Тенденции развития АСУ ТП (Тема) | АСУ

Тенденции развития АСУ ТП (Тема)

Развитие отечественных компьютерных систем промышленной автоматизации (автоматизированных систем управления технологическими процессами – АСУ ТП) можно разделить на три крупных этапа. Первый этап создания АСУ ТП связан с использованием ЭВМ первого поколения, таких как «Урал», «УМ-Г», «Минск». На втором этапе применялись аналоги мэйнфреймов IBM (ЕС ЭВМ), клоны мини-компьютеров фирмы DЕС (СМ ЭВМ). Системы управления на этих этапах имели централизованную структуру и в большинстве случаев не обеспечивали достаточного быстродействия, т.е. работы системы в режиме реального времени. Компьютеры того времени из-за несовершенства элементной базы и программного обеспечения характеризовались низкой надежностью, что приводило к их частым сбоям. Успехи в микроэлектронике, появление микропроцессоров революционизировали в начале 80-х гг. технику построения систем управления и открыли третий этап компьютеризации промышленного производства. Микропроцессоры стали входить в состав отдельных средств автоматики и контроля. Цифровая передача данных между отдельными устройствами сделала вычислительную сеть основой построения систем управления. Системы управления технологическим процессом новой структуры, предусматривающей цифровую связь между отдельными устройствами обработки данных, получили название децентрализованных или распределенных АСУ ТП.

С начала 80-х гг. ведущие мировые производители средств автоматизации начали выпускать наборы программно-аппаратных средств для построения АСУ ТП. Основными признаками таких наборов является их совместимость, способность функционировать в единой системе, стандартизация интерфейсов, функциональная полнота, позволяющая строить целиком АСУ ТП из средств только данного набора. Такие наборы средств получили название программно-технических комплексов (ПТК).

Начало 90-х гг. характеризуется следующим этапом в развитии систем управления. Для России этот период связан с открытием межгосударственных и экономических границ, что дало возможность отечественным специалистам активно использовать в области автоматизации самые передовые компьютерные индустриальные технологии и средства автоматизации.

Современные высокотехнологичные процессы, направленные на получение конкурентоспособной продукции, отличаются большой сложностью, с одной стороны, и малоизученностью –
с другой. Степень неопределенности знаний о процессе зачастую не позволяет в полной мере использовать классические методы и законы управления. В связи с этим получили развитие ситуационные и экспертные системы управления, нечеткие и нейросетевые регуляторы и системы, робастные и адаптивные методы управления. Все это привело к усложнению законов управления и, как следствие, использованию современных компьютерных технологий в автоматизированных системах управления. Создание таких систем невозможно без современной микропроцессорной и компьютерной техники. Поэтому в последние годы появились десятки-сотни типов контроллеров, специальных ПК, интеллектуальных терминалов и рабочих станций для жестких условий эксплуатации в промышленности.

Дальнейшей интеграции средств вычислительной техники для совместного использования в структуре систем управления способствовала выработка Международных стандартов на протоколы передачи данных, способы кодирования информации, техническое и программное обеспечение систем управления под эгидой ISO (International Organization for Standardization) – Международной организации по стандартизации.

Для решения всего комплекса задач управления предприятием важнейшую роль играют локальные вычислительные сети (ЛВС) верхнего и нижнего уровней. В современном производстве промышленные сети объединяют датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и рабочие станции, обеспечивая широкие возможности сбора, обработки, визуализации и хранения информации, а также диагностики оборудования. В свете последних рекомендаций в качестве промышленной сети для связи рабочих станций операторов, инженеров, технологов предлагается использовать сеть Industrial Ethernet. Для связи контроллеров в настоящее время широко используются сети Modbus +, Profibus DP, CAN, Interbus, DeviceNet и др. Дальнейшая интеграция промышленных сетевых технологий с сетью Ethernet делает эту сеть доминирующей в структуре систем управления.

В части программного обеспечения операторских рабочих станций для создания операторского интерфейса используются различные SCADA-системы (Supervisory Control And Data Acquisition). К ним относятся InTouch (фирма Wonderware), iFIX (Intellution), Genesis32 (Iconics), Trace Mode (AdAstra Research Group, Ltd) и др. Совершенствование SCADA-систем идет в направлении развития технологии ОРС (OLE for Process Control), признанной в качестве стандартного механизма взаимодействия программного обеспечения АСУ ТП, основанного на объектной модели COM/DCOM фирмы Microsoft, поддержки Internet и беспроводных телекоммуникаций.

Таким образом, среди основных тенденций развития систем и средств промышленной автоматизации можно выделить следующие.

Повсеместное распространение промышленных сетей для «полевых» устройств. В качестве «полевых» устройств выступают цифровые датчики и преобразователи, исполнительные механизмы, устройства частотно-регулируемого привода и другое оборудование. По этим устройствам основной тенденцией является постоянное повышение встроенного «интеллекта». Первые цифровые устройства обеспечивали обычное преобразование аналогового сигнала в цифровой для передачи в сеть. Сейчас функции таких устройств все более усложняются, начиная от решения задач сложной обработки нескольких сигналов одновременно (многопараметрические датчики), встроенной калибровки, самодиагностики и заканчивая решением все более актуальной задачи технического обслуживания по фактическому состоянию, например, путем вычисления износа движущихся частей (для исполнительных механизмов).

В ближайшее время в области цифровых «полевых» устройств следует ожидать принципиально важного скачка – создания «полевых» регуляторов, т.е. цепочка «датчик – преобразователь – регулятор – преобразователь – исполнительный механизм» будет замкнута непосредственно на самом объекте, не выходя за территорию технологического агрегата, установки. Такое решение позволит осуществить достаточно революционный переход к созданию подлинно распределенных систем управления (в настоящее время распределенность, как правило, означает географическое распределение компонентов системы, в то время как функции регулирования все равно реализуются – вычисляются
в центральном процессорном модуле ПЛК). Появление систем управления подобной архитектуры обеспечит существенное увеличение надежности и живучести АСУ ТП, снизит стоимость контроллерной части системы за счет уменьшения потребности
в модулях ввода/вывода, а также резко сократит потребность во все более дорожающей кабельной продукции.

Важной и обнадеживающей тенденцией является появление новейших моделей цифровых датчиков с радиовыходом. Это решение несет в себе много преимуществ, начиная от экономии кабеля и заканчивая кардинальным сокращением капитальных затрат на создание систем управления. Однако разработчикам еще предстоит решить ряд проблем, связанных с помехоустойчивостью, защищенностью информации от несанкционированного доступа, выработкой международных стандартов.

Важной тенденцией, настоятельно диктуемой пользователями систем автоматизации, является необходимость интеграции в масштабах одного предприятия в единую информационную систему АСУ ТП и разнообразных систем учета энергоресурсов, создание автоматизированных систем управления электротехническим оборудованием.


	АСУ Тенденции развития АСУ ТП (Тема) Развитие отечественных компьютерных систем промышленной автоматизации (автоматизированных систем управления технологическими процессами – АСУ ТП) можно разделить на три крупных этапа. Первый этап создания АСУ ТП связан с использованием ЭВМ первого поколения, таких как «Урал», «УМ-Г», «Минск». На втором этапе применялись аналоги мэйнфреймов IBM (ЕС ЭВМ), клоны мини-компьютеров фирмы DЕС (СМ ЭВМ). Системы управления на этих этапах имели централизованную структуру и в большинстве случаев не обеспечивали достаточного быстродействия, т.е. работы системы в режиме реального времени. Компьютеры того времени из-за несовершенства элементной базы и программного обеспечения характеризовались низкой надежностью, что приводило к их частым сбоям. Успехи в микроэлектронике, появление микропроцессоров революционизировали в начале 80-х гг. технику построения систем управления и открыли третий этап компьютеризации промышленного производства. Микропроцессоры стали входить в состав отдельных средств автоматики и контроля. Цифровая передача данных между отдельными устройствами сделала вычислительную сеть основой построения систем управления. Системы управления технологическим процессом новой структуры, предусматривающей цифровую связь между отдельными устройствами обработки данных, получили название децентрализованных или распределенных АСУ ТП. С начала 80-х гг. ведущие мировые производители средств автоматизации начали выпускать наборы программно-аппаратных средств для построения АСУ ТП. Основными признаками таких наборов является их совместимость, способность функционировать в единой системе, стандартизация интерфейсов, функциональная полнота, позволяющая строить целиком АСУ ТП из средств только данного набора. Такие наборы средств получили название программно-технических комплексов (ПТК). Начало 90-х гг. характеризуется следующим этапом в развитии систем управления. Для России этот период связан с открытием межгосударственных и экономических границ, что дало возможность отечественным специалистам активно использовать в области автоматизации самые передовые компьютерные индустриальные технологии и средства автоматизации. Современные высокотехнологичные процессы, направленные на получение конкурентоспособной продукции, отличаются большой сложностью, с одной стороны, и малоизученностью – с другой. Степень неопределенности знаний о процессе зачастую не позволяет в полной мере использовать классические методы и законы управления. В связи с этим получили развитие ситуационные и экспертные системы управления, нечеткие и нейросетевые регуляторы и системы, робастные и адаптивные методы управления. Все это привело к усложнению законов управления и, как следствие, использованию современных компьютерных технологий в автоматизированных системах управления. Создание таких систем невозможно без современной микропроцессорной и компьютерной техники. Поэтому в последние годы появились десятки-сотни типов контроллеров, специальных ПК, интеллектуальных терминалов и рабочих станций для жестких условий эксплуатации в промышленности. Дальнейшей интеграции средств вычислительной техники для совместного использования в структуре систем управления способствовала выработка Международных стандартов на протоколы передачи данных, способы кодирования информации, техническое и программное обеспечение систем управления под эгидой ISO (International Organization for Standardization) – Международной организации по стандартизации. Для решения всего комплекса задач управления предприятием важнейшую роль играют локальные вычислительные сети (ЛВС) верхнего и нижнего уровней. В современном производстве промышленные сети объединяют датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и рабочие станции, обеспечивая широкие возможности сбора, обработки, визуализации и хранения информации, а также диагностики оборудования. В свете последних рекомендаций в качестве промышленной сети для связи рабочих станций операторов, инженеров, технологов предлагается использовать сеть Industrial Ethernet. Для связи контроллеров в настоящее время широко используются сети Modbus +, Profibus DP, CAN, Interbus, DeviceNet и др. Дальнейшая интеграция промышленных сетевых технологий с сетью Ethernet делает эту сеть доминирующей в структуре систем управления. В части программного обеспечения операторских рабочих станций для создания операторского интерфейса используются различные SCADA-системы (Supervisory Control And Data Acquisition). К ним относятся InTouch (фирма Wonderware), iFIX (Intellution), Genesis32 (Iconics), Trace Mode (AdAstra Research Group, Ltd) и др. Совершенствование SCADA-систем идет в направлении развития технологии ОРС (OLE for Process Control), признанной в качестве стандартного механизма взаимодействия программного обеспечения АСУ ТП, основанного на объектной модели COM/DCOM фирмы Microsoft, поддержки Internet и беспроводных телекоммуникаций. Таким образом, среди основных тенденций развития систем и средств промышленной автоматизации можно выделить следующие. Повсеместное распространение промышленных сетей для «полевых» устройств. В качестве «полевых» устройств выступают цифровые датчики и преобразователи, исполнительные механизмы, устройства частотно-регулируемого привода и другое оборудование. По этим устройствам основной тенденцией является постоянное повышение встроенного «интеллекта». Первые цифровые устройства обеспечивали обычное преобразование аналогового сигнала в цифровой для передачи в сеть. Сейчас функции таких устройств все более усложняются, начиная от решения задач сложной обработки нескольких сигналов одновременно (многопараметрические датчики), встроенной калибровки, самодиагностики и заканчивая решением все более актуальной задачи технического обслуживания по фактическому состоянию, например, путем вычисления износа движущихся частей (для исполнительных механизмов). В ближайшее время в области цифровых «полевых» устройств следует ожидать принципиально важного скачка – создания «полевых» регуляторов, т.е. цепочка «датчик – преобразователь – регулятор – преобразователь – исполнительный механизм» будет замкнута непосредственно на самом объекте, не выходя за территорию технологического агрегата, установки. Такое решение позволит осуществить достаточно революционный переход к созданию подлинно распределенных систем управления (в настоящее время распределенность, как правило, означает географическое распределение компонентов системы, в то время как функции регулирования все равно реализуются – вычисляются в центральном процессорном модуле ПЛК). Появление систем управления подобной архитектуры обеспечит существенное увеличение надежности и живучести АСУ ТП, снизит стоимость контроллерной части системы за счет уменьшения потребности в модулях ввода/вывода, а также резко сократит потребность во все более дорожающей кабельной продукции. Важной и обнадеживающей тенденцией является появление новейших моделей цифровых датчиков с радиовыходом. Это решение несет в себе много преимуществ, начиная от экономии кабеля и заканчивая кардинальным сокращением капитальных затрат на создание систем управления. Однако разработчикам еще предстоит решить ряд проблем, связанных с помехоустойчивостью, защищенностью информации от несанкционированного доступа, выработкой международных стандартов. Важной тенденцией, настоятельно диктуемой пользователями систем автоматизации, является необходимость интеграции в масштабах одного предприятия в единую информационную систему АСУ ТП и разнообразных систем учета энергоресурсов, создание автоматизированных систем управления электротехническим оборудованием.