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.
В настоящей лекции рассмотрены только самые общие (архитектурные) принципы построения систем промышленной и лабораторной автоматизации.
Разновидности архитектур
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.
Архитектуру создает архитектор.
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;
- 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 деления на подсистемы. Декомпозиция может быть функциональной (алгоритмической) или объектной.
При объектном делении используются распределенные системы управления, когда каждый объект автоматизации оборудуется локальным технологическим контроллером, решающим задачи в пределах этого объекта. При функциональном делении систему автоматизации делят на части, группируя сходные функции, и для каждой группы функций используют отдельный контролер. Оба вида деления могут быть использованы совместно.
Простейшая система
Простейшая 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.
Типовыми применениями описанной системы может быть домашняя автоматизация, испытательный стенд для тестирования серийной продукции, лабораторные работы в ВУЗе, локальное управление технологическим процессом.