Общая характеристика систем управления

1. Общая характеристика систем управления

2. Структурная схема комплекса средств автоматизации

3. Описание функционирования АСУ комплекса средств автоматизации

5. Требования, предъявляемые к АРМ РД

6. Структура базы данных

Заключение

Задача накопления, обработки и распространения (обмена) информации стояла перед человечеством на всех этапах его развития. В течение долгого времени основными инструментами для ее решения были мозг, язык и слух человека. Первое кардинальное изменение произошло с приходом письменности, а затем изобретением книгопечатания. Поскольку в эпоху книгопечатания основным носителем информации стала бумага, то технологию накопления и распространения информации естественно называть «бумажной информатикой».

Положение в корне изменилось с появлением электронных вычислительных машин (ЭВМ). Первые ЭВМ использовались как большие автоматические арифмометры. Принципиально новый шаг был совершен, когда от применения ЭВМ для решения отдельных задач перешли к их использованию для комплексной автоматизации тех или иных законченных участков деятельности человека по переработке информации.

Одним из первых примеров подобного системного применения ЭВМ в мировой практике были так называемые административные системы обработки данных: автоматизация банковских операций, бухгалтерского учета, резервирования и оформления билетов и т. п. Решающее значение для эффективности систем подобного рода имеет то обстоятельство, что они опираются на автоматизированные информационные базы. Это означает, что в памяти ЭВМ постоянно сохраняется информация, нужная для решения тех задач, на которые рассчитана система. Она и составляет содержимое информационной базы соответствующей системы.

При решении очередной задачи система нуждается во вводе только небольшой порции дополнительной информации, — остальное берется из информационной базы. Каждая порция вновь вводимой информации изменяет информационную базу системы. Эта база (информационная, или база данных) находится, таким образом, в состоянии непрерывного обновления, отражая все изменения, происходящие в реальном объекте, с которым имеет дело система.

Хранение информации в памяти ЭВМ придает этой информации принципиально новое качество динамичности, т. е. способности к быстрой перестройке и непосредственному ее использованию в решаемых на ЭВМ задачах. Устройства автоматической печати, которыми снабжены современные ЭВМ, позволяют в случае необходимости быстро представить любую выборку из этой информации в форме представления на бумаге.

По мере своего дальнейшего развития административные системы обработки данных перерастают в автоматизированные системы управления (АСУ) соответствующими объектами, в которых, как правило, не ограничиваются одной ЭВМ, а в составе двух и более ЭВМ объединяют в вычислительный комплекс (ВК).

Автоматизированная система управления (АСУ) — это человекомашинная система, в которой с помощью технических средств обеспечивается сбор, накопление, обработка информации, формулирование оптимальной стратегии управления определенными компонентами и выдача результатов человеку или группе людей, принимающих решение по управлению. Под оптимальной стратегией понимается стратегия, минимизирующая или максимизирующая некоторые характеристики объекта.

С целью обеспечения возможности взаимодействия человека с ЭВМ в интерактивном режиме появляется необходимость реализовать в рамках АСУ так называемое АРМ — автоматизированное рабочее место. АРМ представляет собой совокупность программно-аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие человека с ЭВМ, т. е. такие функции как:

возможность ввода информации в ЭВМ;

возможность вывода информации из ЭВМ на экран монитора, принтер или другие устройства вывода (в настоящее время этот перечень достаточно широк — графопостроители, и т. п.).

Так называемые интеллектуальные АРМ в свою очередь также содержат в своем составе ЭВМ, тем или иным способом подсоединенную к центральной ЭВМ (ВК) АСУ. Устройства ввода также должны обеспечивать широкий спектр вводимой информации: текстовой, координатной, факсимильной и т. д. Поэтому АРМ оснащаются при необходимости универсальной или специальной клавиатурой, устройствами ввода координатной информации (типа мыши), различного рода сканерами и т. д.

С целью повысить спектр форм представления информации, выводимой из ЭВМ, АРМ оснащается цветными мониторами, средствами создания и управления звуковыми сигналами вплоть до возможности создания и воспроизведения речевых сигналов.

1. Общая характеристика систем управления

Система управления — это совокупность управляемого объекта или процесса и устройства управления, к которому относится комплекс средств приема, сбора и передачи информации и формирования управляющих сигналов и команд. При этом действие системы управления направлено на улучшение и поддержание работы процесса или объекта. В некоторых случаях без АСУ вообще невозможно решение задачи в силу сложности процесса управления. Управляемый объект — это элемент системы, который для нормального функционирования нуждается в систематическом контроле и регулировании. Управляющий объект — элемент системы, который обеспечивает слежение за деятельностью управляемого объекта, выявляет возможные отклонения от заданной программы и обеспечивает своевременное приведение его к нормальному функционированию.

Все системы управления, с точки зрения логики их функционирования, решают три задачи:

Сбор информации об управляемом объекте;

Обработка информации;

Выдача управляющих воздействий в той или иной форме.

В зависимости от вида системы, управление представляет собой воздействия на физическом или информационном уровне, направленные на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой или целью управления.

Различают два основных типа систем управления:

Системы управления технологическими процессами в широком смысле этого слова, предназначенные для непосредственного управления производственными процессами на физическом уровне процесса;

Системы информационного управления, имеющие дело с объектами организационной природы, предназначенные для решения задач управления таких объектов управления, как крупные технические подразделения, военные, строительные и иные объекты разных рангов.

Главное отличие между ними заключается в характере объекта управления. В первом случае это всевозможные установки, приборы, станки и прочее, во втором — прежде всего люди.

Другое отличие между указанными системами заключается в форме передачи информации. Если в системах управления технологическими процессами основной формой передачи информации являются различного рода сигналы, то в системах организационного управления это документы. Четкую границу между двумя рассматриваемыми типами систем провести невозможно, чаще всего передача информации осуществляется как с помощью документов, так и с помощью сигналов.

Автоматизация систем управления осуществляется с помощью вычислительной техники. В зависимости от степени участия человека в управлении, системы управления можно классифицировать следующим образом:

Автоматические;

Полуавтоматические;

Автоматизированные.

Автоматизированная система не исключает, а наоборот, предполагает участие человека в управлении системой и принятие человеком ключевых решений, в то время как автоматические системы управления исключают участие человека в управлении объектом. Полуавтоматическая система может рассматриваться как вариант автоматической системы, в которой уровень развития техники еще не позволяет исключить человека из контуров системы управления.

Центральным ядром системы управления, с помощью которого осуществляется ее автоматизация, является вычислительная машина. Возможны два способа взаимодействия между ЭВМ, объектом управления и органом управления.

В первом случае ЭВМ используется, как правило, для решения отдельных периодически повторяющихся трудоемких задач. Сбор информации ведется вручную, так же осуществляется и подготовка документов с управляющими воздействиями. Подобная система может быть названа системой обработки данных. Обращение пользователей к системам обработки данных чаще всего приводит к обновлению информации; вывод информации может вовсе отсутствовать или представлять собой результат программной обработки хранимых сведений, а не сами сведения. Примером системы обработки данных может быть система сберегательного банка города. Она содержит сведения о вкладах жителей города, большинство обработок банковской информации предполагает обновление сумм вкладов, расчет процентов, подведение итогов за некоторый период работы и т. п.

Во втором случае основная информация о состоянии управляемого объекта собирается автоматически машиной (в общем случае — вычислительным центром). ЭВМ перерабатывает поступающую информацию и в том или ином виде готовит выходную документацию, после чего выносится решение о воздействии на объект. Автоматизированные системы управления классифицируют также в зависимости от вида выдаваемой ими выходной документации. Последняя может быть представлена в виде:

Переработанной, упорядоченной совокупности сведений об управляемом объекте. На основании их человек (или группа людей) принимает решение о характере воздействия на объект. Это свойственно системе обработки данных, но не собственно автоматизированной системе.

Совокупности рекомендаций (вариантов решения) относительно характера воздействия на управляемый объект. Окончательное решение в данном случае принимает человек. Такая реализация наиболее типична для автоматизированных систем управления.

2. Структурная схема комплекса средств автоматизации

АСУ представляет собой комплекс средств автоматизации (КСА), выполняющий ряд функций по обработке информации.

Структурная схема КСА представлена на рис. 1.

На структурной схеме обозначены следующие устройства (компоненты КСА):

ВК — вычислительный комплекс;

каналы связи, по которым поступает информация от внешних источников (в дальнейшем обозначаются — КС1, КС2, КС3);

АРМ1,…, АРМ6 — специализированные автоматизированные рабочие места с функциями, характерными для каждого из них, подсоединены к ВК по стыку С1;

Ш1,…, Ш3 — специальные устройства;

ПУ-1,…, ПУ-3 — пульты управления;

И-ПП, И-ВП — шкафы первичного и вторичного электропитания.

Автоматизированное рабочее место регистрации и документирования (АРМ РД) реализовано на базе двух персональных компьютеров (ПК1, ПК2) и подключены к ВК по стыку С2.

3. Описание функционирования АСУ комплекса средств автоматизации

Представленный в дипломном проекте КСА представляет собой автоматизированную систему управления информационными процессами, предназначенную реализовать следующие функции:

прием и обработку информации, круглосуточно поступающей по КС в КСА от внешних источников;

формирование и передачу необходимой информации для выдачи по КС на внешние устройства;

обработку информации, круглосуточно поступающей от устройств системы, таких как АРМ1 … АРМ6, Ш1 … Ш3, ПУ-1 … ПУ-3, И-ПП, И-ВП;

формирование и передачу необходимой информации устройствам системы.

Сбор и обработка информации — это целая серия заранее запланированных действий и операций для получения информации или желаемых результатов. Это комплекс взаимосвязанных процессов и методов, направленных на выполнение основной цели.

Основной задачей автоматизированной системы является вовсе не уменьшение количества управленческого персонала (это задача вспомогательная и решается она не всегда). Основным достоинством подобной системы является то, что благодаря ей повышается качество функционирования управляемого объекта (примерно на 15−25%).

Независимо от вида информации, которая должна быть обработана, и типа оборудования, АСУ информационными процессами выполняет следующие основные операции:

1. прием исходной информации;

2. обработку информации;

3. получение и анализ результатов;

4. выдачу управляющих воздействий.

Сбор информации в АСУ производится автоматически — в ВК передается информация от устройств системы и информация от внешних источников, поступающая по каналам связи КС1, КС2, КС3. ВК также передает информацию, предназначенную для устройств системы и внешних источников.

Процесс обработки поступающей информации выполняется в ВК автоматически по заранее установленным, последовательно и логически разработанным алгоритмам. В ВК также поступает управляющая информация со специальных автоматизированных рабочих мест АРМ1… АРМ6. После обработки в ВК специальными алгоритмами, она выдается внешним устройствам, или устройствам КСА системы.

Так как АСУ информационными процессами — это человекомашинная система, то для организации взаимодействия человек — КСА необходимо обеспечить возможность общения человека с системой. Для этого в составе КСА предусмотрены автоматизированные рабочие места АРМ1-АРМ6, а также АРМ РД.

4. Функциональное назначение АРМ РД

Как было отмечено выше, с целью обеспечения возможности взаимодействия человека с системой, с целью доступа к результатам регистрации информации, появляется необходимость реализовать в рамках АСУ АРМ РД, представляющее собой совокупность программно-аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие человека с ЭВМ в интерактивном режиме.

Вся информация, циркулирующая в системе, в процессе управления функционированием технических средств системы и получения результатов регистрации информации после обработки в ВК специально разработанными алгоритмами в формализованном виде поступает в АРМ РД. АРМ РД, в свою очередь, реализует следующие функции:

прием данных, круглосуточно поступающих от ВК;

выдачу информации в ВК;

регистрацию поступившей информации в памяти ЭВМ;

документирование данных, размещенных в информационных массивах.

Регистрация — это сохранение в памяти ЭВМ информации, поступающей в систему или циркулирующей в системе в некоторых информационных массивах, организованных как базы данных. Также необходимо обеспечить сохранение всей информации о техническом состоянии устройств, поступающей в систему или циркулирующей в системе.

Документирование — это по сути представление на экране монитора или принтере выборки из этих информационных массивов (баз данных) в заданной, удобной для дальнейшего анализа, форме.

Хранение информации в памяти ЭВМ в виде информационных массивов и возможность представления выборок из этих информационных массивов на экран монитора и принтер для обеспечения успешного взаимодействия человек-система — задачи регистрации и документирования информации, которые были поставлены перед создателями АРМ РД.

5. Требования, предъявляемые к АРМ РД

При выборе технических средств для реализации АРМ РД и разработке ПО, необходимо учесть требования, предъявляемые к АРМ РД:

возможность функционировать в рамках автоматизированной системы;

круглосуточная работа;

работа в реальном масштабе времени;

обеспечение требований ко времени реакции системы;

регистрация всей информации, циркулирующей в системе;

хранение данных о состоянии устройств системы;

возможность выдачи информации на принтер и экран монитора АРМ РД в форме, обеспечивающей эффективную работу оператора АРМ РД;

обеспечение высокой надежности как технических средств, так и ПО АРМ РД;

обеспечение взаимодействия разрабатываемого ПО с компонентами автоматизированной системы.

Представленные выше требования к АРМ РД могут быть реализованы при помощи выбора технических средств и при помощи создания программного обеспечения, отвечающего требованиям АРМ РД.

Следовательно, для АСУ информационными процессами, с целью автоматизации сбора и обработки данных, необходимо спроектировать программное обеспечение (ПО) АРМ РД, удовлетворяющее функциональному назначению АРМ РД и выбрать технические средства, удовлетворяющие функциональным требованиям АРМ РД.

6. Структура базы данных

После того как требования к системе определены и в основном предопределен процесс, начинается определение требований к входным данным, источникам данных и их формам. Не менее важным по своему значению является определение формы для выходной информации, которая в той или иной степени предопределяет процесс, метод и требования к входным данным.

В АРМ РД для обмена информацией с ВК используется стандартный интерфейс RS232 (по стыку С2), согласно которому информация передается в виде сообщений переменной длины (слов). Сообщение состоит из 2-х частей — служебной и информационной. ПО АРМ РД использует только информационную часть, т.к. ВК адресует сообщения только для АРМ РД. В дальнейшем будет применяться и другое, принятое для этой системы название сообщения, — кодограмма обмена, или просто кодограмма.

Кодограммы, циркулирующие в системе, могут содержать в себе информацию разного рода — это может быть распоряжение администратора, директора, т. е. управляющие воздействия, которые имеют место в АСУ. Кроме того, в систему приходят кодограммы из КС. Все кодограммы, циркулирующие в системе, имеют формат в рамках заранее оговоренного Протокола информационного обмена, который является одной из составляющих исходных данных на разработку системы.

С точки зрения дипломного проекта интерес представляют кодограммы, отражающие состояние устройств системы, или информацию функционального контроля.

Функциональный контроль (ФК) — это контроль работоспособности устройств системы и обнаружение неисправностей, возникающих в процессе работы. Можно сказать, что устройства, входящие в КСА, охвачены алгоритмом функционального контроля. Это означает, что в кодограммах обмена отдельные поля, биты или группы полей отражают текущее состояние устройства с различной степенью детализации. Кодограмма формируется и передается на АРМ РД при изменении состояния устройства в ту или иную сторону — было исправно, стало неисправно, было неисправно — стало исправно, т. е. при любом изменении статуса устройства. Это изменение обнаруживается встроенными в устройство программно-техническими средствами, которые и формируют кодограмму, поступающую от устройства.

Кодограммы обмена содержат в себе информацию о состоянии системы, например:

несанкционированный доступ (НСД) к устройствам системы;

несанкционированный доступ к оперативной памяти (НСД ОП);

навязывание ложной информации (НЛИ);

а также о состояниях технических устройств, таких как:

обмен информацией между устройствами системы;

сбой в работе устройств, КС, нарушение связи с устройством, и т. п.;

информации функционального контроля (ФК);

информации байтов состояния (БС) устройств.

По виду кодограммы обмена ПО АРМ РД определяет, откуда пришла кодограмма.

Вид кодограмм обмена между ВК и АРМ РД представлен ниже.

Кодограммы обмена между ВК и АРМ РД.

Общий вид кодограммы регистрации № 1 представлен на рис. 3. Кодограмма регистрации состоит из 6-ти слов, каждое слово имеет размер в два байта.

Значение поля «Счетчик сбоев» (11−15 разряды нулевого слова) содержит следующую информацию: от неисправного устройства поступают кодограммы в ВК по стыку С1. Пока устройство неисправно, кодограммы, содержащие одну и ту же информацию, будут поступать в ВК. Поскольку информация в кодограмме не изменялась, то программы обработки информации (каждая для своего устройства) обнаружив, что точно такая же кодограмма уже есть в очереди на обслуживание, делают всего навсего увеличение счетчика этих поступивших одинаковых кодограмм. Эти счетчики расположены в поле кодограммы с именем «счетчик сбоев». Поэтому, когда кодограмма будет взята на обслуживание из входной очереди, она может содержать в себе значение «счетчика сбоев» отличное от 1. Значение этого счетчика, кроме того, дает возможность анализировать степень загрузки ВК и качество обслуживания в «пиковых» ситуациях, при максимальной загрузке ВК.

Со 2-го по 5-е слово кодограммы регистрации № 1 располагается следующая информация:

информация обмена по КС1, КС2, КС3;

информация обмена между Ш1, Ш2, Ш3 и ВК;

сбойная информация обмена по КС1, КС2, КС3;

сбойная информация между Ш1, Ш2, Ш3 и ВК;

информация о НЛИ.

Сложившийся в прошлом подход к проектированию систем сбора и накопления информации и ее эффективного использования для всевозможных целей состоял в автоматизации отдельных процессов в рамках фрагментов предметной области, или как говорят, в создании множества локальных приложений. В силу значительной независимости приложений одни и те же данные многократно представлялись в памяти ЭВМ, а их соответствие действительным значениям обеспечивалось периодическим применением процедур обновления. При изменении каких-либо сведений приходилось корректировать от нескольких до сотен и даже тысяч записей.

При переходе от автоматизации отдельных процессов предметной области к созданию автоматизированных информационных систем требуется не только взаимоувязка приложений, но и качественно новый подход к организации данных. Этот подход состоит в использовании единого хранилища — базы данных. Отдельные пользователи перестают быть владельцами тех или иных данных. Все данные накапливаются и хранятся централизованно. В памяти ЭВМ создается динамически обновляемая модель предметной области.

Слова «динамически обновляемая» означают, что соответствие БД текущему состоянию предметной области обеспечивается не периодически (раз в месяц, неделю, день), а в режиме реального времени.

При выборках для разных приложений эти записи могут быть упорядочены по-разному, т. е. пользователи информационной системы имеют возможность обращаться к интересующим их данным, а одни и те же данные могут быть по-разному представлены в соответствии с потребностями пользователей. При этом всякое обращение к данным осуществляется через некий программный фильтр, обеспечивающий, если это необходимо, предварительные преобразования запрошенных пользователем данных.

Отличительной чертой баз данных следует считать совместное хранение данных с их описаниями. Традиционно описания данных содержались в прикладных программах. При этом если обрабатывалось лишь два поля записи, программа включала описание всей записи. В результате любое изменение в организации приводило к необходимости внесения изменений в созданные программы.

Заключение

Современный подход требует, чтобы в программе были лишь перечислены необходимые для обработки данные и заданы требуемые форматы их представления. При этом описание баз данных становится независимым от программ пользователей и составляет самостоятельный объект хранения. Эти описания обычно называют метаданными.

Важнейшим компонентом автоматизированной системы сбора, накопления и эффективного использования информации является система управления базами данных (СУБД). Программы составляющие СУБД включают ядро и сервисные средства. Ядро — это набор программных модулей, необходимый и достаточный для создания и поддержания БД. Сервисные программы предоставляют пользователям ряд дополнительных возможностей и услуг по обслуживанию систем баз данных. Языковые средства служат для описания БД и используются для обработки данных пользователями.

Глушков В. М. «Основы безбумажной информатики», М. Наука, 1987 г.;

«Человек и вычислительная техника» под ред. Глушкова В. М., М. Наука, 1971 г.;

«Организационные вопросы автоматизации управления» (перевод с английского) Глушкова В. М., М. Экономика, 1972 г.;

Мартин Дж. «Организация баз данных в вычислительных системах», М. Мир, 1980 г.;

Бойко В. В., Савинков В. М. «Проектирование баз данных информационных систем», М. Финансы и статистика, 1989 г.;

Шураков В. В. «Надежность программного обеспечения систем обработки данных», М. Финансы и статистика, 1987 г.;

Уинер Р. «Язык Турбо СИ», М. Мир, 1991 г.;

Paradox Engine. Документация: описание, список функций для создания и работы с БД.;

«Турбо СИ. Описание редактора, стандартные и графические функции», изд. Иститута проблем информатики, М. 1989 г.;

Хьюз Дж., Мичтом Дж. «Структурный подход к программированию». Изд. Мир, М., 1980 г.;

«Выполнение организационно-экономической части дипломных проектов». Учебное пособие, изд. МИРЭА, 1994 г.;

«Выполнение организационно-экономической части дипломных проектов». Учебное пособие, изд. МИРЭА, 1987 г.;

«Сетевые графики в планировании». Разумов И. М., Белова Л. Д., и др., М. Высшая школа, 1981 г.;

«Основы финансового менеджмента. Как управлять капиталом?» Балабанов И. Т., М. «Финансы и статистика», 1994 г.;

Мотузко Ф. Я. «Охрана труда», М. Высшая школа, 1969 г.;

Самгин Э. Б. «Освещение рабочих мест», изд. МИРЭА, 1989 г.;