Программное обеспечение асутп. Программное обеспечение современной асутп должно состоять из следующих компонент:

1. Операционная система реального времени для ПЛК ( программного логического контроля ).

2. Система программирования и отладки прикладных программ для ПЛК.

3. Комплекты прикладных программ для ПЛК, реализующих функции для конкретной АСУТП.

4. Операционные системы для промышленного компьютера.

5. Системы для конфигурирования и выполнения на промышленном компьютере функций человеко-машинного интерфейса, сбора, обработки данных и супервизорного управления конкретным технологическим объектом. Эти системы программирования называются системами SCADA.

Наличие современной системы программирования является одним из самых главных факторов при выборе базиса построения АСУТП.

Система программирования должна позволять:

1. Написание программ на технологических языках высокого уровня. Для непрерывных процессов – это язык функциональных блоков, а для последовательных алгоритмов – это язык лестничных схем.

2. Система программирования должна выполняться под Windows, иметь режим отладки, позволяющий производить выполнение программы по ее исходному тексту.

3. Система должна позволять записывать в память контроллера через каналы связи все изменения в программе без ее остановки.

Исполнительные механизмы. Исполнительные механизмы (ИМ) предназначены для управления регулирующими органами, непосредственно воздействующими на режимы работы объектов управления. Регулирующими органами могут быть различного рода дроссельные заслонки, клапаны, задвижки, шиберы, направляющие аппараты и другие элементы, способные производить изменение количества энергии или рабочего вещества, поступающего в объект управления. При этом перемещение рабочих органов может быть как поступательным, так и вращательным в пределах одного или нескольких оборотов.

Регулирующий орган является как частью самого ИМ ,так может являться и отдельным устройством.

Расположение ИМ в общей функциональной схеме аналоговой системы управления по отклонению показано на рис. 2.

Рис. 2.

В общем случае ИМ состоит (рис. 3) из совокупности следующих элементов: исполнительного двигателя – источника силового воздействия на рабочий орган; передаточного или преобразовательного устройства - предназначенного для получения определенной скорости, направления и характера перемещения рабочего органа, располагающегося между исполнительным двигателем и рабочим органом; конечных выключателей - ограничивающих перемещения рабочего органа и фиксирующих его крайние положения в схемах управления и автоматического регулирования; элементов управления (пускателей, реле, золотников, клапанов и др.), защиты (предохранительных и переливных клапанов, муфт ограничения крутящего момента и др.), сигнализации и контроля (дистанционных указателей положения и др.).

Рис. 3. Функциональная схема исполнительного механизма.

Принято различать ИМ по следующим признакам:

1. По виду математического описания:

а) линейные;

б) нелинейные.

2. По виду сигналов:

а) непрерывные;

б) релейные;

в) вибрационные.

3. По виду используемой энергии:

а) электрические;

б) пневматические;

в) гидравлические;

г) комбинированные.

Следует отметить, что к ИМ обычно предъявляются весьма жесткие требования, т.к. условия эксплуатации управляемых производственных объектов зачастую далеки от идеальных (широкие пределы изменения влажности и температуры, наличие примесей, пыли, агрессивных газов, воздействие резко переменных нагрузок, вибраций и т. п.).

2. Уровни и этапы автоматизации. MES и ERP системы. DCS-системы.

Этапы развития технических средств АСУ ТП(Этапы автоматизации)

Автоматизация есть фактор роста производительности труда и повышения качества выпускаемой продукции. Уровень автоматизации определяется развитием и совершенствованием ее технических средств, к которым относятся все устройства, входящие в систему управления и предназначенные для получения информации, ее передачи, хранения, преобразования и для осуществления управляющих воздействий на объект управления.

1. Начальный этап. Механизации и автоматизации подлежали только те отдельные процессы и операции, управление которыми человек не мог осуществлять надежно по своим психофизиологическим данным, т.е. технологические операции требовавшие больших мускульных усилий, быстроты реакции, повышенного внимания и др. На этом этапе характерны избыток дешевой рабочей силы, низкая производительность труда, малая единичная мощность агрегатов и установок. Благодаря этому имело место широкое участие человека в управлении ТП, т.е. наблюдение за объектом управления, а также принятие и исполнение управляющих решений, что было экономически оправданным.

2. Этап комплексной механизации и автоматизации производства произошел в результате укрупнения единичной мощности агрегатов и установок, развития материальной и научно–технической базы автоматизации. На этом этапе, при управлении ТП человек–оператор все более занимается умственным трудом, выполняя разнообразные логические операции при пусках и остановах объектов, особенно при возникновении всевозможных непредвиденных обстоятельств, предаварийных и аварийных ситуаций, а также оценивает состояние объекта, контролирует и резервирует работу автоматических систем. На данном этапе формируются основы крупносерийного производства технических средств автоматизации, ориентированного на широкое применение стандартизации, специализации и кооперации. Широкие масштабы производства средств автоматизации и специфика их изготовления приводят к постепенному выделению этого производства в самостоятельную отрасль.

3. С появлением управляющих вычислительных машин (УВМ) начинается переход к этапу автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), совпавший с началом научно–технической революции. На данном этапе становится возможной и экономически целесообразной автоматизация все более сложных функций управления, осуществляемая с использованием УВМ. Но, поскольку УВМ

тогда были весьма громоздкими и дорогими, то для реализации более простых функций управления достаточно широко применялись и традиционные аналоговые устройства автоматики. Недостатком таких систем была их невысокая надежность, т.к. вся информация о ходе ТП поступает и обрабатывается УВМ, при выходе которой из строя, ее функции должен был взять на себя оператор–технолог, контролирующий работу АСУТП. Естественно, что в таких случаях качество управления ТП значительно снижалось, т.к. человек не мог осуществлять управление столь же эффективно, как УВМ.

4. Появление относительно недорогих и компактных микропроцессорных устройств позволило отказаться от централизованных систем управления ТП, заменив их распределенными системами, в которых сбор и обработка информации о выполнении отдельных взаимосвязанных операций ТП, а также принятие управленческих решений осуществляется автономно, локальными микропроцессорными устройствами, получившими название микроконтроллеров. Поэтому надежность распределенных систем значительно выше, чем централизованных. Развитие сетевых технологий, позволившее связать в единую корпоративную сеть многочисленные и удаленные друг от друга компьютеры, с помощью которых осуществляется контроль и анализ финансовых, материальных и энергетических потоков при производстве предприятием продукции, а также управление ТП, способствовало переходу к интегрированным системам управления. В этих системах с помощью весьма сложного программного обеспечения совместно решается весь комплекс задач по управлению деятельностью предприятия, включая задачи учета, планирования, управления ТП и др.

5. Повышение быстродействия и других ресурсов микропроцессоров, используемых для управления ТП, позволяет в настоящее время говорить о переходе к этапу создания интеллектуальных систем управления, способных принимать эффективные решения по управлению предприятием в условиях информационной неопределенности, т.е. нехватке необходимой информации о факторах, влияющих на его прибыль.

Под автоматизацией управления понимается применение программных средств, которые используются для решения задач управления на всех этапах и во всех сферах деятельности компании.

 

Информационно-управляющая структура производственного предприятия

 

На рис. приведена информационно-управляющая структура производственного предприятия (по данным MESA International, Manufacturing Enterprise Solutions Association — Международная ассоциация производителей систем управления производством, www.mesa.org). Представленная выше пирамида дает схематическое представление о структуре информационной системы автоматизации промышленного предприятия, разделенной на четыре уровня:

• на первом уровне находятся АСУТП;

• на втором уровне MES-системы;

• на третьем уровне — ERP-системы;

• на верхнем уровне находятся OLAP-системы.

АСУТП — автоматизированные системы управления технологическими процессами;

MES — (Manufacturing Execution System) — исполнительная система производства, автоматизированная система управления производства, информационно-вычислительная система. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства в режиме реального времени.

ERP - (Enterprise Resource Planning) — Система планирования ресурсов предприятия. Основное назначение ERP — управление финансовой и хозяйственное деятельностью предприятия. ERP-система работает на самом верхнем уровне в иерархической лестнице систем управления, она затрагивает основные аспекты всех элементов производственной и торговой деятельности предприятия.

OLAP — (On-Line Analytic Processing) — Оперативный многомерный анализ данных. Аналитическая обработка в реальном времени, технология обработки информации, включающая составление и динамическую публикацию отчетов и документов. Используется аналитиками для быстрой обработки сложных запросов к базе данных. Служит для подготовки бизнес-отчетов по продажам, маркетингу, в целях управления, т.н. — data mining — добыча данных (способ анализа информации в базе данных целью отыскивания аномалий и трендов без выявления смыслового значения записей).

Рассматривая данную пирамиду, можно представить себе передачу информации по всем ступеням иерархи системы. Из производственной зоны (АСУТП) информация поступает к MES-системам, проходит стадию обработки, а затем уже обработанная информация поступает к MES-системам, проходит стадию обработки, а затем уже обработанная информация поступает в ERP-системы, и далее — на уровень высшего менеджмента предприятия (OLAP).

 

O ERP-системах

 

ERP-системы имеют модульное устройство. Существующие в настоящее время ERP-системы можно разделить на два класса:

• системы, предназначенные для управления бизнесом (то есть процессами, в которые вовлечен продукт, уже прошедший производственную фазу);

• системы, рассчитанные на управление производством.

 

Модель управления предприятием может базироваться на различных концепциях в зависимости от специфики деятельности организации и принятой стратегии:

EAM (Enterprise Asset Management) — система, предназначенная для управления основными фондами. Когда производственные средства эксплуатируются в течение достаточно продолжительного срока и регулярно подвергаются ремонту, определяющим становится прогнозирование производственной загрузки и амортизации. Оба названных фактора непосредственно влияют на техническое оснащение производства и затраты, необходимые для осуществления технического обслуживания и проведения капитального ремонта;

BSC (Balanced Scorecard) — так называемая сбалансированная система показателей. Позволяет оценивать деятельность подразделений корпорации одновременно в нескольких измерениях;

ABC (Activity Based Costing) - процессно-ориентированные метод распределения накладных издержек. Основой данной технологии является то, что накладные издержки включаются в себестоимость продукции по мере их возникновения, а не локализуются после завершения производства или реализации по видам продуктов. Крайне важным процессом является отслеживание физического переноса накладных издержек, при котором внимание акцентируется на источниках возникновения затрат и их обоснованности;

EVA (Economic Valued Added) - система управления, основанная на определении и учете экономической добавленной стоимости. Ориентирована на сравнение экономического эффекта от вложения средств в тот или иной перспективный проект с отдаче от альтернативных вложений.

 

O MES-системах

 

MES-системы много моложе ERP-систем.

Организация ISA определила стандарты, определяющие структуру MES-приложений и их интеграцию в IT-архитектуру компании, независимо от поставщика MES-системы. Стандарт ISA S95 «Enterprise-Control System Integration» определяет уровни модели, описывающей взаимодействия между ERP, MES и уровнем автоматизации производства. Стандарт поддерживают ведущие поставщики MES-систем. Стандарт ISA S88 «General and Site Recipe Models and Representation» определяет модели для batch (рецептурных) задач в таких отраслях промышленности, как пищевая, фармацевтическая, химическая.

Положения работы MES-систем включают в себя:

• Активация производственных мощностей.

• Отслеживание производственных мощностей.

• Сбор информации, связанной с производством, от:

  • Систем автоматизации производственного процесса,

  • Сенсоров,

  • Персонала,

  • Программных систем.

• Отслеживание и контроль параметров качества.

• Обеспечение персонала и оборудования информацией, необходимой для начала процесса производства.

• Установление связей между персоналом и оборудованием в рамках производства.

• Установление связей между производством и поставщиками, потребителями, инженерным отделом, отделом продаж и менеджментом.

• Реагирование на:

  • Требования по номенклатуре производства,

  • Изменение компонентов, сырья и полуфабрикатов, применяемых в процессе производства,

  • Изменение спецификации продуктов,

  • Доступность персонала и производственных мощностей.

• Гарантирование соответствия применимым юридическим актам, например, нормам Food and Drug Administration (FDA) США.