-
Архитектура интегрированных автоматизированных систем управления: состав элементов и подсистем, и их назначение , терминология, АСУТП, АСУП (MRP – Material Requirements Planning, MRP II – Manufacturing Resource Planning, ERP – Enterprise Resource Planning, EAM – Enterprise Asset Management).
АСР (автоматические системы регулирования), АСУ (автоматизированные системы управления). АСУТП – автоматизированная система управления технологическими процессами – как правило, иерархически организованная двух- или трехуровневая система, выполняющая функции:-сбор информации о состоянии ТОУ;-поддержание технологических параметров на заданных значениях (уставках);-контроль за технологическими параметрами, для которых не выполняется функция регулирования;-сигнализация о параметрах, значения которых вышли за пределы, рассматриваемые как предельно допустимые;-блокировка управлений, являющихся результатом ошибочных действий технологического персонала;-ПАЗ процесса и производства.Перечисленные функции, как правило, выполняются подсистемами нижнего уровня - «control». Подсистемами второго и третьего уровней выполняются функции-архивирование событий;-вычисление по моделям (косвенное измерение) неизмеряемых технологических параметров, показателей качества продуктов производства;-выработка управлений для предотвращения развития аварийных событий, в частности, подключение резервного оборудования, диагностика наличия и причины неисправности и т.д.Перечисленные задачи относят к «продвинутым» (advance). Общее название: SCADA-системы (Supervisor Control And Data Acquisition) На этом уровне выделяют подсистемы:MRP – подсистемы автоматизированного планирования потребностей в сырье и материалах для производства;MRP II - подсистемы планирования производства с учетом наличных ресурсов и возможностей технологии.На уровне АСУП часто выделяют задачи:-планирования (управления) ресурсами (
ERP - Enterprise Resource Planning);-управления основными фондами и имуществом (
EAM - Enterprise Asset Management).АСУП можно рассматривать как ядро или одну из главных и необходимых подсистем
интегрированных систем управления предприятием (
ИСУ).В ИСУ обеспечивается автоматизированная информационная связь между подсистемами АСУТП, АСУП, АРМами.
Признак интегрированности системы: потоки информации, ИС дают возможность снять любую информацию с любой подсистемы (с правами доступа).
-
Терминология, назначение и основные характеристики АСУТП: распределенные и централизованные СУ, иерархия в распределенных СУ (подсистемы уровня, регулирования технологических параметров, адаптации регуляторов, MES – Manufacturing Execution System; системы обеспечения безопасности.
S
1…..S
n– контроллеры АСР технол.параметров уровня controlС
1…..С
m- контроллеры уровня SCADA, Р – контроллер для целей автоматизацииControl-уровень регулирования ТП SCADA – ур. диспетчерского контроля и сбора данных - IIЭффективность управления реализуется задачами:
нижний уровень – контроль и обеспечение заданных значений технологический параметров, на основе которых проводится управление.
II уровень – вычисление и поддержание заданных ПК продуктов производства, расчет и оптимизации отдельных технико-экономических показателей. – «продвинутые» задачи.Решение задач второго уровня возможно на основе использования моделей (модели технологических процессов для расчета ПК и ТЭП и модели принятия решений. I и II уровни – нижние уровни – АСУТП.
III уровень - уровень управления производством (АСУП). На этом уровне оптимизируются экономические и экологические параметры.Частью АСУТП является система обеспечения безопасности (СОБ). Эта система также строится как иерархическая.На нижнем уровне СОБ располагается ПАЗ. На более высоких уровнях СОБ располагаются системы диагностики неисправности элементов автоматизированного технологического комплекса (АТК), подсистема прогнозирования развития ситуации и выработки решений. Варианты реализаций функций контроля, защиты и т.д.- централизованно (ЦСУ ), фун-ии сосредоточены в одном вычислительном комплексе;- распределенно (РСУ), отдельные функции реализуются отдельными вычислительными компонентами, но между компонентами осуществляется взаимодействие. MES (Manufacturing Execution System) – подсистемы исполнения
производства или технического исполнения плана;
Структура АСУТП с APCS-подсистемами
-
Классификация технологических объектов управления (ТОУ), понятие жизненного цикла АСУТП, системные принципы решения задач управления сложными ТОУ.
Классификация процессов как объектов управления.По физико-химическим приемам переработки материалов выделяются следующие виды процессов:- механические процессы (измельчение, дозирование и т.д.), - гидромеханические (перемешивание, отстаивание),- тепловые (нагрев, выпаривание),- массообменные (ректификация, аб(ад)сорбция и т.д.),- химические (окисление, восстановление, синтез, крекинг и т.д.).По характеру проведения во времени выделяются следующие виды процессов:- непрерывные; - полунепрерывные; - смешанные; - дискретные.Жизненный цикл объекта – это время от замысла до ликвидации. Стадии ЖЦ: ПР – проектирование, СУ – строительство, ИС – исходное состояние, ГС – горячее состояние, НС – нормальное состояние, ДС – доаварийное состояние, ПС – предаварийное состояние (срабатывание защиты), АС – аварийное состояние, РС – ремонтное состояние, КС – конечное состояние АТК (уничтожение установки или капитальная реконструкция).Задачами при проектировании АСУТП являются:1) на нижнем уровне управления - задачи разработки и оптимизации работы локальных АСР и систем ПАЗ: 2) на втором-третьем уровнях - разработка алгоритмов по решению продвинутых задач управления для штатного режима и обеспечения безопасности при возникновении нештатных ситуаций:3) разработка алгоритмов пуска и планируемых остановов установок.Цель управления: повышение эффективности упр-ния производством. При оценке эффективности современных технологий управления произ-вом используются решение задач: 1)повышение ТЭ-кой эффективности за счет улучшения процесса сбора, обработки информации. (стоимость, удобство и т.д.) 2)обеспечение безопасности производства. (надежность, безопасность и т.д.)
-
Классификация задач управления технологическими процессами (уровни control и SCADA).
Перечислим задачи первого (нижнего) уровня – уровень - задачи подсистем по поддержанию измеряемых технологических параметров на заданном уровне:- сбор информации об измеряемых ТП процесса (А1)- выработка управляющих воздействий на технологический процесс с целью поддержания ТП-ров на заданных значениях (А2)- сигнализация о выходе их за заданные пределы (А3)- блокировка ошибочных действий персонала и управляющих устройств (А4)- ПАЗ процесса по факту аварийных событий (А5) Примерами таких подсистем являются подсистемы поддержания температуры, давления, уровня и т.д.
На втором уровне - уровне управления по показателям качества продуктов и эффективности процессов, типичными задачами являются:- вычисление не измеряемых параметров, ПК)продуктов, ТЭП (В
1),- сведение материальных балансов (В
2),- архивирование информации (В
3),- генерация отчетов (В
4),- диагностика и защита от сбоев в элементах подсистем нижнего уровня (В
5),Перечисленные задачи относят к «продвинутым» (advance).
-
Структура и элементы АСУТП, состав и назначение подсистем, взаимодействие подсистем, («полевое» оборудование, УСО, протоколы обмена, SCADA-пакеты, контроллеры, рабочие станции, сервера, сети, шлюзы и т.д.).
АСУТП – это программно-технический комплекс. Состоит из нескольких подсистем:-Подсистемы нижнего уровня для контроля, регулирования и сигнализации. Деятельность этого участка заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую степень, а также в приеме управляющих сигналов и в исполнений действий.-второй уровень – это подсистема диспетчерского управления, управления по ПК, по показателям технико-экономическим. Для выполнений функций данного уровня на контроллерах установлены соответствующие ПО-подсистема обеспечения безопасности, включает подсистемы ПАЗ, диагностики, прогнозирования. Уровень АСУП.Обеспечение «железом» АСУТП идет на основе «полевого уровня» - датчики, ИУ. Далее модули УСО - Для того чтобы связать между собой параметры, представленные в аналоговом/дискретном и цифровом виде. На верхнем уровне это станция оператора – это какие то шлюзы, контроллеры для обмена информацией и передачи на более высокие уровни иерархии. Используются сети (промышленные) и сервера. Напиремр, сеть Ethernet.
Далее программное обеспечение. Основные пакеты программ, которые используются в АСУТП:При решении задач реализации (построения) систем управления обычно используются специализированные программные пакеты, которые достаточно условно можно разбить на подмножества:
CASE–средства (Computer Aided Software Engineering), предназначенные для программирования задач, реализуемых подсистемами нижнего уровня АСУТП на промышленных микроконтроллерах (ремиконтах);
ОСРВ - операционные системы реального времени: pSOS, VRTX, LynxOS, VxWorks, QNX, OS9 и др.;
SCADA–системы (Supervisory Control And Data Acquisition), которые предназначены для автоматизированного конфигурирования АСУТП из таких элементов, как микроконтроллеры, компьютеры, технологические станции и т. д., и программирования задач отнесённых к SCADA – уровню;
ПТК - программно-технические комплексы:
ЭСРВ - экспертные систем реального времени, к числу которых относятся:
СУБД – системы управления базами данных;
MES – Manufacturing Execution System – системы исполнения производства или технического исполнения плана;
MRP-системы (Material Requirements Planning) - автоматизированное планирование потребности в сырье и материалах для производства;
MRPII (Manufacturing Resource Planning) – планирование ресурсов предприятия;
ERP-системы (Enterprise Resource Planning) планирование/управление ресурсами предприятия с точки зрения бизнеса;
EAM-системы (Enterprise Asset Management) управление основными фондами и имуществом.
-
Структура, состав элементов и программно-техническая база (CASE-средства: языки программирования по стандарту МЭК 1131-3) для решения задач управления нижнего (control) уровня и обеспечения безопасности (системы противоаварийной защиты – СПАЗ) производств.
1). CASE–средства (Computer Aided Software Engineering). предназначенные для программирования задач, реализуемых подсистемами нижнего уровня АСУТП на промышленных микроконтроллерах (ремиконтах);
Типичная последовательность действий при программировании SCADA-системы:1 Формирование статического изображения рабочего окна: фон, заголовки, мнемосхема процесса и т.д.2 Формирование динамических объектов каждого окна. Как правило, динамические объекты создаются с помощью специального графического редактора SCADA-пакета по жестко заданному алгоритму.3 Описание алгоритмов отображения, управления и т.д. Для этого имеются соответствующие языки программирования.Для программирования контроллеров и SCADA-систем стандартизированы