ВОПРОСЫ К ГОСЭКЗАМЕНУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 2203.01

по курсам АТПП и ИСПУ

1. Основные определения и задачи автоматизации производства. Принципы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Уровни АСУТП.

Основные определения и задачи автоматизации производства

Механизацией производственного процесса (ПП) называют применение энергии неживой природы в ПП или его составных частях, полностью управляемых людьми, и осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства.

Автоматизацией ПП называют применение энергии неживой природы в ПП или его составных частях для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей. Различают 3 уровня автоматизации:

1) Частичная автоматизация ограничивается автоматизацией отдельных операций технологического процесса (ТП), например, с использованием станков с ЧПУ.

2) Комплексная автоматизация – это автоматизация ПП изготовления деталей сборки с использованием автоматических систем машин: автоматических линий (АЛ), гибких производственных систем (ГПС).

3) Полная автоматизация – высшая степень автоматизации, при которой все функции контроля и управления производством управляются автоматами.

Степень автоматизации ПП определяется необходимой долей участия оператора в управлении этим процессом. Чем меньше это время, тем выше степень автоматизации.

Автомат – самостоятельно действующее устройство или совокупность устройств, выполняющих по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации.

Последовательность выполняемых автоматом запрограммированных действий называют рабочим циклом. Если для возобновления рабочего цикла требуется вмешательство человека, то такое устройство называется полуавтоматом.

Процесс, оборудование или производство не требующие присутствия человека в течение определенного промежутка времени для выполнения ряда повторяющихся рабочих циклов, называют автоматическим. Если часть процесса выполняется автоматически, а другая часть требует присутствия оператора, то такой процесс называется автоматизированным.

Под безлюдным режимом работы понимают такую степень автоматизации, при которой станок, производственный участок, цех или весь завод могут работать автоматически в течении одной производственной смены (8ч) в отсутствие человека.

Преимущества автоматических производственных систем:

1) высокое быстродействие;

2) стабильно высокое качество продукции;

3) возможность работы в тяжелых, вредных и опасных для человека условиях

4) экономичное использование материалов и энергии.

Повышение производительности труда при автоматизации достигается:

1) более полным использованием календарного времени: автомат 365 х 24 = 8740 часов; человек 2550 часов, т.е. 30%.

2) повышение скорости протекания процессов;

3) вследствие высвобождения обслуживающего персонала.

Современная концепция автоматизированных систем управления производством

Интегрированная система автоматизации предприятия может быть представлена в виде 5-уровневой пирамиды:

4. Управление предприятием (АСУП) (MRP, MRPII,ERP, CSRP)

3. Управление производством (цехом) (MES)

2. Диспетчерское управление (SCADA)

1. Непосредственное управление (Control)

0. Ввод/вывод (I/O)

Эту модель можно упрощать, объединяя любые два смежных уровня. В соответствии с современной идеологией децентрализации задачи оперативного управления решаются на нижних уровнях системы, что позволяет повысить быстродействие системы и разгрузить ЛВС. На верхние уровни управления возлагаются задачи стратегического планирования производства, сбор и обработка информации о технологическом процессе, подготовка отчетной документации.

0. Уровень ввода/вывода (I/O). Включает набор датчиков и исполнительных устройств, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования и предназначенных для сбора первичной информации и реализации управляющих воздействий.

1. Уровень непосредственного управления технологическими процессами (Control). Требования:

1) предельно высокое быстродействие / режим реального времени (с тактами от 10 мс до 1с);

2) предельная надежность (на уровне технологического оборудования);

3) возможность встраивания в оборудование;

4) возможность автономной работы при отказе комплексов управления верхних уровней;

5) возможность функционирования в цеховых условиях.

Реализуется с помощью ПЛК, УСО, РС-контроллеров и промышленных сетей.

2. Уровень диспетчерского управления (SCADA). Предназначен для отображения данных о ТП и оперативного управления с участием диспетчера. Функции:

1) обмен данными с контроллерами (типовой такт обмена 1 с);

2) выполнение алгоритмов "медленного" управления (с тактом свыше 1 с);

3) диспетчерское наблюдение за ТП по его графическому отображению (мнемосхеме или виртуальному пульту управления) на экране в реальном масштабе времени;

4) хранение и дистанционная загрузка управляющих программ в контроллеры;

5) синхронизация и групповое управление технологическим оборудованием;

6) ведение единой базы данных ТП в реальном времени;

7) контроль работоспособности оборудования первого уровня, реконфигурация комплекса для различных режимов, в т.ч. переход на резервную схему в случае отказа основной;

Реализуется с помощью промышленных или персональных компьютеров и SCADA-систем, объединенных в ЛВС типа Ethernet (см. курс ИСПУ).

3. Уровень управления производством (mes - Manufacturing Execution Systems).

Обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха как единого организационно-технологического объекта по заданиям, поступающим с верхнего уровня.

Функции:

1) обработка информации о ходе изготовления продукции в различных цехах,

2) управление производственными и людскими ресурсами в рамках ТП,

3) планирование и контроль последовательности операций ТП,

4) управление качеством продукции,

5) хранение данных о материалах и продукции по технологическим подразделениям,

6) техническое обслуживание производственного оборудования,

Реализуется серверами в ЛВС предприятия. Пример: BASEstar (DEC).

4. Уровень управления предприятием (АСУП) (планирования) (MRP, ERP). Предназначен для автоматизации планирования производства, финансовой деятельности, снабжения, продаж, анализа, прогнозирования и создания единой модели данных в рамках предприятия.

Реализуется серверами в ЛВС предприятия с выходом в Internet.