Файл: Структура и состав scada, erp и mes систем.pdf

2020
Тема: «Структура и состав SCADA, ERP и MES
систем»

3
Краткий план раздела 1:
• Лекция № 1 «Структура и состав SCADA, ERP и MES систем»;
• Лекция № 2 «Функции SCADA, ERP и MES систем»;
• Лекция № 3 «Разработка MES систем»;
• Лекция № 4 «Примеры MES систем».
Краткий план раздела 2:
• Лекция № 5 «Разработка ERP систем»;
• Лекция № 6 «Примеры ERP систем»;
• Лекция № 7 «Сквозное проектирование SCADA, ERP и MES систем»;
• Лекция № 8 «Примеры комплексных SCADA, ERP и MES систем».

4
Уровни управления
В классической теории управления выделяют три уровня управления:
стратегический, тактический и оперативный. Следуя названиям уровней, становится очевидным, что каждый из них предназначен для решения различных видов задач, отличающихся, в первую очередь, частотой обработки данных.
Важно подчеркнуть, что применение средств автоматизации ведется по
канонам указанных уровней.
Системы автоматизации (BI, ERP, MES, АСУ ТП) и уровни управления можно соотнести. Системы вида BI (Business intelligence) и ERP определяют
стратегический уровень управления, MES-системы задают тактический
уровень, а АСУ ТП (SCADA системы) – оперативный. Представленную иерархию управления называют
комплексной
(корпоративной)
информационной системой (КИС) предприятия.

5
Уровни управления
Первый уровень иерархии SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
системы – представляет комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим
оборудованием на
промышленных
предприятиях.
Это различные автоматизированные системы учёта и управления
(АСУ
ТП
– автоматизированная система управления технологическим процессом, АСУ Э – автоматизированная система управления электроснабжением, АСКУЭ – автоматизированная система коммерческого учёта энергоресурсов). Их задача – сбор и первичная обработка данных о техпроцессах и ресурсах, а также обеспечение диспетчерского контроля и управления оборудованием.
Пример графического пользовательского интерфейса
SCADA- системы

6
Уровни управления
Второй уровень – производственные исполнительные системы, или системы
управления производственными процессами (MES – manufacturing execution
system).
Их предназначение – решение задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции. Также к этим системам относят программное обеспечение для планирования ремонтных работ, поддержания складского резерва запасных частей и управления персоналом, выполняющим сервисное обслуживание.
MES-
уровень задает автоматизированную систему управления производственной деятельностью предприятия, позволяющую в режиме реального времени планировать,
оптимизировать, контролировать и
документировать
производственные
процессы от формирования заказа до выпуска готовой продукции. Выделяют такие
функции MES-систем, как контроль
состояния и распределения ресурсов,
оперативное/детальное
планирование,
диспетчеризация
производства,
управление
качеством
продукции,
производственными
процессами,
техобслуживанием
и
ремонтом
оборудования,
а
также
анализ
производительности.
Графический пользовательский интерфейс MES-системы Zenith SPPS

7
Уровни управления
Третий уровень – системы управления ресурсами предприятия (ERP –
enterprise resource planning).
Системы данного уровня выполняют
управление финансовыми ресурсами предприятия, отслеживают
запасы материалов, управляют трудовыми ресурсами компании. Также они предназначены для поддержки среднесрочного и стратегического
планирования деятельности предприятия.
Пользовательский интерфейс ERP- системы SAP ECC

8
Уровни управления
Уровень ERP-систем позволяет реализовать стратегию интеграции логистических
(закупки, производство, сбыт), финансовых (дебиторы, кредиторы, банки) и кадровых функций компании, ориентированную на оптимизацию ресурсов предприятия посредством специализированного программного обеспечения. ERP- системы в большинстве своем ведут обработку транзакционных данных и относятся к классу систем OLTP (OnLine Transactional Processing). Аналитическая обработка транзакционных данных, собранных средствами
ERP- систем, ведется на уровне
OLAP
(OnLine
Analytical
Processing), с использованием автоматизированных
BI- систем
(Business
Intelligence).
Пример пользовательского интерфейса BI-системы
Cognos

9
Уровни управления
Совместное использование указанных уровней автоматизации формирует единую информационную среду предприятия.
Таблица 1. Характеристики систем автоматизации
Система автоматизации
Горизонт планиро вания
Частота обработки
Автоматизируемые процессы
Особенности планирования
BI (OLAP)
−
Ежедневно
Получение аналитической отчетности
−
ERP (OLTP)
Квартал, месяц, неделя
Ежедневное/ежен едельное планирование
Административно- хозяйственные процессы
Стратегическое планирование, включая объемное планирование производства с возможностью фиксации выходных результатов
MES
Неделя, смена, час
Планирование в режиме реального времени
Производственные процессы
Оперативное планирование производства с учетом различных производственных ситуаций
АСУ ТП
(SCADA)
−
Режим работы в реальном времени
Процесс обработки технологической информации
−

10
Современные SCADA системы
SCADA (supervisory control and data acquisition,
диспетчерское
управление и сбор данных) – программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем
сбора, обработки, отображения и архивирования информации об
объекте мониторинга или управления.
Пример SCADA системы

11
Назначение и задачи
SCADA-систем
SCADA- системы предназначены для осуществления мониторинга и диспетчерского контроля в реальном времени большого числа удаленных
объектов (от 1 до 10000 , иногда на расстоянии в тысячи километров друг от друга) или одного территориально распределенного объекта. К таким объектам относятся нефтепроводы, газопроводы, водопроводы, электрораспределительные подстанции, водозаборы, дизель-генераторные пункты и т.д.
SCADA- системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать автоматическое управление технологическими процессами в
режиме реального времени.
Главная задача SCADA-систем – это сбор информации о множестве
удаленных объектов, поступающей с пунктов контроля, и отображение этой информации в едином диспетчерском центре. Также, SCADA-система должна обеспечивать долгосрочное архивирование полученных данных. Диспетчер зачастую обладает возможностью не только пассивно наблюдать за объектом, но и управлять им, реагируя на различные ситуации. Большую часть времени
SCADA-
система
автоматически
управляет
процессом.
Диспетчер
наблюдает за ходом процесса. Вмешательство человека требуется в случае
настройки параметров, при переходе на другой режим, при возникновении
алармов (сообщений: тревожных, технологических, информационных) или
других нештатных ситуаций.

12
Основные задачи, решаемые
SCADA-системами

Обмен данными с УСО «устройствами связи с объектом», (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

Обработка информации в реальном времени.

Логическое управление.

Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

Ведение базы данных реального времени с технологич. информацией.

Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA-станциями
(компьютерами).

Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

13
Укрупненная структура
SCADA-систем
Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента:
1)
удалённый терминал (RTU – Remote Terminal Unit),
2)
диспетчерский пункт управления (MTU – Master Terminal Unit)
3)
коммуникационную систему (CS – Communication System).

14
Более общая структура
SCADA-систем

15
Более общая структура
SCADA-систем
Нижний уровень (уровень RTU) – уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий.
Верхний уровень (диспетчерский пункт (ДП) – MTU) - включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места
(компьютеры) для специалистов и т. д. Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA- системы.
Коммуникационная система (каналы связи – CS), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора- диспетчера и передачи сигналов управления на терминалы.

16
Особенности SCADA как
процесса управления
 SCADA применяется системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

процесс SCADA был разработан для систем, в которых любое неправильное воздействие может привести к отказу (потере) объекта управления или даже катастрофическим последствиям;

оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимальной производительности;

активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно в случае наступления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);

действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

17
Основные компоненты
SCADA (состав)
SCADA
–система обычно содержит следующие подсистемы:

Драйверы
или
серверы
ввода-вывода
– программы, обеспечивающие связь
SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода- вывода информации.

Система реального времени – программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.

Человеко-машинный интерфейс (HMI, англ. Human Machine
Interface)
– инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет контролировать процесс и управлять им. Программа-редактор для разработки.

Система логического управления – программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.

18
Основные компоненты
SCADA (состав)

База данных реального времени – программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.

Система управления тревогами – программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.

Генератор отчетов – программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.

Внешние интерфейсы – стандартные интерфейсы обмена данными между
SCADA и другими приложениями.
Обычно OPC, DDE, ODBC, DLL и т.д.

19
MES (Manufacturing Execution System)
– исполнительная система производства. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства.
Существует несколько формулировок определения MES- систем:
1. MES
— информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия (определение APICS).
2.
MES
— автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени: инициирует; — отслеживает; —
оптимизирует; — документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции
(определение MESA International).
MES Системы

20 3. MES
— интегрированная информационно-вычислительная система, объединяющая инструменты и методы управления производством в реальном времени (определение Michael’а
McClellan’а, автора книги «Применение MES-систем»).
4. MES
(от англ. manufacturing execution system, система управления производственными процессами)
–
специализированное прикладное программное обеспечение,
предназначенное для решения задач синхронизации,
координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. MES-системы относятся к классу систем управления уровня цеха, но могут использоваться и для интегрированного управления производством на предприятии в целом.
MES Системы

21
MES-
системы относят к классу общепромышленных систем
управления дискретными и непрерывными производствами в масштабе самостоятельного подразделения – крупного цеха или завода в составе фирмы (корпорации). Ввиду наличия функций сбора информации и управления у MES-систем эти системы именуют информационно- управляющими системами (ИУС), интегрированными системами управления
(ИСУ), информационными системами управления предприятием (ИСУП), информационными системами производства
(ИСП) и др.
За счет получения производственной информации в реальном масштабе времени и возможностей мгновенной реакции на отклонения результатов производства от плановых показателей, MES-системы позволяют
оптимизировать производственный процесс. Поскольку MES- системы обрабатывают всю производственную информацию, включая расчет экономических показателей вплоть до расчета себестоимости продукции, MES-системы связаны с ERP-системами. Функции MES- систем могут быть также интегрированы с другими системами управления предприятием (SCM, CRM, SCADA и др).
MES Системы