25
Произведя сравнительный анализ всех видов моделей ЖЦ и их основных
параметров, можно произвести сравнение их основных характеристик и
особенностей разработки в интегрированной таблице (таблица 1).
Таблица 1, Сравнительные характеристики
Параметры
Каскадная
Итерационная
Инкрементная
Спиральная
Простота
Высокая
Средняя
Низкая
Низкая
Гибкость
Низкая
Средняя
Высокая
Высокая
Сроки
разработки
Низкие
Средние
Высокие
Высокие
Ранние
прототипы
Нет
Нет
Да
Да
Стоимость
Низкая
Средняя
Высокая
Высокая
Итог по разделу: рассмотрев возможные модели ЖЦ, самой подходящей
для текущего объекта автоматизации является классическая каскадная модель,
т.к. объект имеет абсолютно точные изначальные требования к системе, что
даёт возможность выполнить все работы над каждым этапом разработки без
возвращения на предыдущий этап – эта концепция как раз и реализована в
каскадной модели [3,5,17].
1.3. Проектирование и основные технологии разработки АСУ ТП
Проектирование технической системы – это создание, преобразование и
представление образа планируемой системы в общепринятой форме.
Образ системы или её составных частей может разрабатываться в
соответствии с задумкой команды разработчиков или генерироваться в
соответствии с изменяемыми алгоритмами в процессе взаимодействия
персонала с системой.
В любом варианте развития проекта инженерное проектирование
начинается с выражения начальных требований к функциям системы. система
могла удовлетворить все основные потребности автоматизируемого объекта.
Начальный этап называется разработкой технического задания (ТЗ), он
необходим чтоб в дальнейшем система могла удовлетворить все основные
потребности автоматизируемого объекта.
26
Если коротко обобщить весь процесс, то проектирование – это получение
и преобразование исходных данных автоматизируемого объекта в
окончательное функциональное и визуальное описание системы,
основывающееся на результате проведенных работ по исследованию,
проведению расчетов и конструированию АСУ.
Это преобразование порождает собой еще ряд промежуточных итоговых
описаний решения определенных задач и конфликтов системы, решаемые в
процессе начального проектирования или используемые уже в дальнейшей
корректировке разработанного проекта [2,29].
Проектирование АСУ в зависимости от сложности объекта
автоматизации, может происходить с использованием двух основных методах
проектирования:
система автоматизированного проектирования (САПР);
системный подход.
САПР – система, состоящая из ряда программных пакетов, призванных
создавать конструкторскую и технологическую документацию, 3D модели и
чертежи. Само понятие САПР на русском языке имеет широкое толкование и
содержит в себе множество общепринятых терминов на английском языке, в
классифицировании САПР это видно более подробным образом:
САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) – системы
функционального проектирования;
САПР-К или CAD (Computer-Aided Design) – конструкторские
системы на базе машинной графики и математического моделирования;
САПР-Т или CAM (Computer-aided manufacturing) –
технологические системы.
Основные типы программных пакетов, использующихся в САПР:
пакет математического обеспечения – объединение всех
математических моделей, методов и алгоритмов для внедрения в общий проект;
27
пакет лингвистического обеспечения – производит преобразование
языков общения между командой разработки и компьютерной системой,
языков обмена информацией и языков программирования между техническими
устройствами;
пакет технического обеспечения – включает в себя всю периферию
системы: устройства, компьютеры, линии связи, обработку и выводы данных;
пакет информационного обеспечения – объединяет в себя базы
данных и системы управления базами данных.
Большое количество предоставленных систем САПР и гибкость в выборе
их структурных элементов, гарантируют заказчику проектной системы
качество, не смотря на множество переменных. Гибкость структуры
корректируется в зависимость от факторов:
степень автоматизации объекта и его отдельных структур;
количество ресурсов, предоставленных на проектирование;
уровень начальных требований;
архитектура и технические средства объекта.
Но по итогу все же стоит отметить что использование такого подхода к
проектированию актуально лишь в отдельных случаях проектирования
сравнительно несложных объектов [3,16].
Системный подход – основывается на применении идей и принципов,
основанных на ряде теорий, подходов и опытных решений других проектов.
Такой метод позволяет определить в процессе проектирования: структуру
системы, тип взаимосвязей, определить атрибуты системы, провести анализ
влияния внешней среды.
Также системный подход является базой для обобщающей дисциплины
«теория систем», в которой рассматриваются исследование и проектирование
сложных систем, в таких сферах как: экономическая, социальная, техническая.
28
Проектирование системы происходит в многошаговом режиме принятия
каждого решения, а объект моделирования рассматривается как сложная
система.
Такая методика проектирования отлично подходит для сложных проектов
с большими требованиями к производительности разрабатываемой системы,
для которой характерны: структуризация проектирования, итерационный
характер проектирования, типизация и унификация проектных решений и
средств проектирования [16].
Типичное построение архитектуры выполнения действий системного
подхода указана на рисунке 5.
Рисунок 5 – Системный подход [18]
В свою очередь системный подход имеет несколько видов реализации:
структурный, блочно-иерархический и объектно-ориентированный подходы.
Структурный подход - требует синтезирования версий системы поблочно
и их оценки с предварительным прогнозированием характеристик каждого
компонента.
Достоинства структурного подхода:
29
Легко выявляются ошибки;
Обладает функцией комплексного тестирования;
Процесс кодирования начинается раньше;
Упрощенный для чтения код;
Задачи сбалансированно распределены между всеми участниками.
Недостатки структурного подхода:
Отсутствует гибкости системы (после прохождения этапа вернутся
для коррекции к требованиям практически невозможно);
Обладает сложной структурой и формой данных;
Сложен в сопровождении [2.16].
Блочно-иерархический подход - основан на использовании декомпозиции
сложного описания объекта и средств их создания по иерархическому
принципу, и устанавливает связи между иерархическими уровнями [6,18].
Достоинства блочно-иерархического подхода:
Упрощает мониторинг работоспособности системы и отдельных
блоков;
Обладает функцией частичной модернизации системы (замена
ненадежных элементов с возможностью сохранения их интерфейса).
Недостатки блочно-иерархического подхода:
Сложность структуры проектирования;
Добавление к окончательному сроку проектирования времени на
создание структуры проекта.
Объектно-ориентированный подход – обладает большой структурной
определенностью, распределяет предоставленную информацию и процедуры
между классами объектов. Располагает описанием иерархии каждого объектов
и взаимосвязей между ними, что упрощает внедрение в систему новых
требований, что бывает необходимо в системах с гибкими параметрами и
постоянно изменяющимися требованиями к произовдству.
Достоинства объектно-ориентированного подхода:
30
Вносит структурную определенность, за счёт распределения
данных между уровнями;
Упрощает список спецификаций объекта, с помощью введения
иерархических описаний между свойствами разных классов объекта;
Ограничение в доступе к определённым данным объекта,
положительно сказывается на безопасности от ошибочного искажения данных.
Недостатки объектно-ориентированного подхода:
Разработки в рамках одного объекта редко подходят даже для
похожих по структуре;
Высокая стоимость разработки за счёт создания уникального
подхода;
Сложная структура взаимосвязей требует дополнительного
пояснения для заказчика.
Сравнивая эти три подхода между собой стоит отметить их абсолютное
сходство в таких параметрах как:
Структурирование процессов проектирования;
Декомпозиция задач и документации;
Итерационный метод проектирования;
Сохранение и классификация принятых проектных решений и
средств для проектирования [9, 16].
Проведя анализ литературы по данном теме стоит отметить что блочно-
иерархический подход применятся только после конкретизации общих
требований к подходу и внесения основных изменений в процессе
проектирования. Структурный же подход учитывает иерархические свойства в
рамках «целое-часть», а объектно-ориентированный обладает ещё и
разделением по иерархиям по принципу «простой-сложный».
Рассмотрев разные подходы к проектированию и имея предварительные
сведения об объекте автоматизации, самым подходящим для него по
31
параметрам простота-надежность и функциям исполнения будет структурный
подход к проектированию [2,15].
Проектирование АСУ ТП согласно ГОСТ 34.601-90 должно происходить
в несколько этапов (рисунок 6):
Рисунок 6 – Этапы проектирования
1) Формирование требований – на этом этапе производится детальное
обследование объекта, определяется актуальность создания системы и
формируются начальные требования системы;
2) Разработка концепции системы – изучается объект автоматизации,
проводится научно-исследовательская работа и формируется концепция
системы из нескольких разработанных вариантов;
3) Разработка технического задания – производятся работы по разработке,
оформлению, согласованию и утверждению технического задания, согласно
определенным ранее требованиям;
4) Эскизный проект – разрабатываются предварительные проектные
решения по системе и её компонентам, а именно:
определяются функции и цели системы и подсистемы;
определяется состав программного комплекса и общих задач;
разрабатывается концепция базы данных;
формируются функции систем управления;
32
составляется комплекс технических средств;
определяются функции и параметры ПО и ресурсов системы;
производится создание и оформление документов на утверждение;
5) Технический проект – производится разработка проектных решений:
системы и её компонентов;
функционально-алгоритмической структуры АСУ;
структуры технических средств;
функциям технического и технологического персонала;
алгоритмов решения задач;
организации и введения баз данных;
системы классификации и кодирования данных.
6) Рабочий проект – разрабатывается рабочая документация по системе и
её компонентам, включающая в себя достаточные сведения для проведения
работ по вводу системы в эксплуатацию, также по обучению рабочего
персонала по новым параметрам и функциям системы;
7) Ввод в действие – выполняются следующие действия:
подготовка объекта к вводу системы в эксплуатацию;
обучение рабочего персонала и проверка его умения работы с
системой;
установка программных и технических средств системы;
производство работ по монтажу технических средств и линий связи;
пусконаладочные работы;
предварительные испытания;
опытная эксплуатация;
приёмочные испытания перед заказчиком [1,6,9].
В процессе выполнения первой главы выпускной квалификационной
работы рассмотрены теоретические аспекты разработки АСУ и её структуры,
выделены достоинства и недостатки моделей ЖЦ, проведен сравнительный
33
анализ моделей ЖЦ и видов системного подхода, получены следующие
авторские выводы:
1) Довольно тяжело найти экспертную литературу по данной теме, из-
за разбавления работ авторскими навязываемыми сноскам и ссылками для
увеличения объема своих работ;
2) Разработка АСУ ТП сложный и трудоемкий процесс, рассчитанный
на команду квалифицированных разработчиков (дизайнеры, монтажники,
программисты, слесари КИПиА и т.д.)
3) Любой даже самый относительной простой объект автоматизации
за внешним простым интерфейсом имеет сложную иерархическую структуру;
4) Методов разработки настолько много, что существуют целые книги
от 300 и более листов посвященные их перечислению и описанию;
5) В процессе дальнейшей работы учитывая ограниченный объем
ВКР, мне вряд ли удастся в полном объеме осветить технические и
программные особенности работы системы, т.к. моя работа основана на
внедрении новой функции в систему, поэтому основная часть описаний будет
приходится именно на её [4,17].
Проведенный анализ и полученные авторские выводы позволяют перейти
к рассмотрению второй главы, посвященной исследованию объекта
автоматизации и проектированию.
34
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ АСУ ТП
ЭЛЕКТРОЛИЗА МЕДИ
2.1. Структура, функции и особенности проектирования АСУ ТП
электролиза меди
Для большего понимания сути и целей объекта рассмотрим сначала
вектор развития предприятия в целом. Основная деятельность группы
компаний «Норильский никель» заключается в поиске, разведке, добыче,
обогащении и переработке полезных ископаемых, а также в производстве и
реализации цветных и драгоценных металлов. Готовая продукция поставляется
более чем в 30 стран мира. Производственные подразделения компании
расположены в России (Норильский промышленный район, Кольский
полуостров и Забайкальский край), Финляндии, Австралии и Южной Африке.
Полярный дивизион дочерних компаний, расположен за полярным кругом на
Таймырском полуострове и является ключевой ресурсной базой компании. Он
связан с другими регионами рекой Енисей, северным морским и воздушным
сообщением. Одним из филиалов этого дивизиона и является медный завод, а
цех электролиза меди(ЦЭМ) его участком [23, 27].
Цепочка производства катодной меди: Первый и важный шаг — это
добыча руды в шахте, для получения меди применяют медные руды,
содержащие 1 – 6% меди, а также отходы меди и её сплавы. Руду, содержащую
меньше 0,5% меди, не перерабатывают, так как даже при современном уровне
развития техники извлечение меди из неё не окупается стоимостью готового
продукта. Далее медная руда поступает в плавильный цех, где после проходит
ряд важных операций: подготовка руд к плавке, плавка на штейн,
конвертирование штейна, рафинирование меди. В результате на выходе
получают медные аноды, содержащие 98,4 – 99,4% меди. Для извлечения из
анодов благородных металлов (золото, серебро, металлы платиновой группы) и
очистки меди от оставшихся примесей, применяют процесс электролиза, в
результате которого получают катодную медь, чистотой 99,95 – 99,99%.