1.Обобщенная структура автоматизированной системы управления производством

Характерной особенностью современных производственных технологических процессов является широкое внедрение автоматизированных информационно-управляющих систем. Точная и своевременная информация о процессе производства все большей степени определяет производительность труда, уровень издержек, качество и конкурентоспособность продукции, является также основой для принятия управляющих решений.

Исторически процесс автоматизации проникал на производство одновременно с двух сторон – “сверху” и “снизу”.

Сверху” (в офисах управления) создаются АСУП (автоматизированные системы управления и планирования производства), отвечающие за организацию работы предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учета, управление финансами и материально – техническим снабжением, организация документооборота и др. Этот уровень называется планированием ресурсов предприятия (MRP, Manufacturing Resource Planning). Наиболее известной и мощной системой такого рода является R/3 фирмы SAP (Германия). Далее информация поступает на уровень систем исполнения производства MES (Manufacturing Execution Systems).

“Снизу” (в цехах, линейных предприятиях) информация от различных датчиков используется для непосредственного управления производственными процессами с помощью различных программируемых контроллеров, к которым также подключены разнообразные исполнительные устройства.

Эти два нижних уровня (1 и 2) обеспечивают локальное управление отдельными технологическими процессами и производственными объектами, которые взаимодействуют между собой и образуют общий технологий процесс промышленного предприятия.

Для единого управления сложными распределенными технологическими процессами, например, перевозками по железным дорогам, доставкой электроэнергии по линиями электропередачи, транспортировкой энергоносителей по трубопроводам применяются автоматизированные диспетчерские системы, составляющие третий уровень обобщенной системы управления производством.

Нижние три уровня этой системы составляют автоматизированную систему управления технологическим процессами (АСУ ТП).

Далее упорядоченная и обработанная информация о ходе процесса изготовления продукции становится доступной верхнему уровню управления предприятием (АСУП) в реальном времени и в принятом формате.

Таким образом, современная автоматизированная система управления (АСУ) производством является иерархической и многоуровневой. Архитектура типовой АСУ описывается обобщенной структурной схемой, приведенной на рис.1.1.

АСУТП нижнего уровня находится на уровнях 0 и 1 и обеспечивает выполнение следующих задач:

прием и первичную обработку информации от датчиков;

формирование и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы в соответствии с заданным алгоритмом;

буферизация контролируемых параметров;

диагностику оборудования системы;

обмен информацией с верхним уровнем (3) системы АСУТП, который часто реализуется на типовых программных пакетах.

Особенностями АСУП являются обработка больших объемов данных (работа с различными базами данных), формирование многочисленных отчетных документов, причем обработка информации производится в масштабе свободного времени в офисных условиях.

Особенностями АСУТП двух нижних уровней являются: работа в реальном времени, высокая надежность, возможность парирования сбоев, работа в условиях индустриальной среды (диапазон температур –40 - +85, вибрации до 5 g, ударные нагрузки до 20 g, электромагнитные и электростатические помехи, агрессивная внешняя среда, например, соленый туман, пары кислот и т.п.), Для встраиваемых приложений дополнительно вводятся ограничения на вес, размеры и энергопотребление элементов систем.

Поэтому для реализации АСУТП обычно применяют 8, 16 -разрядные микропроцессоры и микроконтроллеры, установленные на типовых промышленно выпускаемых платах (платформах), содержащих также память для программ и данных, порты ввода-вывода, источники электропитания.

Для управления сложными и протяженными в пространстве (сотни – тысячи метров) объектами используются распределенные АСУ. Например, на железнодорожном транспорте это системы управления сортировочными горками, диспетчерские центры управления движением проездов, энергоснабжением и т.п.

Распределенные АСУ, топология которых представляется структурной схемой на рис.1.2., реализуются на основе локальных АСУ, объединяемых специальными промышленными коммуникационными сетями – полевыми шинами (Fieldbus).

С ети Fieldbus являются разновидностью коммуникационных сетей общего назначения, предназначенной для работы в промышленных условиях. Их отличительными особенностями являются высокая помехоустойчивость, предсказуемость времени доставки информации, невысокая стоимость и возможность самовосстановления в случае нештатных ситуаций. Примерами промышленных сетей являются сети Modbus, Profibus, Industrial Ethernet, Interbus, DeviceNet, CANopen, Foundation Fieldbus, LONWorks, ASI.

Структурные схемы локальных и централизованных АСУ во многом подобны, но имеется и ряд отличий. В распределенных АСУ локальные системы подключаются к промышленной сети с помощью сетевых адаптеров. Такое подключение позволяет расположить локальные АСУ рядом с объектом управления. Каждое из локальных АСУ имеют малое число входов и выходов, к которым подключаются только близко расположенные датчики и исполнительные устройства, что сокращает стоимости линий связи и работ по их прокладке. Кроме того, каждое из локальных АСУ должно поддерживать тот или иной сетевой протокол обмена, принятый в распределенной системе управления. Поэтому каждое локальное АСУ обязательно содержит встроенный процессор, выполняющий функции управления АСУ и сетевой поддержки. В современных локальных АСУ на встроенный процессор дополнительно возлагают ряд функций управления объектом, выполняющиеся в жестком реальном времени.

Таким образом, современные АСУ сложными и протяженными объектами, например, объектами транспортной инфраструктуры, являются не только иерархическими, но и распределенными системами управления. которые по сравнению с централизованными системами более производительны, гибки, надежны и легко масштабируемы.