АТПиП / 1-АТПиП-ч2-инф-лек-посл

справедливо и для других элементов АСУП, однако, для производственного уровня такой подход особенно актуален. Именно здесь можно получить действительно качественную

информацию, необходимую и достаточную для принятия управленческих решений. Показателями качества этой информации являются ее оперативность и объективность.

Оперативность позволяет:

своевременно обнаруживать узкие и проблемные места производства, обеспечивая тем самым возможность оперативно влиять на процесс;

в реальном времени контролировать загрузку и техническое состояние производственного оборудования;

управлять ключевыми показателями производства не по нормативным

параметрам, а по их реальному текущему состоянию.

Достоверность обеспечивает:

оптимизацию производственных процессов на основе их объективного

анализа;

поддержку заданных производственных показателей: производительности, качества продукции, себестоимости;

исключение человеческого фактора при решении учетных задач.

Решение всех перечисленных задач наиболее актуально для повышения

эффективности производства, однако, требует ответов на следующие вопросы: Целесообразно ли решать эти задачи с помощью имеющихся в ERP-

системах средств поддержки производства и интеграции их с уровнем АСУТП? Может быть, это задача нового класса продуктов, не таких дорогих,

более "легких" во внедрении и ориентированных на решение специализированных задач управления производством?

На что лучше ориентироваться в этом случае: на готовые или заказные

системы?

С чего начинать создание системы управления производством? Очевидно, что однозначных ответов здесь быть не может. Мы уверены лишь в том,

что при серьезном ("целевом") подходе к созданию действительно интегрированной АСУП

промышленного предприятия без решения проблем Производства уже не обойтись. Производственные исполнительные системы (MES) - необходимый элемент

эффективного управления предприятием В большинстве реализованных проектов, связанных с созданием интегрированных

систем управления промышленным предприятием (во всяком случае, в России) существует целый пласт функций, не покрываемых ни классом ERP, ни классом АСУТП. На условной модели предприятия (рис.2), можно показать, что ERP-системы не обеспечивают оперативного управления производством, ограничиваясь стратегическим

планированием, что предопределяет существование значительного функционального

разрыва между уровнем ERP и уровнем АСУТП. А именно в этом "неохваченном" информационными технологиями слое оперативного управления производством

находится целый класс жизненно важных для предприятия производственных процессов, создающих прибавочную стоимость продукции, и оказывающих значимое влияние на

эффективность предприятия в целом.

Рис. 2 Функциональный разрыв между ERP и АСУТП

Этот класс задач не нов и хорошо известен. Средства автоматизации этих процессов разрабатывались, в том числе и в нашей стране, более 20 лет назад и носили

название АСУ производственных процессов (АСУПП).

В настоящее время эти системы позиционированы в классе производственных

исполнительных систем (MES - Manufacturing Execution Systems), ориентированных на информатизацию задач оперативного планирования и управления производством, оптимизации производственных процессов и производственных ресурсов, контроля и диспетчеризации выполнения планов производства с минимизацией затрат. Как и для ERP-систем, в настоящее время в классе MES-систем происходит этап интенсивной разработки формализованной методологии создания и внедрения данного класса

производственных систем (см. статью А.Ю Нестеровой "MES-Системы управления производством. Воспользуйтесь очевидными преимуществами. Обзор" на стр .).

На Западе использование MES систем считается очевидным, и при решении задач комплексной автоматизации предприятия одновременно ищутся решения для трех

взаимосвязанных уровней управления: АСУТП, MES и ERP. В России же подобные системы практически неизвестны и игнорирование их необходимой роли, на наш взгляд, является причиной существенных проблем при создании комплексных систем

автоматизации промышленных предприятий.

Функции, реализуемые в MES-системах, аналогичны методам управления в ERP-

системах, но только в других временных масштабах и с другими объектами контроля и управления. MES - это автоматизированная исполнительная система производственного уровня, предоставляющая ряд возможностей, которые дополняют и расширяют функции ERP-систем. Используя фактические технологические данные, MES-системы

поддерживают всю производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результативный отклик на изменяющиеся условия, в комбинации с

ориентацией MES на снижение издержек, помогают эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют

данные о текущих производственных показателях, необходимые для функционирования ERP-систем. Таким образом, MES-система - это связующее звено между

ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Отсюда следует, что интегрированную автоматизированную систему управления промышленным предприятием можно представить в виде трех взаимосвязанных уровней

управления (рис.3):

Рис.3. Три уровня управления интегрированным предприятием.

При этом каждый уровень выполняет свою основную управленческую функцию: верхний уровень управления предприятием (административно-

хозяйственный) решает стратегические задачи, а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая

часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в масштабе: годовое, квартальное, месячное);

средний уровень управления (производственный) решает задачи

оперативного управления процессом производства, а соответствующая автоматизированная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырья, энергоносителей, производственных средств, персонала), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия;

низшие уровни технологического управления решают классические

задачи управления технологическими процессами.

Надо отметить, что при передаче части функций управления от систем ERP в MESсистемы на производственный уровень (руководству производства, цеха,

производственного участка, технологу, начальнику службы эксплуатации, и т.д.), происходит рациональная сегментация контуров управления предприятием в целом

(рис.4).

Рис. 4. Сегментация контуров управления предприятием.

При этом каждый контур управления характеризуется своим уровнем интенсивности циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций:

контур управления уровня АСУТП (технологический) является самым

интенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции,

которое может составлять секунды и даже миллисекунды. В верхнем уровне слоя АСУТП - в SCADA-системах происходит накопление и обработка большого числа

технологических параметров и создается информационная база исходных данных для MES-уровняю.

контур управления уровня MES (оперативно-производственный)

опирается на отфильтрованную и обработанную информацию, поступающую как от

АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической поддержки, технологических, планово-производственных и т.д.).

Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.).

Типовые времена циклов управления составляют минуты, часы, смены, сутки.

Оперативное управление производством в этом контуре управления

Заметим, что автоматизация всех уровней управления сразу и везде не является обязательной -- возможна поэтапная автоматизация предприятия, а в некоторых случаях

можно ограничится управлением на уровне MES-системы, дополнив ее учетными средствами автоматизации административно-хозяйственной деятельности предприятия.

Взаключение отметим, что усиление в последнее время внимания к MES-системам

ик классу MES-продуктов не просто дань моде, а насущная потребность и

дополнительная возможность повышения эффективности и рентабельности промышленных предприятий. Доказательствами этого утверждения служат следующие обстоятельства.

Классификация MES-функций определяет их четкую ориентацию на достижение заданных реальных целей повышения эффективности производства с

учетом организационной структуры промышленного предприятия. Широкий набор этих функций и наличие на рынке достаточного ассортимента систем и отдельных

продуктов, реализующих эти функции для различных отраслей промышленности, позволяет создавать интегрированные системы, учитывающие конкретный тип, уровень и объем производства данного предприятия.

MES-системы, как правило, уже интегрированы с источниками

физических данных уровня АСУТП -программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), SCADA-системами и базами данных реального времени, с одной стороны, и

ERP-системами с другой стороны, что обеспечивает "бесшовную" интеграцию всех уровней управленческой и информационной вертикалей предприятия.

Методология внедрения MES не требует серьезной реорганизации производственного предприятия и подстройки его под конкретный продукт, а основывается на выборе оптимального набора продуктов, решающих конкретные

задачи повышения эффективности производства данного предприятия.

По мнению западных экспертов, внедрение систем управления производством -

жизненно важный этап реализации общей стратегии бизнеса как с организационнохозяйственной, так и с технической точек зрения. Эти системы способны стать одним из основных элементов повышения конкурентоспособности производственного предприятия и устранить разрыв между производственными и административными уровнями управления. Внедрение систем управления производством может многократно возместить расходы на их разработку и дать весьма ощутимые результаты с точки зрения рентабельности и возможностей дальнейшего развития.

SCADA – системы

Характеристики SCADA – систем

Основные возможности и средства, присущие SCADA - системам:

автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы

рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").

многоплатформных SCADA-систем, такие как United States DATA Co, приоритетным

считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT.

Некоторые фирмы, до сих порФункциональныеподдерживавшиевозможностиSCADA-системы на базе ОС реального

времени (РВ), начали менять ориентацию, выбирая системы на Windows NT платформе.

Основу большинства SCADA-пакетов составляют несколько программных компонентов

Все более очевидным становится применение ОС реального времени, в основном, во (база данных реального времени, ввода-вывода, предыстории, аварийных ситуаций) и

встраиваемых системах, где они действительно хороши. Таким образом, основным полем,

администраторов (доступа, управления, сообщений).

где сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA--систем, стала Следует отметить, что в целом технология проектирования систем автоматизации на

MS Windows NT на фоне всё ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS,

основе SCADA-систем очень похожа:

MS Windows 3.xx/95, различных UNIX-реализаций и ОС реального времени. Быстрое Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе развитие OPC-технологий, низкие цены аппаратного обеспечения, распространённость

определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации. Windows NT на офисных рынках вкупе с её солидными техническими характеристиками -

главныеРешениепричинывопросов,того, что абсосвязанных-лютное сбольшинстввозможнойпроизводителейподдержкой распределеннSCADA-пакетойв мигрировалиархитектуры,в сторонуне-обходимостьюэтойоперационнойвведениясистемыузлов. с "горячим резервированием" и т.п.

ОднойСозданиез основныхприкладнойчертсистемысовременногоуправленмирая длясистемкаждогоавт матизацииузла. На являетсяэтом этапеих высокаяспециалистстепень винтеграцииобласти автоматизируемых.В любой нихпроцессовмогут бытьнаполнязадействованыузлы архитектурыобъект управления,алгоритмами,исполнительсовокуп-ностьые которыхмеханизмы,позволяетаппаратуррешать задачи, регистрирующаяавтоматизации. и

обрабатывающаяПриведениеинформацию,в соответствиерабочиепараметровместа операторов,рикладной серверысистемыбазс информацией,данных т.д.

Очевидно,которойчто обдля-мениваютсяэффективногоустройствафункционижнегорованияуровняэтой(например,разнороднойпрогсраммируемыееде SCADAсистемалогическиедолжна обеспечиватьконтрол-лерывысокий- PLCs) уровеньс внешнимсетевогомиром сервиса(датчики. Желательно,температуры,чтобыдавленияона

поддерживаладр.) работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции и в реальном

использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала

режиме.

поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных Перечисленные выше возможности систем SCADA в значительной мере определяют

интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.) Обобщенная схема подобной

стоимость и сроки создания ПО, а также сроки ее окупаемости. системы приведена на рис.1.

Этим требованиям в тойТехническиеили инойхарактеристикистепени удовлетворяют практически все рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых

сетевых интерфейсов, ко-нечно же, разный.

Программно-аппаратные платформы, на которых реализована SCADA-система. Анализ

Встроенные командные языки

перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ на вопросы Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, VBasicраспространения SCADA-системы на имеющиеся вычислительные средства, а также

подобные языки, позволяющие сгенерировать адекватную реакцию на события, связанные оценка стоимости эксплуатации системы (будучи разработанной в одной операционной с изменением значения переменной, с выполнением некоторого логического условия, с среде, прикладная программа может быть выполнена в любой другой, которую

нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого фрагмента с заданной

поддерживает выбранный SCADA-пакет). В различных SCADA-системах этот вопрос

частотой относительно всего приложения или отдельного окна.

решен по разному. Так, FactoryLink имеет весьма широкий список поддерживаемых

Поддерживаемые базы данных

программно-аппаратных платформ:

Практически все SCADA-системы, в частности, Genesis, InTouch используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базы данных. Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа

информации, использовать уже наработанное программное обеспечение, ориентированное на обработку данных.

Графические возможности

Для специалиста-разработчика системы автоматизации, также как и для специалиста-"технолога", чье рабочее место создается, очень важен графический

пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы SCADA-систем весьма похожи. В каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над выбранным

объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, используя средства анимации.

Крайне важен также вопрос о поддержке в рассматриваемых системах стандартных

функций GUI (Graphic Users Interface). Поскольку большинство рассматриваемых SCADAсистем работают под управлением Windows, это и определяет тип используемого GUI.

Драйверы ввода-вывода

Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют

хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием

стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном

комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или же, вообще, разработку драйвера нужно

заказывать у фирмы-разработчика.

Для подсоединения драйверов ввода-вывода к SCADA используются два механизма -

стандартный DDE (Dynamic Data Exchange) и обмен по внутреннему (известному только фирме разработчику) протоколу. До сих пор DDE остается основным механизмом, используемым для связи с внешним миром в SCADA-системах. Но он является не совсем пригодным для обмена информацией в реальном масштабе времени из-за своих ограничений по производительности и надежности. Взамен DDE компания Microsoft предложила более эффективное и надежное средство передачи данных между процессами - OLE (Object Linking and Embedding - включение и встраивание объектов). Механизм OLE поддерживается в RSView, Fix, InTouch, Factory Link и др. На базе OLE появляется новый стандарт OPC (OLE for Process Control), ориентированный на рынок

промышленной автоматизации. Новый стандарт, во-первых, позволяет объединять на уровне объектов различные системы управления и контроля, функционирующие в

распределенной гетерогенной среде; во-вторых, OPC устраняет необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов. С точки зрения SCADA-систем появление OPC-серверов означает разработку программных стандартов обмена с технологическими

устройствами. Поскольку производители полностью разбираются в своих устройствах, то эти спецификации являются для них руководством к разработке соответствующих серверов. Так как эти программные драйверы уже появляются на рынке, разработчики

SCADA-систем предлагают свои механизмы связи с OPC-драйверами. OPC интерфейс допускает различные варианты обмена: получение "сырых" данных с физических устройств, из распределенной системы управления или из любого приложения (рис.2). На рынке появились инструментальные пакеты для написания OPC-компонентов, например,

OPC-Toolkits фирмы FactorySoft Inc., включающий OPC Server Toolkit, OPC Client Toolkit, примеры OPC-программ .

Интеграция многоуровневых систем автоматизации.

SCADA-системы ответственны за получение информации с уровня Управления, "снизу", т.е. от различных датчиков через устройства сопряжения, от программируемых контроллеров, поставляющих информацию для непосредственного управления

производственным процессом. Далее информация с уровня Управления поступает на вход SCADA-систем. Схематично уровни управления предприятием показаны на рис.3. На

SCADA-уровне возможно оперативное управление процессом, принятие тактических решений на основе информации, полученной на уровне Управления. Сам процесс

поступления информации на производстве происходит и "сверху", и "снизу". "Сверху" формируется информация, отвечающая за работу предприятия в целом, осуществляется

планирование производства. На рис.4 представлена общая информационная модель предприятия.

Точная, своевременная, достоверная информация на каждом уровне производства

позволяет оценить уровень издержек, качество и конкурентоспособность продукции. Для организации связи между информацией "сверху" и "снизу" необходимым класс

инструментальных средств управления производством, ответственный за доставку с возможной обработкой данных в реальном времени с уровня Управления "наверх" и

наоборот. Поэтому достаточно важным критерием сравнения инструментальных средств, поддерживающих разработку АСУ ТП, является наличие средств доставки информации со SCADA-уровня наверх, на уровень планирования производства. Ряд фирм (Intellution, Wonderware) предлагает продукты (Fix BOS, InTrack, InBatch), представляющие собой

системы управления производством. Основное их назначение заключается в создании прикладных программ, моделирующих и прослеживающих каждую стадию

производственных процессов от загрузки сырья до выпуска готовой продукции.

Огромное стратегическое значение имеет то, насколько инструментальные системы

АСУ ТП связаны с Microsoft BackOffice Suite, поскольку последний стал наиболее распространенным офисным программным продуктом. Поэтому, например, все продукты FactorySuite легко интегрируются с продуктами, как Microsoft SQL Server, Windows NT

Server, System Management Server, SNA Server и Mail-Server. Фирма Wonderware предлагает Industrial SQL Server, позволяющий регистрировать данные в реальном

времени. Источником данных могут быть InTouch серверы ввода-вывода. Построен же IndustrialSQL Server на базе Microsoft SQL Server. Это существенно расширяет возможности всего производственного персонала в смысле возможности доступа к полной информации о любом этапе производства.

Все более актуальным становится требование передачи на WEB-узлы как статической (в определенные моменты времени), так и динамической (постоянно) информации. Появившиеся ActiveX-объекты (в 4-й версии Microsoft Explorer, например) позволяют передавать данные из SCADA-системы на WEB-страницы. Но имеются и более

многофункциональные компоненты типа Scout фирмы Wonderware, обеспечивающие возможность доступа к системам автоматизации на базе InTouch через Internet/Intranet,

позволяющие удаленному пользователю взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации, как с простой WEB-страницей.