15
Информационное обеспечение включает классификаторы и коды
технологической информации, а также оперативную и справочную
информацию. С помощью информационного обеспечения описываются
массивы данных, подготавливаются формы входных и выходных документов
11
.
Метрологическое обеспечение представлено нормативами и
регламентами, отражающими требования к точности измерений. На всех
стадиях работы автоматизированной системы управления технологическими
процессами важным является обеспечение единства измерений, заданных
условий протекания технологического процесса. На стадии эксплуатации
АСУТП метрологическими службами проводятся работы по оценке точности
измерений в соответствии с нормативами технологической и конструкторской
документации, сопровождающей производственный процесс.
Состав обслуживающего персонала представлен технологами,
операторами, инженерами по автоматизации, наладчиками, программистами и
они обеспечивают работу АСУТП
12
.
В зависимости от степени распределения задач между аппаратурой и
человеком различают три принципа работы программно-технических
комплексов: управление в разомкнутом контуре, непрямое управление и
управление в замкнутом контуре.
При непрямом управлении в программно-технических комплексах
возникает разрыв связи. В данном случае программно-технический комплекс
выполняет обработку введенных данных обслуживающим персоналом вручную
и формирует результат в виде рекомендаций. Полученные рекомендации
позволяют устранить возникающие в технологическом процессе отклонения от
заданного режима.
В случае управления программно-техническим комплексом в
разомкнутом контуре средства автоматизации взаимодействует с объектом
11
Резник С.Д. Менеджмент: учеб. пособие / С.Д. Резник – М.:НИЦ ИНФРА-М, 2019 – С.84.
12
Гаибова Т.В. Реинжиниринг производственных процессов высокотехнологичных
предприятий: учеб. пособие/ Т.В. Гаибова. – Оренбург: Оренбургский государственный
университет, ЭБС АСВ, 2017. – С.90.
16
управления без участия обслуживающего персонала и вся информация о
технологическом процессе обрабатывается в автоматизированном режиме.
Управление в разомкнутом контуре осуществляется в режиме реального
времени.
При управлении в замкнутом контуре программно-технический
комплекс подключается к объекту управления на стороне ввода управляющих
воздействий. В процессе работы он выполняет управление исполнительными
механизмами, находящимися на объекте и самостоятельно исключает
обнаруженные отклонения.
Таким образом, автоматизированные системы управления позволяют
управлять технологическими объектами различной сложности, их основной
задачей является поддержка стабильного режима работы технического объекта
управления. Для управления АСУТП в настоящее время применяют SCADA-
системы, позволяющие разрабатывать схемы управления контроллерами,
исполнительными механизмами и датчиками.
1.2. Виды автоматизированных систем управления производственно-
технологическими процессами
Приведем характеристику различных видов автоматизированных систем
управления производственно-технологическими процессами. В зависимости от
способа обработки информационных и управляющих сигналов выделяют
13
:
- автоматизированные системы управления технологическими
процессами не подключенные к программно-техническому комплексу;
- автоматизированные системы управления технологическими
процессами взаимодействующие с программно-техническим комплексом;
- автоматизированные системы управления технологическими
процессами работающие в режиме советчика.
13
Леонтьева Л. С. Производственный менеджмент: учебник / Л. С. Леонтьева. – Москва:
Издательство Юрайт, 2019. – С.52.
17
- автоматизированные системы управления технологическими
процессами работающие в автоматическом режиме.
- автоматизированные системы управления технологическими
процессами работающие в режиме прямого и непосредственного цифрового
управления.
Рассмотрим более детально перечисленные виды автоматизированных
систем управления технологическими процессами.
АСУТП без подключения к программно-техническому комплексу
выполняют задачи управления отдельными производственными объектами с
помощью дистанционного управления, средств сигнализации, измерений по
«вызову» или автоматического регулирования различных параметров
14
.
Структура АСУТП без подключения к программно-техническому
комплексу приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структура АСУТП без подключения к программно-
техническому комплексу
Источник: разработано автором
Как видно из рисунка 1, в данную автоматизированную систему
управления технологическими процессами входят исполнительные механизмы,
14
Алексеева М. Б. Теория систем и системный анализ: учебник и практикум / М. Б.
Алексеева, П. П. Ветренко. – Москва: Издательство Юрайт, 2019. – С.173.
Технологический объект управления
Исполнительные
механизмы
Автоматические
системы
управления
Формирование и
сбор информации
Отображение
информации
Оперативный
персонал
Пульт управления
Ввод данных
Вывод данных
18
автоматические системы управления, оборудование для сбора и обработки
информации, поступающей с технологического объекта управления.
АСУТП взаимосвязанные с программно-техническим комплексом
выполняют функции централизованного контроля и обработки данных,
регистрации параметров с выработкой управляющих воздействий. Для
выполнения информационных функций в автоматизированном режиме
производится преобразование данных. Данный вид АСУТП применяют на
различных производственных объектах с целью повышения качества
управления технологическими процессами.
АСУТП работающие в режиме советчика наиболее часто выполняют
информационные функции. Используя входную информацию, ими
производится разработка рекомендаций по управлению и осуществляется поиск
оптимальных решений. Как правило, такой вид АСУТП работает в диалоговом
режиме, позволяет обслуживающему персоналу корректировать параметры
технологического процесса. Структура АСУТП в режиме советчика приведена
на рисунке 2.
Рисунок 2. Структура АСУТП в режиме советчика
Источник: разработано автором
Как видно из рисунка 2, в состав АСУТП в режиме советчика входят
исполнительные механизмы, осуществляющие обмен данными с
Технологический объект управления
Исполнительные
механизмы
Автоматические
системы
управления
Формирование и
сбор информации
Программно-
технологический
комплекс
Оперативный
персонал
Пульт управления
Ввод данных
Вывод данных
19
технологическим объектом управления, автоматические системы управления,
получающие данные с систем сбора данных и программно-технический
комплекс, выполняющий обработку зарегистрированных параметров с
последующей передачей их на пульт управления обслуживающему персоналу
15
.
В качестве примера АСУТП в режиме советчика можно привести работу
системы непрямого управления, которая в режиме реального времени
управляет различными первичными преобразователями, размещенными на
объектах управления. Принцип АСУТП в режиме советчика предусматривает
обработку информации, поступающей из логического устройства контроллера
и формирование команд с помощью мнемосхем SCADA-системы
16
.
Автоматизированные системы управления технологическими
процессами, работающие в автоматическом режиме формируют управляющие
воздействия в режиме супервизорного управления. Структура АСУТП в
автоматическом режиме приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Структура АСУТП в автоматическом режиме
Источник: разработано автором
15
Моргунов А. Ф. Информационные технологии в менеджменте: учебник / А. Ф. Моргунов. –
Москва: Издательство Юрайт, 2019. – С.50.
16
Съянов С.Ю. Теория линейных систем автоматического управления: учеб. пособие/ С.Ю.
Съянов. – Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2018. – С.67.
Технологический объект управления
Исполнительные
механизмы
Автоматические
системы
управления
Формирование и
сбор информации
Программно-
технологический
комплекс
Оперативный
персонал
Пульт управления
Ввод данных
Вывод данных
20
Как видно из рисунка 3, в состав АСУТП входят исполнительные
механизмы, автоматическая система управления, взаимодействующая с
системой сбора обработки данных, программно-технический комплекс,
формирующий управляющие воздействия с последующей передачей их
обслуживающему персоналу на пульт управления.
Данная автоматизированная система управления технологическими
процессами применяется для стабилизации работы оборудования,
регулирования параметров технологического процесса в оптимальном режиме.
Автоматизированные системы управления, работающие в режиме
цифрового управления, формируют управляющие воздействия для работы
программно-технического комплекса. К их основным задачам относятся
автоматическая выработка управляющих воздействий для работы объекта
управления. Программно-технический комплекс в данном случае формирует
воздействия для работы исполнительных органов, а работа регуляторов для
повышения надежности полностью исключается из схем управления
17
.
Структура АСУТП в режиме прямого и непосредственного цифрового
управления приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Структура АСУТП в режиме прямого и
непосредственного цифрового управления
Источник: разработано автором
17
Иванов И. Н. Производственный менеджмент: учеб. пособие / И. Н. Иванов. – Москва:
Издательство Юрайт, 2019. – С.37.
Технологический объект управления
Исполнительные
механизмы
Автоматические
системы
управления
Формирование и
сбор информации
Программно-
технологический
комплекс
Оперативный
персонал
Ввод данных
Вывод данных
21
Как видно из рисунка 4, в состав данной системы входят
исполнительные механизмы, автоматические системы управления,
принимающие данные с подсистемы сбора информации, программно-
технический комплекс, обрабатывающей сигналы и передающий их
оперативному персоналу.
В зависимости от архитектуры АСУТП разделяют на централизованные
и распределенные. Централизованные АСУТП представлены в виде
программно-технических комплексов, включающих средства обмена данными,
подсистему централизованного управления и магистрали для передачи данных.
В основе работы данных систем находится управляющая вычислительная
машина, контролирующая процессы обработки и передачи информации.
Среди недостатков централизованных АСУТП следует выделить
18
:
- низкую надежность, поскольку в случае выхода из строя управляющей
вычислительной машины происходит потеря важной информации и нарушается
работа локальной вычислительной сети;
- сложность программирования технологических процессов, так как
каждый из них обрабатывается последовательно централизованным
устройством;
- высокая стоимость проектирования коммуникаций. В данном случае
необходимо учитывать множество связей между центральным устройством и
подключенного к нему оборудования;
- ограничения по гибкости, не позволяющие расширять возможности
автоматизированной системы управления технологическими процессами в
условиях роста потребностей производства.
Перечисленные недостатки устраняются в распределенных
автоматизированных системах управления технологическими процессами.
Распределенная АСУТП позволяет обеспечить гибкость работы локальных
18
Райченко А.В. Менеджмент: учеб. пособие / А.В. Райченко. – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2020. –
С.88.
22
средств автоматизации и усилить контроль каждого технологического
процесса
19
.
Распределенные автоматизированные системы управления
технологическими процессами разделяют на системы функциональной
децентрализации и территориального разделения.
АСУТП функциональной децентрализации позволяет ускорить
процессы контроля технологических процессов за счет их декомпозиции и
представления в виде отдельных функций. Это также повышает надежность
работы объектов управления и обеспечивает их работоспособность длительный
период времени.
При проектировании распределенной АСУТП реализуются
иерархический принцип управления. На нижнем уровне размещается
компьютер, а на верхнем уровне – средства для контроля технологических
процессов. Среди преимуществ распределенной АСУТП следует отметить:
- простоту сопряжения оборудования;
- высокую скорость обмена данными;
- возможность расширения за счет добавления новых локальных
автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Недостатками работы распределенной АСУТП являются сложность
контроля работы локальных подсистем на нижних уровнях декомпозиции и
снижение оперативности регулирования технологических параметров.
Построение распределенных автоматизированных систем управления
технологическими процессами производится в соответствии с техническими
требованиями к проектированию, среди которых следует отметить
20
:
- применение распределенной системы электропитания;
- обеспечение защиты информационных и контрольно-измерительных
каналов;
19
Балашов А.П. Менеджмент: учеб. пособие / А.П. Балашов – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2019 –
С.142.
20
Кнышова Е.Н. Менеджмент: учеб. пособие / Е.Н. Кнышова. – М.:ИД ФОРУМ, НИЦ
ИНФРА-М,2020. – С.193.
23
- выбор надежного и соответствующего отечественным и
международным стандартам оборудования и контроллеров;
- резервирование средств автоматизации с целью повышения
надежности АСУТП;
- создание высокопроизводительного и удобного интерфейса для
мониторинга и визуализации технологических параметров;
- оперативное предоставление обслуживающему персоналу технической,
сопровождающей и эксплуатационной документации.
Отдельной классификацией автоматизированных систем управления
технологическими процессами являются интегрированные автоматизированные
системы представленные в виде человеко-машинной системы, выполняющей
функции автоматизированного сбора и обработки данных.
В состав интегрированной АСУТП входит несколько подсистем,
выполняющих функции контроля управленческой, технологической и
производственной информации. Интегрированные АСУТП отличаются
возможностью масштабирования, что позволяет расширять их функционал с
течением времени.
Таким образом, существуют централизованные, распределенные и
интегрированные АСУТП, а в зависимости от способа обработки выделяют
автоматизированные системы управления технологическими процессами не
подключенные к программно-техническому комплексу, взаимодействующие с
программно-техническим комплексом и АСУТП работающие в режиме
советчика.
1.3. Обзор методов оценки качества производственно-технологических
процессов
Технологический процесс является неотъемлемой составляющей
системы менеджмента качества. Поэтому достаточно важным вопросом
является выбор методов оценки качества технологических процессов.
24
Одной из методик оценки качества является выделение в
производственном процессе технических, экономических, эргономических
критериев и критериев безопасности
21
.
В состав технических критериев входят такие показатели как точность,
надежность, уровень автоматизации, контролируемость, быстродействие.
Экономические параметры определяются по показателям материалоемкости,
металлоемкости, производительности и технологической себестоимости.
Используя различные критерии, формируется функция, вид которой
имеет следующий вид:
,
1
n
u
u
n
u
dD
П
(1)
где
n
- критерии для оценки качества технологического процесса;
u
- коэффициент значимости каждого из параметров технологического
процесса;
u
- номер показателя в выбранных критериях.
Частной функцией является безразмерная шкала желательности, в
которой учитываются перечисленные показатели, определяющие качество этих
процессов
22
.
По методике Харрингтона взаимосвязь между критериями качества
можно представить в виде экспоненциальной зависимости следующего вида:
,
y
e
ed
(2)
где
y
– частный показатель в условном масштабе.
21
Мазилкина Е.И. Менеджмент: учеб. пособие / Е.И. Мазилкина – М.:НИЦ ИНФРА-М, 2017
– С.77.
22
Мищенко А.В. Методы оценки эффективности управления производственно-финансовой
деятельностью предприятия: монография / А.В. Мищенко – М.:НИЦ ИНФРА-М, 2019 – С.94.