Разработка и оформление информационного, математического, программного обеспечения АСУ ТП

Разработка информационного, математического и программного обеспечения является трудоемкой задачей при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Умение определять состав данных видов обеспечения и понимание их функций необходимы для реализации информационно-вычислительных, управляющих и вспомогательных задач, что обеспечивает достоверность информации, получаемой от первичных преобразователей, высокое качество управления работой технологических процессов и производства в целом.

«С момента появления первых средств автоматизации производители аппаратного и программного обеспечения пытаются определить, каким образом будет развиваться автоматизация в будущем, предлагаются различные решения и подходы по совершенствованию процесса автоматизированного управления. Сегодня современные стандартные аппаратные средства способны принять любой стандартный физический сигнал, обменяться данными по любому стандартному протоколу, обработать программу, написанную на любом из стандартных языков. Большинство функций при автоматизации реализуется программно, путем соответствующей обработки информации в управляющем вычислительном комплексе. По этой причине важнейшим компонентом АСУ ТП является ее программное обеспечение (ПО), т.е. – совокупность программ, обеспечивающих реализацию функции АСУТП и заданное функционирование системы» [1].

Во всем разнообразии программного обеспечения сложно выбрать необходимый продукт, соответствующий необходимым требованиям и условиям. Правильный выбор программного обеспечения во многом определяет дальнейший ход всего процесса автоматизации конкретного технологического процесса. Они различаются по назначению, своим возможностям, стоимости и другим характеристикам.

В условиях конкурентной борьбы повышение эффективности работы информационного, математического и программного обеспечения позволяет предприятиям снизить затраты и повысить качество выпускаемой продукции.

На современном этапе имеется возможность внедрять в единое интегрированное пространство АСУ ТП модули средств проектирования и математического моделирования алгоритмов систем контроля и управления с элементами управления жизненного цикла. Программное обеспечение имеет в своем составе графический редактор, компоненты для динамического представления графической информации, обработки и архивирования данных, компоненты поддержки клиент-серверной архитектуры, компоненты для связи с подсистемами АСУ ТП. Для создания программного обеспечения АСУ ТП используются разнообразные средства разработки, которая идет по пути модульности и в основном создаются для решения конкретной задачи в определенной предметной области, т.е. не универсальны, и используются в качестве постпроцессора основного программного обеспечения.

Важным этапом в разработке и использовании АСУ ТП является применение методов математического моделирования для настройки регуляторов систем управления, подбора оптимальных режимов управления и обоснования достоверности полученных данных. Используются как классические методы моделирования, так вновь созданные методики, разработанные для решения конкретной задачи, а информационное обеспечение развивает концепцию синтеза систем автоматизации реального времени как базовых элементов единого информационного поля для комплексного управления предприятием.

Все три вида обеспечений АСУ ТП связаны между собой и являются неотъемлемой частью друг друга. Многообразие видов информационного, математического и программного обеспечения и сложные взаимосвязи между ними затрудняют специалистам в области автоматизации выбор требуемых составляющих обеспечения для разработки систем автоматизации.

В рамках работы над выпускной квалификационной работой (ВКР) по направлению 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов», была поставлена задача, представить этапы разработки АСУ ТП структурированным наборами экранных форм, которые отобразят взаимосвязи информационного, математического и программного обеспечения для использования их в учебном процессе.

Для разработки экранных форм необходимо было изучить регламентирующие документы [2–4] по разработке АСУ ТП в части программного, информационного обеспечения и математического обеспечения. Для разработки использовалась программа AllFusion Process Modeler (BPwin) [5].

Полученная диаграмма декомпозиции этапов создания АСУ ТП является шаблоном для разработки АСУ ТП (рисунок 1). Входными данными для проектирования являются: техническое задание по варианту каждого студента и исходные данные по методическому материалу. Работа студента над заданием включает в себя следующие этапы:

1.  Формирование требований к АС. «На начальном этапе создания АС необходимо проведение обследования объекта автоматизации. В рамках обследования происходит сбор и анализ данных об организации, производственной структуре и функционировании объекта автоматизации» [2];

Рисунок 1. диаграмма декомпозиции этапов создания АСУ ТП

2.  Разработка концепции. В соответствие с результатами исследований объекта автоматизации, согласно ГОСТ разрабатывается несколько вариантов концепций АС, которые удовлетворяют требованию пользователя.

3.  Разработка технического задания. Главным этапом при создании АС является разработка и согласование технического задания, он определяет требования и порядок разработки, развития и модернизации системы. Данный документ в дальнейшем регламентирует проведение работ по испытанию и приемке системы в эксплуатацию.

4.  Разработка эскизного проекта. Данный этап посвящен разработке проектных решений АС и созданию технической документации:

5.  Разработка технического проекта. В связи с аналогичностью проводимых работ, этапы разработки эскизного и технического проекта можно объединить.

6.  Разработка рабочей документации. Данный этап подразумевает разработку рабочей документации на АС или ее части.

7.  Ввод в действие АС. Этап ввода в действие согласно требованиям ГОСТа включает подготовку комплекса технических средств, обучение персонала и проведение пусконаладочных работ.

8.  Этап сопровождения АС включает в себя работы по гарантийному и послегарантийному обслуживанию системы.

На основе проведенных исследований, изученных ГОСТов, требований к информационному, математическому и программному обеспечению АСУ ТП были разработаны лабораторные работы для студентов направления 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», которые помогут сформировать компетенции основной профессиональной образовательной программы при проведении практических, лабораторных и самостоятельных работ в рамках изучения таких дисциплин как: «Автоматизация технологических процессов», «Проектирование автоматических систем», «Технологические процессы автоматизированных производств».