Требования к архитектуре

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.