Автоматизация систем управления: уровни, средства, особенности и сферы применения

Автоматизация систем управления (АСУ) - это информационная система, которая предназначена для автоматизированного осуществления управленческих процессов. Стоит отметить, что внедрение такой технологии должно быть оправдано с технико-экономической точки зрения. Чаще всего установка такой системы позволяет добиться того, что сокращается численность рабочего персонала, увеличивается эффективность управления, повышается качество функционирования объекта.

Требования к АСУ

К автоматизации системы управления предъявляется ряд некоторых требований.

Во-первых, очень важно, чтобы все элементы могли быть связаны друг с другом, а также имели связь с автоматизированной системой, которая связана с АСУ. Кроме того, здесь очень важно, чтобы система имела возможности расширения, развития и модернизации. Это делается с расчетом на то, что в будущем предприятие будет развиваться и понадобится более модернизированная система.

Во-вторых, что не менее важно, система автоматизации управления должна обладать достаточной степенью надежности. Другими словами, она должна на 100 % обеспечивать безопасность при работе с изначально заданными параметрами. Еще одно важное требование - это адаптивность. Система должна быть настроена таким образом, чтобы она могла меняться в условиях изменения параметров. Однако тут стоит сказать, что диапазон изменений обсуждается заранее, до установки АСУ, а потому эти пределы изменений вводятся заранее в систему.

Система автоматизации управления должна обеспечивать возможность контроля ее работы. Кроме того, очень важно, чтобы при возникновении неполадок система могла провести диагностику и указать на место, вид и причину возникновения той или иной проблемы. Последнее важное требование к АСУ - это защита от неверных действий персонала. При случайных или намеренных изменениях параметров, которые могут привести объект к критическому состоянию, система управления должна быть защищена. Также это правило распространяется на тот случай, если где-то появится утечка информации.

Части АСУ. Функциональная

В настоящее время любую информационную систему, включая систему автоматизации управления предприятием, можно условно разделить на две составляющих. Первая - это функциональная, вторая - обеспечивающая. Первая часть отвечает за тот аспект действий, при котором создается каждая отдельно взятая система. Совокупность этих отдельных задач и создает функциональную часть общей системы.

Далее надо обратить внимание на то, что любая АСУ должна выполнять следующие действия:

• она должна собирать, обрабатывать и анализировать всю информацию, которая касается состояния объекта;
• система должна быть способна разрабатывать методы управляющих воздействий при возникновении такой необходимости;
• АСУ также должна быть способна передавать управляющие воздействия к исполнительным элементам, а также передавать данные на контроль оператору;
• реализация и контроль выработанных управляющих воздействий также лежит на системе управления.

Обеспечивающая часть АСУ. Информационная часть

Вторая большая часть - это обеспечивающая. Она несколько сложнее, и ее условно делят на несколько более мелких исполнительных групп, в которые входят такие разделы:

• программно-математический;
• информационный;
• технический;
• методико-организационный;
• лингвистический;
• кадровый.

Работа системы автоматизации управления предприятием, а точнее ее обеспечивающей части, основывается на том, что она собирает полную информацию об объекте. На основе полученной информации, куда входят данные о кодировании, методах адресования, форматах данных и т. д., будет происходить функционирование АСУ. Нужно понимать, что большое количество информации требует места для хранения. По этой причине все полученные данные собираются в большие базы, которые впоследствии хранятся на машинных носителях.

Здесь важно понимать, что хранить всю информацию от начала работы и по сей день невозможно, так как ее слишком много. Поэтому все хранящиеся данные перезаписываются на носителях с определенной периодичностью, которая необходима для нормально работы объекта. Кроме того, каждая такая система автоматизации управления технологическим процессом имеет некое резервное хранилище данных. Оно предназначено для того, чтобы была возможность восстановить потерю информации, если какой-либо прибор вышел из строя.

Программно-математическая часть

Сразу стоит отметить, что она является наиболее важной в любой системе управления на сегодняшний день. В программную часть данного вида входит любое программное обеспечение, которое занимается выполнением всех задач, поставленных перед системой, а также обеспечивает нормальную работу всего комплекса технических средств, использующихся на данном предприятии. Математическая же часть - это совокупность всех математических формул, моделей, алгоритмов, использующихся при работе информационной системы.

Программное обеспечение системы управления автоматизацией технологического процесса должно полностью удовлетворять выполнение всех функций, которые требуются от объекта автоматизации. Здесь важно отметить, что все эти функции реализовываются при помощи вычислительных средств. Существует несколько определенных свойств, которым должна удовлетворять программная часть АСУ:

1. Функциональная достаточность. То есть система должна быть полноценной.
2. Важно, чтобы система была не просто надежной, но и имела свойство самовосстанавливаться, а также определять причину возникновения поломки.
3. Система должна адаптироваться под изменяющиеся параметры объекта.
4. При возникновении необходимости должна быть возможность модификации.
5. Модульность построения, а также удобство в эксплуатации - также важные составляющие системы.

Технический раздел

Здесь все достаточно просто. Техническое обеспечение включает в себя наличие всех технических средств, которые необходимы, чтобы обеспечить максимальную функциональность АСУ. На этом разделе сильнее всего сказывается развитие компьютерных технологий и вычислительной техники. Благодаря развитию этих двух направлений разнообразие технических средств измерения становится все шире, а сами по себе они способны решать все более широкий спектр задач.

В настоящее время системы и технические средства автоматизации и управления можно разделить на две большие группы. Первая группа - это средства коммуникации, а вторая - средства организационной техники.

Здесь необходимо понимать, что технические средства автоматизации используются на всех стадиях работы АСУ, от фиксирования параметров до их хранения, а также с их помощью удается связать всю систему управления в единую сеть. Если говорить отдельно о средствах коммуникации, то они, в первую очередь, выполняют роль передатчиков информации от одного прибора к другому. В некоторых редких случаях они работаю вместе с вычислительной техникой. Организационная техника - это приборы, которые позволяют проводить различные операции с полученной ранее информацией.

Довольно важное правило заключается в том, что любое техническое средство АСУ при его поломке должно без проблем заменяться на аналогичное, при этом без необходимости проводить его повторную настройку.

Методико-организацонный раздел системы

Проектирование системы автоматизации управлением подразумевает наличие такого раздела, как методико-организационный. Это ответвление АСУ представляет собой совокупность методов, средств и некоторых специальных документов, которые устанавливают порядок работы не только самой системы, но и персонала, который ее обслуживает. Кроме того, здесь также имеются документы, которые систематизируют порядок работы персонала при взаимодействии друг с другом. Сюда же входят некоторые методы, в результате которых проводится обучение персонала работе с определенной информационной системой. Другими словами, это раздел, который затрагивает не только саму систему, но и человеческий фактор.

Основная цель данного раздела заключается в том, чтобы постоянно поддерживать работоспособность системы, а также обеспечивать возможность ее дальнейшего развития, если необходимо. Можно добавить, что данный раздел содержит инструкции, которые касаются того, что необходимо делать персоналу во время работы АСУ, чтобы поддерживать ее нормальное функционирование. Также здесь хранятся файлы, которые несут в себе информацию, что необходимо делать, если система перешла в аварийный режим или же просто функционирует не так, как это необходимо.

Лингвистика

Последний раздел обеспечивающей части АСУ - это лингвистический. Естественно, что данная система - это языковая совокупность. Сюда входят языки общения персонала, который обслуживает систему автоматизации производственного управления, а также ее пользователей с такими частями самой системы, как техническая, информационная и программно-математическая. Здесь также имеются расшифровки всех терминов и определений, которыми пользуется АСУ во время своей работы.

Во время работы очень важно, чтобы операторы могли своевременно и удобно общаться с системой управления. Именно за счет лингвистического обеспечения и достигается требуемое удобство, однозначность и устойчивость данного общения. Нужно лишь добавить, что здесь необходимо наличие технических средств, которые будут исправлять ошибки, если таковые будут допущены во время общения пользователя и системы автоматизации. На сегодняшний день имеется два различных подхода при работе с АСУ.

Первый путь, по которому осуществляется процесс управления автоматизацией, - это установка и использование компьютерной техники. Эти средства будут использоваться лишь для того, чтобы упростить некоторые операции, возникающие при работе с документами. На сегодняшний день такой способ считается малоэффективным, так как он не позволяет полностью раскрыть потенциал компьютерной техники нынешнего уровня.

Второй метод принципиально отличается от первого и заключается в том, что на предприятии создается комплексная система автоматизации управления объектами. В таком случае на технику передается не только управление документами, но и базами данных, экспертные системы, средства коммуникации, а также множество других функций.

Нижний и средний уровень АСУ

Любую АСУ ТП на сегодняшний день можно условно разделить на несколько уровней. Автоматизация системы управления на данный момент имеет три таких уровня.

Нижний уровень - это датчики, а также измерительные устройства, которые ведут контроль над управляемыми характеристиками. Кроме того, сюда входят также и исполнительные устройства, от которых как раз и зависит значение характеристик. На данном уровне осуществляется лишь минимальное управление, которое заключается в том, что согласовывается сигнал с датчика с входом контролирующего прибора. Также происходит обмен сигналов, вырабатываемых этими приборами, с исполнительными механизмами.

Следующий средний уровень - это управление оборудованием. Если говорить другими словами, то на этой ступеньке управления находятся программируемые логические контроллеры. Эти ПЛК способны принимать сигналы, которые поступают от измерительного оборудования, а также от датчиков, следящих за состоянием технологического процесса. В соответствии с полученной информацией, а также теми данными, которые устанавливаются пользователем, ПЛК формирует управляющий сигнал, передающийся на исполнительный механизм четкой командой.

Верхний уровень

Автоматизация управления в технических системах имеет также третий, высший уровень. Таким оборудованием являются операторские и диспетчерские станции, сетевое оборудование, промышленные сервера. Именно на данном этапе осуществляется полный контроль над ходом выполнения технологических операций на объекте со стороны человека. Кроме того, здесь же обеспечивается связь с двумя предыдущими уровнями, что позволяет успешно проводить сбор любой необходимой информации.

На данном этапе используется HMI, SCADA. Первое - это человеко-машинный интерфейс, при помощи которого диспетчер способен отслеживать ход технологических операций на объекте. Сюда входят различные мониторы или графические панели, которые чаще всего устанавливаются на шкафах автоматизации и предназначены лишь для вывода информации об объекте и о ходе процесса. Для того чтобы осуществлять контроль над средствами автоматизации и системой управления, имеется SCADA система, подразумевающая наличие диспетчерского управления и возможность сбора данных. Если говорить проще, то эта сеть позволяет установить программное обеспечение, которое можно настроить и установить на компьютеры диспетчеров.

Все наиболее важные данные, которые собирает ПЛК на среднем уровне, собираются, архивируются и визуализируются при помощи этой системы. Основа автоматизации заключается именно здесь, так как SCADA способна не только принимать информацию, но и сравнивать ее с той, которая была введена оператором. Если происходит отклонение какого-либо параметра от заданного значения, то система оповещает пользователя об этом при помощи сигнальной тревоги. Некоторые системы имеют возможность не только контроля, но и автоматического изменения каких-либо значений для того, чтобы вернуть вышедшее за пределы установленных рамок значение.

Средства автоматизации

Система автоматизации управления персоналом, технологическим процессом осуществляется за счет технических средств автоматизации, или ТСА. Другими словами, это приборы, которые могут как сами по себе являться техническим средством и осуществлять какую-либо деятельность, так и входить в состав программно-аппаратного комплекса.

Чаще всего ТСА является базовым элементом системы автоматизации. Сюда можно отнести все оборудование, которое фиксирует, обрабатывает, передает информацию. При помощи таких средств имеется возможность контроля, регулировки и слежения за автоматизированными аспектами производственного процесса. Имеются ТСА, которые осуществляют контроль над каким-либо параметром. Это могут быть датчики давления, температуры, уровня, емкостные датчики, лазерные и т. д. Далее идут информационные ТСА, основная задача которых - это передача полученной от датчиков информации. Другими словами, это связующее звено между низшим уровнем и контрольным оборудованием, стоящим на высшем уровне.

Контрольное же оборудование обладает возможностью полной или частичной остановки производственного процесса до тех пор, пока не будет устранена причина остановки. Также некоторые продвинутые системы могут самостоятельно заниматься устранением неполадок. В таком случае они относятся к самовосстанавливающимся системам контроля и управления.