Лекции по «Информационным технологиям в металлургии»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Конспект  лекций

по курсу  «Информационные технологии в металлургии» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Понятие об информатике, ее предмете и задачи.

    Современный этап развития человеческого общества – это эпоха постиндустриального информационного общества. Если на предыдущих этапах развития прогресс общества зависел от развития производственных сил, то это означало развитие средств производства в промышленности, сельском хозяйстве и других сферах экономики. Предыдущий этап развития общества – индустриальный.

    Для постиндустриального общества главным ресурсом становится информационные технологии. Таким образом, развитие информационных технологий впрямую определяет развитие общества. Экономические затраты общества на развитие информационных технологий растут гораздо высокими темпами, чем затраты на развитие промышленных технологий. Развитие промышленных технологий становится практически невозможным без информационных технологий. Объем информации, сопровождающий промышленное производство растет быстрыми темпами.

    Информационный поток, сопровождающий технологический процесс, постоянно усиливается, а человеческие возможности по обработке этой информации ограничены. Таким образом, для обработки большого количества информации в единицу времени, для систематизации, анализа данных и подготовки принятия решения по управлению технологическим объектом у человека остается все меньше времени. Ошибки, связанные с управлением технологическими процессами, становятся более дорогими, так как растет мощность оборудования и т.д.

    Часть задач по управлению технологическим объектом, связана со сбором информации, ее обработкой, хранением, принятием решения, переходит к информационным системам.

    Информационные  системы используют информационные технологии для обработки информации в технологических процессах, подготовки принятия решения по управлению этими процессами.

    Информационные  системы – это  человеко-машинные системы. Элементом таких  систем является лицо, принимающее решение (ЛПР). ЛПР, в конечном счете,   определяет, какие управляющие воздействия в данный момент должны быть предприняты для управления технологическими процессами. ЛПР – это человек, ведущий технологический процесс. В зависимости от масштаба технологической системы, это может быть сменный оператор, ведущий процесс, старший плавильщик, начальник цеха, главный инженер и т.д.

    Задача  информационной системы – на основе информации о технологическом процессе подготовить необходимые данные для принятия решения.

     Ядром информационной системы является компьютер, как устройство по обработке информации. Сама обработка информации подразумевает, что информационная система является совокупностью аппаратных средств и программного обеспечения.

    Информационная  система – это искусственно созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для получения, хранения, обработки и выдачи информации в интересах поставленной цели.

    Цель  информационной системы – управление технологическим объектом.

    Развитие  информационных систем, первоначально, осуществлялась на тех направлениях, которые требовали обработки больших объемов информации за короткое время. В первую очередь, внедрялись там, где ошибки, связанные  с процессом управления, приводили к большим экономическим и другим потерям.

    На  первом этапе развития информационные системы были очень дороги и по этой причине применялись не везде, а только там, где их применение было экономически оправдано.

    Развитие  компьютерной технологии и информационных технологий осуществляется очень быстро, поэтому стоимость средств обработки информации, приходящееся на единицу информации, быстро снижается. Таким образом, применение информационных систем становится экономически оправдано и на технологических переделах цветной металлургии. В последние 3-5 лет происходит очень активное вытеснение предыдущих поколений средств автоматизации и переход к использованию информационных систем для управления всеми переделами цветной металлургии.

    Инженер – технолог реально принимает участие в управлении технологическим процессом в качестве элемента информационной системы как ЛПР.

    Основные  процессы в информационной системе следующие:

1. Сбор, первичная обработка и оценка достоверности информации.

Источником  информации о технологическом процессе служат датчики физических величин, расположенные на технологическом объекте. Они измеряют физические величины: температуру, давление, массовый расход, объемный расход. Помимо датчиков физических величин информация о процессе – это результат химических или иных анализов сырья и полученных продуктов.

2. Преобразование информации.

Источники информации (датчики) выдают информацию в различном виде: аналоговом или цифровом (если температура измеряется термометром сопротивления, то информация о температуре опосредована, датчик измеряет температуру, а результат измерения – сопротивление – аналоговая величина). Устройства обработки информации – компьютеры – дискретные устройства, способны обрабатывать цифровую, дискретную информацию. Таким образом, необходимо преобразование информации из аналоговой формы в цифровую – аналого-цифровое преобразование (АЦП).

3. Передача информации в пункт хранения.
4. Хранение собранной информации – самостоятельная задача информационной системы.
5. Выдача информации ЛПР в наиболее удобной для восприятия форме.
6. Компьютерная (модельная) поддержка принятия решения.

Информационная  система должна на основе собранной информации  и имеющейся модели технологического объекта, определить оптимальное управляющее воздействие и выдать их ЛПР. Решение на управление технологическим объектом остается за ЛПР.

    Различают 2 типа информационных систем:

• Фактографические
• Документальные

    В фактографических системах образуются факты, конкретные значения данных об объекте.

    В документальных системах оперируют с не структурируемыми данными (тексты). Цель такой информационной системы – выдача информации, соответствующей определенному запросу пользователя такой системы. Например, поисковые системы в Интернете. 

    Информационная  структура предприятия.

    Информационная  структура – иерархическая структура, в ней можно выделить 5 уровней. В основе всей структуры технологический объект: 

MRP (Manufacture Resource Planning) – планирование ресурсов производства.

MES (Manufacture Execution System) – система исполнительного производства.

SCADA (Supervisory Control Data Acquisition) – диспетчерское управление.

Control – локальное управление.

Input/Output – ввод/вывод. 
 
 
 

    Целью информационной структуры предприятия является информационное обеспечение технологического процесса, прямое технологическое управление.

    Информационные  технологии – система методов и способов сбора, накопления, поиска, хранения, обработки и передачи информации на основе применения средств вычислительной техники. Информационные технологии являются аналогами материального производства.

    Материальное  производство    Информационная технология

       

                   
 
 
 
 
 
 
 

    В качестве данных информационной технологии используют различные виды исходной информации. На уровне АСУТП такими данными являются характеристики работы технологического объекта, которым мы управляем. Эти данные содержат сведения о химическом составе, массовых процентах поступающего сырья, это величины, характеризующие режим работы аппарата, его состояние.

    При управлении технологическим объектом с помощью АСУТП информационным продуктом являются те параметры, те характеристики технологического объекта, которые являются управляющими воздействиями и поддерживается на технологическом объекте с помощью регулятора.

    Для более высоких уровней, входящих в АСУ предприятия в качестве исходных данных фигурируют другие показатели технологического процесса (количество продукта, масса металла, извлечение по технологии и т.д.).

    Задача  этих уровней информационной структуры – планирование работы предприятия для оптимального использования имеющихся ресурсов.

    Информационный продукт этих двух уровней означает план работы предприятия.

    По  типу данных различают несколько  типовых информационных технологий. 

 

    В отличие от фактов, знания представляют собой совокупность закономерностей, правил, объединяющих следующие факты. Таким образом, для обработки знаний требуются специфические информационные технологии, способные логически обрабатывать имеющиеся закономерности и выводить из них, на основе логической обработки, новые закономерности, т.е. знания. Такие системы носят название экспертных систем. Они используют методы искусственного интеллекта.

    Различные виды данных, различные виды информационных технологий требуют создание интегрируемой среды – это означает, что комплексные программы, относящиеся к различным информационным технологиям, должны работать так, чтобы можно было использовать результаты обработки их, полученных другими типами информационных технологий. Интегрированная среда предполагает, что существует средство обмена информации между различными видами технологии. 

    Основные  задачи информационных технологий для управления технологическими процессами.

    Информационные  технологии сбора и обработки  информации. Технологический процесс, которым мы управляем с помощью АСУТП является источником информации, на основе которого в АСУТП вырабатываются управляющие воздействия в соответствии с выбранным объектом, и эти процессы в последующем организуются на объекте.

    АСУТП осуществляет следующие  основные функции:

    1. Информационные функции.

    Это сбор и обработка информации по состоянию технологического объекта. С этой целью на технологическом объекте устанавливаются датчики физических величин (массовых и объемных расходов, температур, давлений, скоростей, составов). Помимо опросов датчиков и считывания результатов, в АСУТП осуществляется обработка поступающей информации. В результате измерения составов и масс полученных продуктов рассчитывается извлечение.

    2. Управляющая функция.

• Регулирование – стабилизация технологических параметров, т.е. поддерживание их заданных значений (например, путём изменения расхода топлива поддерживается температура печи).
• Программное управление – значение технологического параметра поддерживается таким образом, чтобы обеспечить выбранный закон изменения регулируемой величины.
• Логическое управление – изменяется параметр управления в соответствии с определёнными логическими правилами.
• Оптимальное управление – для осуществления оптимального управления предварительно необходимо решить оптимизационную задачу, выработать оптимальную величину воздействий и поддерживать эти величины с помощью регуляторов. Для реализации такого управления в АСУТП должна быть модель технологического процесса.