентов математической модели регулирования. «Медленные» (интегральные) регуляторы работают по отклонению.

Функциями САРТ и Н являются:

                 регулирование толщин после клетей воздействием на соотношения скоростей валков;

                 регулирование межклетевых натяжений воздействием на ГНУ;

                 ограничение межклетевых натяжений на уровне допустимых значений воздействием на соотношения скоростей валков (это ограничение имеет более высокий приоритет по отношению к регулированию толщин);

                 контроль качества прокатываемой полосы по разнотолщинности, – создание гистограммы выходной толщины в ходе прокатки;

                 диагностика работы САРТ и Н.

СУРС и САРТ и Н участвуют в управлении технологическим процессом прокатки на всех стадиях, включая настройку стана и контроль готовой продукции. Настройка клетей по обжатиям (толщинам) осуществляется регулировкой соотношений скоростей вращения рабочих валков в смежных клетях. Настройка межклетевых натяжений выполняется путем регулирования положения гидронажимных устройств. В процессе прокатки САРТ и Н автоматически корректирует соотношения скоростей и положения ГНУ с целью поддержания толщин на выходе из клетей и натяжений в межклетевых промежутках в заданных пределах.

Имеются несколько фиксированных заданий скоростей прокатки, достигаемых по соответствующим командам: заправочная скорость, скорость прокатки шва, скорость прокатки при минимальном запасе полосы в накопителе, скорость при резе полосы летучими ножницами, рабочая скорость. Темп разгона стана при начале прокатки – переменный, увеличивающийся пропорционально скорости. Темп торможения стана – постоянный и может иметь два значения: темп нормального торможения и темп форсированного торможения. Режим торможения задается соответствующей командой оператора. По команде оператора «так держать» прерывается процесс разгона или торможения и прокатка может происходить на любой промежуточной скорости.

Ход технологического процесса, текущие значения технологических и эксплуатационных параметров стана и информация о работе вспомогательных устройств отображаются на рабочих местах операторов системой визуализации и управления (рис. 5.2). Эта система решает задачи взаимодействия персонала стана с АСУ ТП, ввода и корректировки программы прокатки, управления технологическими агрегатами, контроля технологических параметров процесса, индикации готовности и состояния систем стана, диагностики работы оборудования, сбора и архивирования производственной информации.

Внедрение описанной АСУ ТП на стане «1700» позволило существенно повысить качество прокатываемого на стане стального листа. Система гарантирует допуск по толщине для всего спектра прокатываемых листов в 3…5 раз меньше допуска, предусмотренного ГОСТ.

Архитектура автоматизированной информационной системы

АИС налоговой инспекции можно представить в виде совокупности программных подсистем, решающих определенный круг задач. Подсистемы состоят из взаимодействующих компонентов.

Архитектура программных компонентов АИС

Архитектурой АИС называется распределение функций по ее подсистемам и компонентам, точное определение границ этих подсистем и их взаимодействие по управлению и данным, а также распределение хранения и исполнения этих подсистем и компонентов по различным ЭВМ, объединенным в локальную или глобальную вычислительную сеть.

Опыт показывает, что только изменение архитектуры АИС при прочих равных условиях может изменять в сотни раз суммарные затраты на разработку. Поэтому правильный выбор архитектуры АИС - наиболее эффективный способ снижения стоимости разработки и эксплуатации всей системы в целом.

С целью эффективного управления информационно-вычислительными ресурсами в распределенной системе в основу архитектуры АИС налоговой инспекции положена трехуровневая модель «клиент - сервер».

Модель "клиент - сервер"

Здесь компонент представления (клиент третьего уровня) обеспечивает пользовательский интерфейс, функции ввода и отображения данных; прикладной компонент (сервер второго уровня) - функциональную логику, характерную для налоговой инспекции; компонент доступа к ресурсам (сервер первого уровня) - фундаментальные функции хранения и управления данными (базами данных, файловыми системами и т.п.).

Следует отметить, что отдельные компоненты могут располагаться как на одном компьютере, так и на разных компьютерах, обеспечивая тем самым распределенную обработку информации. Компонент представления часто располагается на персональном компьютере или терминале, прикладной компонент выполняется сервером среднего уровня под управлением операционной системы UNIX или Windows NT, а компонент доступа к данным и сами данные располагаются либо на мощных UNIX-серверах, либо на больших или мини-ЭВМ.

Основная цель выбора такой модели - отделение компонентов, реализующих прикладные функции, которые определяются налоговым законодательством. Это позволяет, например, в случае изменения последнего корректировать только прикладную логику соответствующих компонентов и не затрагивать пользовательский интерфейс. Такой принцип построения архитектуры АИС существенно экономит ресурсы на модификацию и упрощает администрирование и сопровождение.

Функционирующие в настоящий момент информационные системы налоговой инспекции базируются на вычислительных сетях с неоднородным техническим и системным программным обеспечением. Для интеграции таких информационных систем необходимы связующие технологии, позволяющие осуществлять взаимодействие между прикладными компонентами на различных платформах.

Одна из таких связующих технологий основана на спецификациях ОМА (Object Management Architecture) - фактических международных стандартах для построения распределенных объектных систем в гетерогенных средах, которые разработаны консорциумом OMG (Object Management Group) [3]. Архитектура таких распределенных интероперабельных информационных систем базируется на концепции программного обеспечения промежуточного слоя (middleware), содержащего инспекции и средства поддержки глобального пространства объектов (программных компонентов).

ОМА состоит из четырех основных компонентов, представляющих собой спецификации различных уровней поддержки приложений:

• архитектура брокера запросов объектов (CORBA - Common Object Request Broker Architecture) устанавливает базовые механизмы взаимодействия объектов в гетерогенной сети;
• сервисы объектов (Object services) являются основными системными службами, используемыми разработчиками для создания приложений;
• универсальные средства (Common Facilities) ориентированы на поддержку пользовательских приложений, таких, как электронная почта, средства печати и т.п.;
• объекты приложений (Application Objects) предназначены для решения конкретных прикладных задач.

Спецификация CORBA определяет механизм, обеспечивающий взаимодействие приложений в распределенной среде. Концептуально CORBA относится к уровням приложений и представлений семиуровневой модели сетевого взаимодействия. Она обеспечивает возможность построения распределенных систем и приложений на самом высоком уровне абстракции в рамках международных стандартов. С ее помощью возможно изолировать клиентские программы от низкоуровневых, гетерогенных характеристик информационных систем.

Главными компонентами стандарта CORBA служат:

• обработчик объектных заявок (Object Request Broker - ORB);

• язык определения интерфейсов (Interface Definition Language -IDL), с помощью которого могут быть определены операции для обращения клиентов к серверным объектам;

• объектный адаптер (Object adapter), который предоставляет доступ к сервисам объектного обработчика и обеспечивает все низкоуровневые средства для связи объекта с его клиентами;

• репозиторий интерфейсов (Interface Repository), представляющий собой средство для хранения и обработки информации, необходимой для описания интерфейсов CORBA-объектов.

CORBA определяет среду для различных реализаций ORB, поддерживающих общие сервисы и интерфейсы. Это обеспечивает переносимость клиентов и реализаций объектов между различными ORB.

Структура интерфейсов

Интерфейсы объектов могут быть определены и помещены в репозиторий интерфейсов двумя способами: статически - описанием на языке определения интерфейсов IDL или динамически. Репозиторий интерфейсов представляет компоненты интерфейса как объекты и обеспечивает доступ к ним во время выполнения.

При формировании заявки клиент может использовать интерфейс динамического вызова или генерируемую компилятором IDL локальную процедуру вызова.

Клиент может также непосредственно взаимодействовать с ORB. ORB ищет соответствующий код, пересылает параметры заявки и передает управление Реализации объекта (Object Implementation). Реализация объекта принимает заявку через сгенерированные компилятором IDL процедуры и при этом может обращаться к объектному адаптеру и ORB. Когда обработка заявки завершена, управление и выходные значения возвращаются клиенту.

Различные ORB могут иметь разную реализацию и поддерживать различные объектные механизмы. В структуре ORB выделяются ядро, обеспечивающее внутреннее представление объектов и передачу заявок, и набор надстраиваемых компонентов, интерфейсы которых маскируют различия в реализации ORB. Клиенты максимально мобильны и должны работать без изменения исходного кода в среде любого ORB, который поддерживает отображение IDL в соответствующем языке программирования.

Мобильны также и реализации объектов для разных ORB при условии, что последние поддерживают заданное языковое отображение и имеют требуемые объектные адаптеры.

Языковое отображение включает определение характерных для языка программирования типов данных и интерфейсов доступа к объектам при помощи ORB. Отображение определяет структуру интерфейса локальной процедуры вызова клиента, интерфейса динамического вызова, объектных адаптеров и прямых интерфейсов ORB.

Объектный адаптер является основным средством доступа к услугам ORB со стороны объектной реализации. Эти услуги обычно включают: генерацию и интерпретацию объектных ссылок, вызов методов, активизацию (деактивизацию) реализации и объекта, регистрацию реализаций. Предполагается наличие нескольких широко доступных объектных адаптеров с интерфейсами, соответствующими определенным видам объектов.

Характерные особенности разработки приложений по технологии CORBA заключаются в следующем:

• язык описания интерфейсов OMGIDL позволяет определить интерфейс, не зависимый от языка программирования, используемого для реализации;

• высокий уровень абстракции CORBA в семиуровневой модели OSI позволяет программисту не работать с низкоуровневыми протоколами;

• программисту не требуется информация о реальном месте расположения сервера и способе его активации;

• разработка клиентской программы не зависит от серверной операционной системы и аппаратной платформы;

• после модификации возможно использовать ранее разработанные приложения.

Рассмотренные в этой главе архитектурные и технологические решения обеспечивают: распределенную обработку данных в разнородной среде (при этом достигается высокий уровень открытости и производительности прикладных систем и вместе с этим обеспечивается высокий уровень надежности, безопасности и отказоустойчивости); расширяемость системы, т.е. простоту и легкость добавления новых компонентов; интегрируемость старых функционирующих прикладных систем с новыми; документируемость создаваемых прикладных компонентов, что гарантирует их жизнеспособность и эволюционное развитие. Все это существенно снижает суммарные затраты на создание АИС налоговой инспекции, а также других сложных информационных систем.