3154

управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анализа в соответствии с критериями системы вырабатывает управляющие сигналы.

Основная особенность централизованной рассредото-

ченной структуры — сохранение принципа централизованного управления, т. е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состоянии совокупности объектов управления. Некоторые функциональные устройства технологии управления являются общими для всех каналов системы. Алгоритм управления в данном случае состоит из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупностью взаимосвязанных органов управления. Для реализации функции управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления.

С ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизованно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого управляющего органа получать и перерабатывать информацию. Кроме того, в таких АИТУ можно выделить следующие группы задач, каждая из которых характеризуется соответствующими требованиями по времени реакции на события, происходящие в управляемом процессе:

−задачи сбора данных с объекта управления (время реакции — секунды, доли секунды);

−задачи экстремального управления, связанные с расчетами желаемых параметров управляемого процесса (время реакции — секунды, минуты);

−задачи оптимизации и адаптивного управления процессами (время реакции — несколько секунд);

10

−информационные задачи, задачи диспетчеризации и координации в масштабах цеха или предприятия, задачи планирования и др. (время реакции — часы).

Иерархия задач управления приводит к необходимости создания иерархической системы средств управления.

В многоуровневой иерархической системе управления (например, гибкой производственной системой) выделяют обычно три уровня: уровень управления работой оборудования

итехнологическими процессами, уровень оперативного управления ходом производственного процесса и уровень планирования работ. В функции низшего уровня входят:

−сбор и обработка информации и непосредственное управление работой оборудования и технологическими процессами с учетом команд, поступающих с вышестоящего уровни;

−фиксация времени простоя оборудования с учетом причин простоя;

−контроль за состоянием инструмента и учет его использования; учет числа обработанных деталей;

−передача информации на уровень оперативного управ-

ления.

Функциями уровня оперативного управления ходом про-

изводственного процесса являются:

−анализ наличия ресурсов для выполнения сформированных заданий;

−оперативная корректировка режимов отдельных технологических процессов и выдача заданий по коррекции технических устройств низшего уровня; контроль качества изделий;

−прием и систематизация информации с управляющих устройств низшего уровня;

−координация работы всех элементов системы в соответствии с полученным заданием; передача информации на верхний уровень управления.

11

Функциями уровня планирования работ являются:

−решение комплекса задач, связанных с управлением и контролем за работой уровня оперативного управления;

−управление библиотекой управляющих программ для оборудования и технологических процессов;

−сбор, обработка и выдача информации о ходе производственного процесса в системе.

Комплексная автоматизация охватывает проектирование

ипроизводство изделий и обеспечивается совокупностью автоматизированных систем. В эту совокупность входят автоматизированные системы управления предприятием (АСУП, в некоторых источниках данная аббревиатура расшифровывается как автоматизированная система управления производством), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы управления производственными процессами (АСУПП), автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и автоматизированные системы управления гибкой производственной системой (АСУ ГПС).

1.1. Автоматизированная система управления предприятием (АСУП)

Промышленное предприятие с его сложной структурой и многочисленными производственно-экономическими внутренними связями представляет собой наиболее сложный объект управления. По своей размерности он в несколько порядков может превосходить объекты управления других видов АСУ. Поэтому необходимость автоматизации функций управления этим объектом очевидна, что и является побудительным мотивом к разработке АСУП.

АСУП – организационно-технический комплекс, обеспечивающий организацию управления промышленным предприятием на базе использования экономико-математических методов и ЭВМ, включающий в ограниченной степени выработку

12

ипринятие установленных человеком решений. Согласно ГОСТ 19675-74 «АСУП представляет собой человекомашинную систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления предприятием как автономно, так и в составе АСУ производственным объединением».

АСУП предназначена для достижения следующих основных целей:

−повышение уровня производства путем более полного

ирационального использования производственных мощностей; трудовых, материальных и денежных ресурсов, сокращение сроков подгонки производства к выпуску новых изделий;

−сокращение запасов незавершенного производства;

−освобождение управленческого персонала от трудоемких расчетных работ;

−улучшение качества принимаемых решений и обеспечения оперативности руководства.

АСУП применяется на уровне от предприятия до цеха. С точки зрения технологии функционирования АСУП

решает три основных проблемы:

−получения и передачи информации об управляемом объекте;

−переработки этой информации в соответствии с заданной целью;

−выдачи управляющих воздействий на данный объект управления.

В составе АСУП принято выделять функциональную и обеспечивающую части. Функциональная часть подразделяется на подсистемы, выполняющие основные функции служб управления предприятием. Например, автоматизированная система управления предприятием может состоять из следующих подсистем управления:

−технической подготовки производства (конструкторской и технологической подготовки);

−технико-экономического планирования;

13

−бухгалтерского учета;

−управления материально-техническим снабжением;

−оперативного управления основным и вспомогательными производствами;

−управления сбытом;

−управления кадрами;

−управления качеством;

−управления финансами;

−нормативного хозяйства и др.

Обеспечивающая часть АСУП представляет собой комплекс средств и методов, объединенных в соответствии с их спецификой и обеспечивающих решение задач во всех функциональных подсистемах. Обычно выделяют информационное, техническое и математическое (программное обеспечение) АСУП.

Информационное обеспечение представляет собой совокупность динамической информационной модели предприятия и средств ее формирования и ведения. Ядром информационного обеспечения АСУП является база данных предприятия.

Техническое обеспечение – это комплекс технических средств, обеспечивающих функционирование АСУП. В его состав входят средства сбора информации, средства обработки и отображения информации.

Математическое (программное) обеспечение – это совокупность алгоритмов и программ, реализующих функциональные и обеспечивающие задачи АСУП.

Необходимо отметить, что реализация многих проектов АСУП в 70-е годы в нашей стране и во всем мире закончилась неудачей - эти системы «не прижились», оказались нежизнеспособными. В первую очередь, это вызвано тем, что в их концепции были заложены претензии на слишком высокую степень автоматизации управления, не оставляющую места для человека-руководителя. Кроме того, многие математические модели в АСУП были недостаточно точными и приводили к ошибкам. Однако дальнейшее развитие АСУП позволило создать действительно эффективные системы.

14

Сейчас на рынке присутствует огромное количество современных решений АСУП - это системы класса MRP II / ERP - их подробному рассмотрению будет посвящена отдельная глава данного пособия.

1.2. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)

В наиболее общем случае автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) представ-

ляет собой замкнутую систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект.

Технологический объект управления — это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс.

Современные технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, становятся все более мощными, создаются гибко перестраиваемые производственные системы. Человек не может уследить за работой таких агрегатов и технологических комплексов, и тогда на помощь ему приходит АСУТП. В АСУТП, которые дают наибольший социальный и экономический эффект, за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (например, температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов

15

в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Датчики постоянно выдают сигналы, меняющиеся в соответствии с измеряемым параметром, в устройство преобразования аналогового сигнала в цифровую форму (АЦП) и затем по определенной программе обрабатываются вычислительной машиной. Компьютер сравнивает полученную от датчиков информацию с заданными результатами работы агрегата и вырабатывает управляющие сигналы, которые поступают на регулирующие органы агрегата.

В состав АСУТП входит:

−техническое обеспечение (вычислительные и управляющие устройства, программируемые контроллеры (PLC - Programmed Logic Controller - компьютеры, встроенные в обо-

рудование), средства получения (датчики), преобразования, хранения, отображения и регистрации информации, устройства передачи сигналов и исполнительные устройства);

−программное обеспечение – совокупность программ, необходимая для реализации функций АСУТП, заданного функционирования комплекса технических средств и предполагаемого развития системы;

−информационное обеспечение включает информацию, характеризующую состояние автоматизированного технологического комплекса (АТК), системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, массива данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУТП, в том числе нормативно-справочную информацию;

−организационное обеспечение – совокупность описаний функциональной, технической и организационных структур, инструкции для оперативного персонала, обеспечивающих задание функционирования его в составе АТК;

−оперативный персонал;

−технологи-операторы, осуществляющие контроль за управлением с использованием рекомендаций выработанных АСУТП;

16

−эксплуатационный персонал АСУТП (ремонтный персонал в состав АСУТП не входит).

Реализация целей в конкретных АСУТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций

ивычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций:

−измерение физических сигналов, параметров;

−контроль функционирования технических и программных средств;

−формирование заданий на управление;

−реализация управления и т. д.

АСУТП применяется на уровне от цеха и ниже. Функции АСУТП подразделяются на управляющие, ин-

формационные и вспомогательные. К управляющим функциям относятся регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или аппаратами, адаптивное управление объектом в целом (например, управление участком станков с числовым программным управлением (ЧПУ), оперативная коррекция суточных и сменных плановых заданий и др.). Информационные функции — это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.

Главная функция АСУТП – это сбор и обработка данных о состоянии оборудования и протекании производственных процессов для принятия решений по загрузке станков, выполнению технологических маршрутов. Программное обеспечение АСУТП на этих уровнях представлено системой диспетчерского управления и сбора данных – SCADA (Supervisory Control and Data Acquision). К основным функциям SCADA

относится:

−сбор первичной информации от датчиков;

−хранение, обработка и визуализация данных;

17

−управление и регистрация аварийных сигналов;

−связь с корпоративной информационной сетью;

−автоматизация разработки прикладного ПО. Программные продукты класса SCADA широко пред-

ставлены на мировом рынке. Это несколько десятков SCADA - систем, многие из которых нашли свое применение и в России.

Например, InTouch (Wonderware, США), Citect (CI Technology, Австралия), FIX (Intellution, США), Genesis (Iconics Co, США), Factory Link (United States Data Co, США), RealFlex (BJ Software Systems, США), Sitex (Jade Software, Великобритания), TraceMode (AdAstrA, Россия), Cimplicity (GE Fanuc, США),

САРГОН (НВТ – Автоматика, Россия) и др.

Для непосредственного программного управления технологическим оборудованием используют системы CNC (Computer Numerical Control) на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование с ЧПУ. Системы CNC называют также встроенными компьютерными системами.

1.3. Автоматизированная система управления гибкой производственной системой (АСУ ГПС)

Начиная с 80-х годов XX века одним из направлений повышения эффективности производства стало широкое применение информационных технологий. Важным этапом развития на этом пути стало появление понятия гибкой производственной системы (ГПС). В соответствии с ГОСТ 26228-90, гибкая производственная система - «…управляемая средствами вычислительной техники совокупность технологического оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких производственных модулей и (или) гибких производственных ячеек, автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы обеспечения функционирования, обладающая свойством автоматизированной переналадки при изменении программы производства изделий». Принципиальной

18

особенностью ГПС являлось наличие новой компоненты - компьютерной системы управления, обеспечивающей возможность увязки отдельных процессов, функций и задач в единую систему.

Применение ГПС позволяет разрешить противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности оборудования для массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производства. Базой для решения этой сложной и противоречивой задачи явились особые свойства гибких производственных систем:

−способность к быстрой перестройке на выпуск новой продукции за счет гибкости и мобильности;

−наличие высокого технического уровня оборудования, способного реализовать прогрессивные технологические процессы на основе высокой степени интеграции производства;

−возможность способствовать решению проблем улучшения труда работающих, повышения их профессиональноквалификационного уровня;

−создание предпосылок для постепенного стирания граней между умственным и физическим трудом;

−освобождение рабочих от тяжелого физического труда. Основными характеристиками ГПС являются:

−способность работать автономно или некоторое ограниченное время без участия человека;

−автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

−гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

−простота наладки, а также простота устранения отказов основного оборудования и систем управления;

−совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства.

Особенность ГПС состоит в групповой гибко перенастраиваемой технологии обработки изделий, высокой степени

19