Часть 1. Современная промышленная автоматика. Состав и архитектура распределенных систем.

1. Системы промышленной автоматики. Общая характеристика

   1. Общая характеристика промышленной автоматики

Автоматика – словосочетание auto – само (стоятельное) и motion – движение.

Автоматика – отрасль науки и техники, охватывающая способы и возможности построения систем управления техническими объектами с целью ограничения непосредственного участия человека – оператора в текущем процессе управления.

Производственная автоматизация (автоматика) (ПА) – совокупность средств, выполняющих определенные функции управления производственным оборудованием включающих средства индикации, сигнализации, регистрации и архивирования полученной информации. Реализуется как совокупность автономных или связанных (интегрированных) автоматизированных систем управления (АСУ) (систем автоматизации (СА)).

Промышленная автоматика (ПА) в соответствии с Государственной системой промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) – совокупность технических средств (ТС), включающих средства измерения (СИ) и средства автоматизации (СрА) промышленного назначения, предназначенные для восприятия, преобразования и использования информации для контроля, регулирования и управления.

Технологический (технический, производственный) процесс (ТП) - обработка или переработка (изменение состояния, свойств, формы) сырья, материалов и полуфабрикатов в процессе производства продукции.

Современная промышленная автоматика – совокупность систем программного управления (СПУ), включающих информационно-технологические (ИТ-, IT-) системы, измерительно- контролирующие, электропреобразовательные и другие средства управления оборудованием, обеспечивающая:

• повышение качества продукции,

• повышение производительности труда,

• повышение безопасности труда и оборудования,

• расширение возможностей модификации управления для повышения динамичности смены продукции,

• повышение экономичности производства,

• повышение энергоэффективности производства.

Виды систем ПА:

а)по виду основной задачи:

• управляющая - управление производственным оборудованием для получения требуемых характеристик ТП или отдельных его операций;

• контролирующая - текущий контроль (мониторинг) ТП путем постоянного или итогового измерения характеристик процесса и контроля их соответствия заданным диапазонам значений;

• обеспечивающая безопасность производства – текущий контроль состояния ТП и оборудования с целью предотвращения аварийных ситуаций путем соответствующего программно-автоматического управления, включающего сигнализацию и управление оборудованием , при выходе соответствующих характеристик ТП за допустимые пределы (например, при повышении давления выше допустимого: включает аварийные клапаны сброса этого давления, подачу аварийной сигнализации и останов оборудования, при необходимости).

Все указанные виды систем автоматики могут сочетаться друг с другом.

б)системы управления оборудованием по использованию обратных связей:

• регулирующие – управляющие с обратной связью (обычно в виде датчиков и преобразователей сигналов), характеризующей текущее состояние ТП и оборудования. Наиболее распространены и реализуют основные преимущества автоматики;

• прямого (программного) управления - без обратной связи.

в)по степени (глубине) автоматизации:

• автоматическая – функционирует по заданной программе под контролем оператора, но без его непосредственного участия в процессе управления, за исключением нештатных (не предусмотренных программой) или аварийных ситуаций,

• автоматизированная:

• при выполнении алгоритмически простых операций функционирует по заданной программе под контролем оператора,

• при выполнении более сложных или неоднозначных операций (например, выбор режимов работы по плохо формализуемым условиям), функционирует под прямым (ручным) управлением оператора через соответствующий пульт управления (человеко-машинный интерфейс (ЧМИ)).

Автоматизированная система управления (АСУ) - комплекс технических, программных, информационных, организационных и других средств, обеспечивающих рациональное автоматизированное управление сложными техническими, производственными, экономическими и другими объектами в соответствии с заданными целями.

Любая техническая система определяется макро-характеристиками:

• структурно - функциональными;

• техническими;

• эксплуатационными (исполнением).

Структурно -функциональные характеристики включают:

• описание предназначение системы и условий ее использования,

• архитектура (струтурно - функциональная схема) системы:

  • состав функциональных элементов (ФЭ) и их основные функциональные характеристики,

  • топология связей (взаимодействий) между ФЭ

Связь между ФЭ - направление и способы передачи другому ФЭ результатов функционирования данного (например, электрические сигналы датчиков, информационный обмен данными и т.д.).

Канал – совокупность ФЭ и связей между ними с оборудованием или другими системами. Основные виды каналов:

• измерительный – путь прохождения сигнала от датчика до СПИУ с измерительной обработкой результата;

• управляющий - путь прохождения сигнала от СПИУ до ИсУ;

• регулирующий - совокупность связанных ТП измерительного и управляющего каналов с выполнением СПИУ соответствующей программв регулирования;.

• связи (информационный) – возможность обмена данными с другими информационными средствами СА.

Описание архитектуры может быть графическим и текстовым. Дополняется уточняющими характеристиками:

• открытость – степень возможности использования в АСУ средств (аппаратных, технических, программных и др.) различных производителей;

• распределенность – степень территориальной распределенности системы (разд.2).

К основным техническим характеристикам системы относят:

• ресурсы (объем возможностей) системы;

• безопасность использования;

• точность – обеспечиваемая точность определения и исполнения технических характеристик (ТХ) ТП;

• своевременность – точность исполнения временных характеристик ТП;

• надежность;

• помехоустойчивость.

К основным характеристикам исполнения относят:

• условия эксплуатации (производственное или специальное (с офисными условиями) помещения, под открытым небом и т.д.), а для систем вне помещений – климатические условия эксплуатации.

• степень и способы защиты технических средств СА от воздействия внешней среды;

• особенности монтажа технических средств и линий связи;

• ремонтопригодность.

Технические характеристики существенно влияют на архитектуру (например, достаточный уровень надежности, обеспечиваемый резервированием элементов, влияет на их количество в системе, а безопасность, точность и т.д. – на соответствующие характеристики элементов системы). Все указанные основные характеристики систем ПА и составляют содержание данного курса инженерного образования.