2. Системи і засоби керування технологічними процесами. Призначення, цілі та функції асу тп. Типові структури і засоби асу тп Рівні управління сучасним підприємством

Відмінними рисами сучасних структур побудови автоматизованих систем управління промисловими підприємствами є: проникнення обчислювальних засобів і впровадження мережевих технологій на всі рівні управління.

У світовій практиці фахівці з комплексної автоматизації виробництва виділяють п'ять рівнів управління сучасним підприємством (рис. 2.1).

На рівні ЕRP - Enterprise Resource Planning (планування ресурсів підприємства) здійснюється розрахунок і аналіз фінансово-економічних показників, вирішуються стратегічні адміністративні та логістичні завдання.

На рівні MES - Manufacturing Execution Systems (системи виконання виробництвом) - завдання управління якістю продукціі, планування і контролю послідовності операцій технологічного процесу, управління виробничими і людськими ресурсами в рамках технологічного процесу, технічне обслуговування виробничого обладнання.

Ці два рівня відносяться до завдань АСУП (автоматизованих систем управління підприємством) і технічні засоби, за допомогою яких ці завдання реалізуються - це офісні персональні комп'ютери (ПК) і робочі станції на їх основі в службах головних фахівців підприємства.

Рис. 2.1 Піраміда управління сучасним виробництвом

На наступних трьох рівнях вирішуються завдання, які відносяться до класу АСУ ТП (автоматизованих систем управління технологічними процесами).

SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition (система збору даних і супервізорного (диспетчерського) керування) - це рівень тактичного оперативного управління, на якому вирішуються завдання оптимізації, діагностики, адаптації тощо.

Control-level - рівень безпосереднього (локального) управління, який реалізується на таких ТЗА як: ПО - панелі (пульти) операторів, ПЛК - програмовані логічні контролери, ПЗО - пристрої зв'язку з об'єктом.

HMI - Human-Machine Interface (людино-машинна зв'язок) - здійснює візуалізацію (відображення інформації) ходу технологічного процесу.

Input / Output - Входи/Виходи об'єкта управління є давачами і виконавчими механізмами (Д/ВМ) конкретних технологічних установок і робочих машин.

Класифікація автоматизованих систем управління тп

АСУ ТП - автоматизована система управління технологічним процесом, що представляє людино-машинну систему, призначену для вироблення і реалізації управління технологічним об'єктом управління відповідно до деякого прийнятого критерію.

Технологічний об'єкт управління (ТОУ) - це сукупність технологічного обладнання та реалізованого на ньому по регламенту процесу виробництва. В якості технологічного об'єкта управління можуть розглядатися: окремі установки і агрегати; групи верстатів, що виконують набір послідовних операцій і утворюють єдину технологічну лінію; окремі виробничі структури (ділянка, цех), що виконують самостійні технологічні процеси і певний процес виробництва в цілому.

Залежно від розв'язуваних завдань АСУ ТП може мати різну структуру; виділяють 3 класи АСУ ТП: локальні, централізовані і розподілені системи управління.

Локальна система управління використовується для управління технологічно незалежним об'єктом з компактно розташованим обладнанням, і нескладними завданнями управління. Приклади локальних систем: системи стабілізації, слідкуючі системи, системи програмного управління. Основні елементи локальної системи: ТОУ, давачі, виконавчий пристрій і локальний регулятор. В системі зазвичай передбачаються елементи ручного управління і зв'язку з оператором. рис.2.2.

Залежно від реалізації регулятора локальні системи можуть бути як аналоговими так і цифровими.

Рис.2.2 Типова структура локальної системи управління

На прикладі локальної системи управління зручно ілюструвати номенклатуру ТЗА, що охоплює всі основні елементи системи (рис. 1.1). локальні регулятори цифрових систем управління (СУ) зазвичай реалізуються на базі мікроконтролерів або програмованих логічних контролерів (ПЛК). Крім того до складу локального регулятора можуть включатися аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі (АЦП і ЦАП), а також нормуючі перетворювачі для приведення сигналів давачів до стандартного формату і рівню. Виконавчі пристрої можуть бути побудовані на основі електричних, пневматичних, гідравлічних механізмів і містити регулюючі органи. Давачі - найбільш різноманітне сімейство ТЗА. Це давачі опору, струму, напруги, електромагнітні, ємнісні, магнітоопору, Холла, ультразвукові та ін. Для зв'язку з оператором застосовуються відеотермінальні і електромеханічні засоби відображення, а також друкуючі пристрої.

Централізована система управління використовується для управління зосередженим об'єктом зі складними або різноманітними функціями управління або великою кількістю сигналів «вхід-вихід».

Рис. 2.3. Типова структура централізованої системи управління

ЦОМ - центральна обчислювальна машина;

ПЗО - пульт зв’язку з оператором;

ОПР - особа, що приймає рішення;

ПСО - пристрій сполучення з об’єктом;

ЛС - локальна система управління;

ВП – виконавчий пристрій;

РУ - ручне управління;

ТОУ - технологічний об’єкт управління;

Д – давачі.

В системі є два рівня:

- на нижньому рівні знаходяться об'єкти управління з давачами і виконавчими пристроями;

- на верхньому керуюча центральна обчислювальна машина (ЦОМ) і пристрій сполучення з об'єктом (ПСО).

ПСО перетворює різні по виду сигнали від давачів (вхідні сигнали), в цифровий код у форматі, визначеному конкретною ЦОМ. Сформовані ЦОМ у вигляді цифрового коду сигнали керуючих впливів для виконавчих пристроїв (вихідні сигнали) ПСО перетворює до одного зі стандартних видів. Для контролю над процесом передбачено пульт зв'язку з оператором. Всі процеси обробки сигналів давачів і формування керуючих сигналів для всіх контурів управління послідовно виконує одна і та ж ЦОМ. Вона також забезпечує інтерфейс з оператором.

 Централізована система має два основних недоліки: мала надійність і низька швидкодія. Система стає непрацездатною при відмові ЦОМ або ПСО. При великій кількості давачів і контурів управління істотно збільшується час основного циклу керуючої програми ЦОМ.

Для усунення цих недоліків застосовують такі рішення.

1. Для підвищення надійності здійснюється:

а) дублювання основних елементів системи управління: ЦОМ i ПСО;

б) для найбільш важливих ТОУ практикується застосування супервізорної структури.

2. Для підвищення швидкодії передають частину функцій управління на більш низький рівень:

а) застосування супервізорної структури;

б) перехід до розподіленої багаторівневої системи управління (рис.2.4).

У супервізорній структурі з верхнього рівня на нижній передаються в цифровому вигляді значення уставок для регулятора і команди для локального контролера, а з нижнього рівня на верхній параметри об'єкта, також в цифровому вигляді. Безпосереднє управління в контурі виконує локальний контролер. Це значно розвантажує ЦОМ.

Розподілена система управління (РСУ) містить кілька рівнів, при цьому САУ різного рівня інтегровані в єдину систему, що охоплює весь процес життєдіяльності підприємства. Типова схема багаторівневої РСУ приведена на рис. 2.4.

Найнижчий рівень РСУ (AS - рівень) включає ТОУ, керований вузлом на базі програмованого логічного контролера ПЛК або промислового комп'ютера Prom-PC (відносяться до рівня Field), і безпосередньо пов'язані з ним елементи: давачі (Д) і виконавчі пристрої (І=В). На цьому рівні обмін інформацією здійснюється за AS- інтерфейсом. Назва AS походить від слів давач (Sensor) і виконавчий пристрій (Activator).

Наступний рівень Field (польовий) об'єднує пристрої локального управління і інтерфейси між ними. Цими пристроями є локальні регулятори і програмовані логічні контролери (ПЛК). На цьому ж рівні можуть розташовуватися і інші об'єкти управління (верстат з ЧПУ, локальні регулятори і ін.)

На наступному рівні Cell (ділянка) розташована система диспетчерського управління та збору даних (SCADA).

На рівні організації виробництва (Production) функціонує виконавча система виробництва (MES). Це проміжний рівень, який служить для організації технологічної підготовки виробництва. На цьому і наступних рівнях розташовані, об'єднані в мережу промислові РС і АРМ фахівців. Тут вирішуються завдання:

- планування і контроль послідовних операцій будь-яких ТП (ділянки 1, 2, 3, ...);

- управління виробничими (верстати) і людськими (персонал) ресурсами в рамках декількох ТП (ділянки 1, 2, 3, ...);

- розподіл робіт по замовленнях;

- технічне обслуговування обладнання;

- управління якістю.

рис. 2.4. Типова схема багаторівневої РСУ

Вищий рівень управління в рамках підприємства - це Стратегічне управління (Management Control Level). На цьому рівні вирішуються різні класи задач із застосуванням окремих підсистем:

- MRP - планування ресурсів на рівні цеху, включаючи управління складськими запасами і виробничими потужностями. У EAM додається ще й управління основними фондами;

- ERP - планування ресурсів підприємства в цілому на основі бізнес-планів. Завдання, які вирішуються: управління постачанням та збутом, випуск всіх видів продукції і розподіл замовлень, контроль за матеріальним і фінансовим потоками. У ERP II додаються взаємини з постачальниками, дилерами, реклама і PR. IRP - інтелектуальне планування ресурсів на основі створення динамічної моделі підприємства.