АСУ

Понятие АСУ ТП (Тема)

С развитием промышленности возрастает и потребность в высокоэффективных и высоконадежных автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Данная потребность обусловлена следующими факторами:

возросшие требования к повышению качества технологического процесса;
рост дефицита природных ресурсов;
появление мощных, компактных, недорогих измерительных и управляющих устройств;
повышение степени автоматизации производства и перераспределение функций между человеком и аппаратурой.

В настоящее время в России остро стоит вопрос замены устаревших автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). Основными причинами, обуславливающими необходимость замены, являются следующие:

невозможность реализации на существующем оборудовании современных подходов к автоматизации, таких как использование компьютерных технологий, микропроцессорной техники и программных систем;
устаревшая элементная база существующих на предприятиях АСУТП, как правило, уже не выпускаемая промышленностью;
модернизация устаревших АСУТП стоит дороже их полной замены.

Однако, полная замена устаревших АСУТП и установка современных систем «с нуля» требует больших финансовых вложений. В связи с этим часто используется вариант установки относительно недорогих наращиваемых локальных систем, которые постепенно вытесняют старые.

Управление производственным процессом выполняют АСУТП, нижний уровень которых занимается непосредственно управлением технологическими процессами и оборудованием, а верхний уровень представляет собой системы диспетчерского управления.

Современные АСУТП представляют собой аппаратно-программные комплексы, которые выполняют следующие основные функции:

1) сбор информации от объекта управления;

2) передача, преобразование и обработка информации;

3) формирование управляющих команд и выполнение их на управляемом объекте.

В автоматизированной системе управления человек выполняет следующие основные функции:

1) анализ текущего состояния производственного процесса;

2) регулировка параметров производственного процесса;

3) обработка нештатных, аварийных ситуаций.

Требования к АСУТП:

1) универсальность (широкий спектр областей применения);

2) низкая стоимость;

3) возможность наращивания системы и объединения нескольких систем в одну;

4) удобство работы оператора (наглядность);

5) простота разработки и внедрения;

6) высокая степень ремонтопригодности и взаимозаменяемости элементов.

Примерная структура современного автоматизированного предприятия и место АСУТП в ней показано на рисунке далее.

Первый уровень, полевой уровень (уровень ввода-вывода), включает набор датчиков и исполнительных устройств, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования и предназначенных для сбора первичной информации и реализации исполнительных воздействий.

Рис.1. Структура автоматизированного предприятия

Современные интеллектуальные датчики выполняют, кроме процесса измерения, преобразования измеряемых сигналов в типовые аналоговые и цифровые значения, самодиагностику своей работы, дистанционную настройку диапазона измерения, первичную обработку измерительной информации, иногда еще ряд достаточно простых, типовых алгоритмов контроля и управления. Они имеют интерфейсы к стандартным/типовым полевым цифровым сетям, что делает их совместимыми с практически любыми современными средствами автоматизации, и позволяет информационно общаться с этими средствами и получать питание от блоков питания этих средств.

Второй уровень, уровень контроля и управления ТП (уровень непосредственное управления), служит для непосредственного автоматического управления технологическими процессами с помощью промышленных контроллеров и характеризуется следующими показателями:

предельно высокой реактивностью режимов реального времени;

2. предельной надежностью (на уровне надежности основного оборудования);

3. возможностью встраивания в основное оборудование;

4. функциональной полнотой модулей УСО;

5. возможностью автономной работы при отказах комплексов управления верхних уровней;

6. возможностью функционирования в цеховых условиях.

В промышленные контроллеры загружаются программы и данные из ЭВМ третьего уровня, уставки, обеспечивающие координацию и управление агрегатом по критериям оптимальности управления технологическим процессом в целом, выполняется вывод на третий уровень управления служебной, диагностической и оперативной информации, т. е. данных о состоянии агрегата, технологического процесса.

Этот уровень управления реализуется, например, на промышленных контроллерах Apacs, DeltaV, Centum, Simatic и др.

Третий уровень, уровень диспетчерского управления ТП (SCADA-уровень ─ Supervisory Control and Data Acquisition - сбор данных и диспетчерское управление) или еще называют уровнем человеко-машинного интерфейса HMI/MMI (Human-Machine Interface / Man-Machine Interface), предназначен для отображения (или визуализации) данных в производственном процессе и оперативного комплексного управления различными агрегатами, в том числе и с участием диспетчерского персонала.

Этот уровень управления должен обеспечивать:

1. диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по его графическому отображению на экране в реальном масштабе времени;

2. расчет и выбор законов управления, настроек и установок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;

3. оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам обработки информации от второго уровня;

4. синхронизацию и устойчивую работу систем типа «агрегат» для группового управления технологическим оборудованием;

5. ведение единой базы данных технологического процесса;

6. связь с четвертым уровнем.

Отвечая этим требованиям, ЭВМ на третьем уровне управления должны иметь достаточно высокую производительность как при решении задач в реальном масштабе времени, так и при обработке графической информации, обеспечивая работу в реальном времени с базами данных среднего объема и с расширенным набором интеллектуальных видеотерминалов.

Третий уровень управления реализуется на базе специализированных промышленных компьютеров, или в ряде случаев на базе персонального компьютера. Диспетчерский интерфейс реализуется SCADA-системами, например InTouch, iFix, Genesis32, WinCC и др.

Машины третьего уровня должны объединяться в однородную локальную сеть предприятия (типа Ethernet) с выходом на четвертый уровень управления.

Четвертый уровень, уровень управления производством MES (Manufacturing Execution System) - средства управления производством -характеризуется необходимостью решения задач оперативной упорядоченной обработки первичной информации из цеха и передачи этой информации на верхний уровень планирования ресурсов предприятия. Решение этих задач на данном уровне управления обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха как единого организационно-технологического объекта по заданиям, поступающим с верхнего уровня, и при оперативном учете текущих параметров, определяющих состояние объекта управления. Решение этих задач возлагается обычно на серверы в локальных сетях предприятия.

Пятый уровень, уровень планирование ресурсов производства MRP (Manufacturing Resource Planning) и планирование ресурсов предприятия ERP (Enterprise Resource Planning).

Задачи, решаемые на этом уровне, в аспекте требований, предъявляемых к ЭВМ, отличаются главным образом повышенными требованиями к ресурсам (например, для ведения единой интегрированной - централизованной или распределенной, однородной или неоднородной - базы данных, планирования и диспетчирования на уровне предприятия в целом, автоматизации обработки информации в основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях предприятия: бухгалтерский учет, материально-техническое снабжение и т.п.). Обычно для решения задач данного уровня выбирают универсальные ЭВМ, а также многопроцессорные системы повышенной производительности.

Наиболее известные системы этого уровня предлагаются компаниями SAP, Oracle, BAAN и др.

Шестой уровень, уровень высшего менеджмента (OLAP-системы – On-Line Analytical Processing – оперативный анализ данных). Информационные системы масштаба предприятия, как правило, содержат приложения, предназначенные для комплексного многомерного анализа данных, их динамики, тенденций и т.п. Такой анализ в конечном итоге призван содействовать принятию решений. Нередко эти системы так и называются – системы поддержки принятия решений.

Системы поддержки принятия решений обычно обладают средствами предоставления пользователю агрегатных данных для различных выборок из исходного набора в удобном для восприятия и анализа виде. Этот уровень управления должен обеспечивать следующие требования к приложениям для многомерного анализа:

1. предоставление пользователю результатов анализа за приемлемое время (обычно не более 5 с), пусть даже ценой менее детального анализа;

2. возможность осуществления любого логического и статистического анализа, характерного для данного приложения, и его сохранения в доступном для конечного пользователя виде;

3. многопользовательский доступ к данным с поддержкой соответствующих механизмов блокировок и средств авторизованного доступа;

4. многомерное концептуальное представление данных, включая полную поддержку для иерархий и множественных иерархий (это – ключевое требование OLAP);

5. возможность обращаться к любой нужной информации независимо от ее объема и места хранения.

Как показано на рисунке 1, все уровни автоматизированного предприятия являются связанными между собой при помощи различных аппаратных интерфейсов и соответствующих протоколов обмена данными. При этом на всех уровнях могут быть использованы как универсальные, так и специализированные протоколы. Однако интеграция отдельных АСУТП в единую систему позволяет говорить о комплексной автоматизации производства. При этом связь уровня АСУТП с уровнем АСУП дает возможность планировать всю деятельность предприятия в комплексе – от поставки сырья до реализации готовой продукции. На уровне высшего руководства деятельность всего предприятия представляется прозрачной.


	АСУ Понятие АСУ ТП (Тема) С развитием промышленности возрастает и потребность в высокоэффективных и высоконадежных автоматизированных системах управления технологическими процессами. Данная потребность обусловлена следующими факторами: возросшие требования к повышению качества технологического процесса; рост дефицита природных ресурсов; появление мощных, компактных, недорогих измерительных и управляющих устройств; повышение степени автоматизации производства и перераспределение функций между человеком и аппаратурой. В настоящее время в России остро стоит вопрос замены устаревших автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). Основными причинами, обуславливающими необходимость замены, являются следующие: невозможность реализации на существующем оборудовании современных подходов к автоматизации, таких как использование компьютерных технологий, микропроцессорной техники и программных систем; устаревшая элементная база существующих на предприятиях АСУТП, как правило, уже не выпускаемая промышленностью; модернизация устаревших АСУТП стоит дороже их полной замены. Однако, полная замена устаревших АСУТП и установка современных систем «с нуля» требует больших финансовых вложений. В связи с этим часто используется вариант установки относительно недорогих наращиваемых локальных систем, которые постепенно вытесняют старые. Управление производственным процессом выполняют АСУТП, нижний уровень которых занимается непосредственно управлением технологическими процессами и оборудованием, а верхний уровень представляет собой системы диспетчерского управления. Современные АСУТП представляют собой аппаратно-программные комплексы, которые выполняют следующие основные функции: 1) сбор информации от объекта управления; 2) передача, преобразование и обработка информации; 3) формирование управляющих команд и выполнение их на управляемом объекте. В автоматизированной системе управления человек выполняет следующие основные функции: 1) анализ текущего состояния производственного процесса; 2) регулировка параметров производственного процесса; 3) обработка нештатных, аварийных ситуаций. Требования к АСУТП: 1) универсальность (широкий спектр областей применения); 2) низкая стоимость; 3) возможность наращивания системы и объединения нескольких систем в одну; 4) удобство работы оператора (наглядность); 5) простота разработки и внедрения; 6) высокая степень ремонтопригодности и взаимозаменяемости элементов. Примерная структура современного автоматизированного предприятия и место АСУТП в ней показано на рисунке далее. Первый уровень, полевой уровень (уровень ввода-вывода), включает набор датчиков и исполнительных устройств, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования и предназначенных для сбора первичной информации и реализации исполнительных воздействий. Рис.1. Структура автоматизированного предприятия Современные интеллектуальные датчики выполняют, кроме процесса измерения, преобразования измеряемых сигналов в типовые аналоговые и цифровые значения, самодиагностику своей работы, дистанционную настройку диапазона измерения, первичную обработку измерительной информации, иногда еще ряд достаточно простых, типовых алгоритмов контроля и управления. Они имеют интерфейсы к стандартным/типовым полевым цифровым сетям, что делает их совместимыми с практически любыми современными средствами автоматизации, и позволяет информационно общаться с этими средствами и получать питание от блоков питания этих средств. Второй уровень, уровень контроля и управления ТП (уровень непосредственное управления), служит для непосредственного автоматического управления технологическими процессами с помощью промышленных контроллеров и характеризуется следующими показателями: предельно высокой реактивностью режимов реального времени; 2. предельной надежностью (на уровне надежности основного оборудования); 3. возможностью встраивания в основное оборудование; 4. функциональной полнотой модулей УСО; 5. возможностью автономной работы при отказах комплексов управления верхних уровней; 6. возможностью функционирования в цеховых условиях. В промышленные контроллеры загружаются программы и данные из ЭВМ третьего уровня, уставки, обеспечивающие координацию и управление агрегатом по критериям оптимальности управления технологическим процессом в целом, выполняется вывод на третий уровень управления служебной, диагностической и оперативной информации, т. е. данных о состоянии агрегата, технологического процесса. Этот уровень управления реализуется, например, на промышленных контроллерах Apacs, DeltaV, Centum, Simatic и др. Третий уровень, уровень диспетчерского управления ТП (SCADA-уровень ─ Supervisory Control and Data Acquisition - сбор данных и диспетчерское управление) или еще называют уровнем человеко-машинного интерфейса HMI/MMI (Human-Machine Interface / Man-Machine Interface), предназначен для отображения (или визуализации) данных в производственном процессе и оперативного комплексного управления различными агрегатами, в том числе и с участием диспетчерского персонала. Этот уровень управления должен обеспечивать: 1. диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по его графическому отображению на экране в реальном масштабе времени; 2. расчет и выбор законов управления, настроек и установок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления; 3. оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам обработки информации от второго уровня; 4. синхронизацию и устойчивую работу систем типа «агрегат» для группового управления технологическим оборудованием; 5. ведение единой базы данных технологического процесса; 6. связь с четвертым уровнем. Отвечая этим требованиям, ЭВМ на третьем уровне управления должны иметь достаточно высокую производительность как при решении задач в реальном масштабе времени, так и при обработке графической информации, обеспечивая работу в реальном времени с базами данных среднего объема и с расширенным набором интеллектуальных видеотерминалов. Третий уровень управления реализуется на базе специализированных промышленных компьютеров, или в ряде случаев на базе персонального компьютера. Диспетчерский интерфейс реализуется SCADA-системами, например InTouch, iFix, Genesis32, WinCC и др. Машины третьего уровня должны объединяться в однородную локальную сеть предприятия (типа Ethernet) с выходом на четвертый уровень управления. Четвертый уровень, уровень управления производством MES (Manufacturing Execution System) - средства управления производством -характеризуется необходимостью решения задач оперативной упорядоченной обработки первичной информации из цеха и передачи этой информации на верхний уровень планирования ресурсов предприятия. Решение этих задач на данном уровне управления обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха как единого организационно-технологического объекта по заданиям, поступающим с верхнего уровня, и при оперативном учете текущих параметров, определяющих состояние объекта управления. Решение этих задач возлагается обычно на серверы в локальных сетях предприятия. Пятый уровень, уровень планирование ресурсов производства MRP (Manufacturing Resource Planning) и планирование ресурсов предприятия ERP (Enterprise Resource Planning). Задачи, решаемые на этом уровне, в аспекте требований, предъявляемых к ЭВМ, отличаются главным образом повышенными требованиями к ресурсам (например, для ведения единой интегрированной - централизованной или распределенной, однородной или неоднородной - базы данных, планирования и диспетчирования на уровне предприятия в целом, автоматизации обработки информации в основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях предприятия: бухгалтерский учет, материально-техническое снабжение и т.п.). Обычно для решения задач данного уровня выбирают универсальные ЭВМ, а также многопроцессорные системы повышенной производительности. Наиболее известные системы этого уровня предлагаются компаниями SAP, Oracle, BAAN и др. Шестой уровень, уровень высшего менеджмента (OLAP-системы – On-Line Analytical Processing – оперативный анализ данных). Информационные системы масштаба предприятия, как правило, содержат приложения, предназначенные для комплексного многомерного анализа данных, их динамики, тенденций и т.п. Такой анализ в конечном итоге призван содействовать принятию решений. Нередко эти системы так и называются – системы поддержки принятия решений. Системы поддержки принятия решений обычно обладают средствами предоставления пользователю агрегатных данных для различных выборок из исходного набора в удобном для восприятия и анализа виде. Этот уровень управления должен обеспечивать следующие требования к приложениям для многомерного анализа: 1. предоставление пользователю результатов анализа за приемлемое время (обычно не более 5 с), пусть даже ценой менее детального анализа; 2. возможность осуществления любого логического и статистического анализа, характерного для данного приложения, и его сохранения в доступном для конечного пользователя виде; 3. многопользовательский доступ к данным с поддержкой соответствующих механизмов блокировок и средств авторизованного доступа; 4. многомерное концептуальное представление данных, включая полную поддержку для иерархий и множественных иерархий (это – ключевое требование OLAP); 5. возможность обращаться к любой нужной информации независимо от ее объема и места хранения. Как показано на рисунке 1, все уровни автоматизированного предприятия являются связанными между собой при помощи различных аппаратных интерфейсов и соответствующих протоколов обмена данными. При этом на всех уровнях могут быть использованы как универсальные, так и специализированные протоколы. Однако интеграция отдельных АСУТП в единую систему позволяет говорить о комплексной автоматизации производства. При этом связь уровня АСУТП с уровнем АСУП дает возможность планировать всю деятельность предприятия в комплексе – от поставки сырья до реализации готовой продукции. На уровне высшего руководства деятельность всего предприятия представляется прозрачной.