Архитектура сложных автоматизированных систем на базе компьютерных технологий 1
Автоматизированная система с одним компьютером 2
3
Требования к архитектуре Архитектура – идеализированные модели компонентов системы и модели взаимодействий между компонентами Требования: ü слабая связанность элементов архитектуры между собой; ü Тестируемость (установление факта неисправности); ü Диагностируемость (нахождение неисправной части) ; ü Ремонтопригодность (ремонт за минимальное время и по оправданной стоимости); ü Надежность (например, резервирование); ü Простота обслуживания и эксплуатации; ü Безопасность; ü Защищенность системы от вандалов и неквалифицированных пользователей; 4
ü Экономичность (в т. ч. в процессе функционирования); ü Модифицируемость; ü Функциональная расширяемость; ü Наращиваемость; ü Открытость; ü Возможность перекофигурации системы для работы с новыми технологическими процессами; ü Максимальная длительность жизненного цикла системы без существенного морального старения; ü Минимальное время на монтаж и пуско-наладку системы. 5
Архитектуры могут различаться в зависимости от решаемой задачи автоматизации: Мониторинг (продолжительные измерения и контроль с архивированием полученной информации); Автоматическое управление (в системе с обратной связью или без нее); Диспетчерское управление (управление с помощью человека-диспетчера, взаимодействующего с системой через человекомашинный интерфейс); Обеспечение безопасности. 6
Построение любой АСУ начинается с декомпозиции: Объектная – распределенные системы управления, набор локальных технологических контроллеров, решающих задачи в пределах данного объекта. Функциональная – группировка относительно сходных функций. Итог декомпозиции – представление системы в виде слабо связанных частей: Отсутствие (или малость коэффициента) обратных связей; Отсутствие интенсивного обмена информацией. 7
Распределенные системы автоматизации Система, состоящая из множества устройств, разнесенных в пространстве , каждое из которых не зависит от стальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи. Особенности: ü Большее быстродействие благодаря распределению задач между параллельно работающими процессорами; ü Повышенная надежность (отказ одного из контроллеров не влияет на работоспособность других); ü Большая устойчивость к сбоям; ü Более простое наращивание или реконструирование системы; ü Упрощенная процедура модернизации; ü Большая простота проектирования, настройки, диагностики и обслуживания; ü Улучшенная помехоустойчивость и точность; ü Меньший объем кабельной продукции, меньше расходов на обслуживание и монтаж. 8
Модель распределенной системы автоматизации 9
Модель физического устройства в распределенной системе 10
Модель ресурса Ресурс – функциональная единица, имеющая независимое управление своими операциями и обеспечивающая различные сервисные функции для программного приложения, включая выполнение алгоритмов. Функции: прием данных или событий от ОУ или коммуникационного интерфейса, обработка и возврат их в процесс или промышленную сеть в соответствии с алгоритмом работы программного приложения, использующего данный ресурс. 11
Модель программного приложения Реакция, на события, поступающие из интерфейсов: ü ü Планирование и исполнение алгоритма; Модифицирование переменных; Генерация ответных событий; Взаимодействие с интерфейсами. 12
Архитектура системы с общей шиной Недостатки: • Необходимость адресации устройств; • Необходимость ожидания в очереди. Достоинства: • Снижение затрат на кабельную продукцию, снижение помех при передачи. 13
Многоуровневая архитектура Третий уровень: АСУ ТП Второй уровень: рабочие станции Первый уровень: ПЛК и подули ввода-вывода Нулевой уровень: датчики и исполнительные устройства 14
Открытые системы 15
Понятие открытой системы Открытая система – модульная система, которая допускает замену любого модуля на аналогичный модуль другого производителя, имеющийся в свободной продаже по конкурентоспособным ценам, а интеграция системы с другими выполняется без преодоления чрезмерных проблем. v Физические интерфейсы, протоколы обмена, системы адресации, форматы данных, диапазоны изменения аналоговых сигналов… v Пользовательские интерфейсы, языки программирования контроллеров, управляющие команды ввода-вывода… v Конструкционные элементы (шкафы, стойки, корпуса, крепежные элементы) 16
Необходимые условия открытости q Модульность (возможность замены части системы); q Соответствие стандартам (для обеспечения совместимости); q Наличие аналогов в свободной продаже (практическое использование). Степень открытости определяется количеством реализованных признаков открытости. 17
Свойства открытых систем 1. Модульность – способность аппаратного или программного обеспечения и модификации путем добавления, удаления или замены отдельных модулей (компонентов системы) без воздействия на оставшуюся ее часть. 2. Платформенная независимость – возможность выполнения программ на разных аппаратнопрограммных платформах, обеспечивая независимость от поставщика этих платформ: a) b) Расширение выбора оборудования путем увеличение чиста поставщиков; Независимость от поставщика аппаратного и программного обеспечения. 18
Свойства открытых систем 3. Взаимозаменяемость – возможность замены любого модуля системы на аналогичный компонент другого производителя, имеющий в продаже и возможность обратной замены. 4. Интероперабельность (аппаратнопрограммная совместимость) – способность открытых систем использовать программы, выполняющиеся одновременно на различных платформах в общей сети с возможностью обмена информацией между ними. 19
Свойства открытых систем 5. Масштабируемость – возможность применения одного и того же аппаратного и программного обеспечения (БД, пользовательских интерфейсов) для систем различного размера. 6. Стандартность пользовательского интерфейса – требование возможности интеграции с другими системами (в данном случае в роли «системы» выступает человек). 20
Средства достижения открытости Ø Промышленные сети и протоколы (Modbus, Profibus, CAN, Ethernet); Ø Интерфейсы (RS-232, RS-485, RS-422, CAN, Ethernet, USB); Ø Программные интерфейсы (DCOM, OPC); Ø Интерфейс пользователя (кнопки пуск/стоп, цветовая сигнализация, окна с текстовыми сообщениями и т. п. ) Ø Программная совместимость (связь SCADA c Word, Excel, Access и т. д. ). 21
Достоинства и недостатки Низкая стоимость их жизненного цикла (от разработки концепции до обслуживания); Упрощение процесса интеграции; Увеличение времени безотказной работы (выбор наиболее надежных модулей); Простое изменение конфигурации системы; Минимальный объем дополнительного обучения персонала. Ответственность за работоспособность системы ложится на системного интегратора, а не на поставщиков оборудования и ПО; Универсальность, не значит простота; Снижение надежности ПО, части которого пишутся различными производителями; Открытые коды снижают надежность программной системы; Открытость накладывает ограничения на диапазон возможных технических решений. 22
Скачать презентацию Архитектура сложных автоматизированных систем на базе компьютерных технологий
4 Архитектура СВС.pptx