представленный руководителями цехов и участков, ремонтно-наладочным
персоналом и другими структурными подразделениями.
Требования, которым должна соответствовать автоматизированная
система управления технологическими процессами, приведены на рисунке 4.
Рисунок 4 – Требования, которым должна соответствовать
автоматизированная система управления технологическими процессами
Объект автоматизации взаимосвязан с регулятором или
микропроцессором, который отправляет сформированные управляющие
воздействия на средства обработки или на автоматизированное место
обслуживающего персонала [38, c.69].
Система автоматического регулирования, в процессе своей работы
вырабатывает оптимальные задающие воздействия, позволяющие обеспечить
стабилизацию технологического процесса.
15
1. Требования, направленные на поддержку непрерывности технологического
процесса с применением первичных преобразователей, микроконтроллеров
1. Требования, направленные на поддержку непрерывности технологического
процесса с применением первичных преобразователей, микроконтроллеров
2. Обеспечение работы системы автоматизации, в соответствии с критериями
управления и функционирования. Выполнения заданных показателей
качества, отраженных в регламенте технологического процесса
2. Обеспечение работы системы автоматизации, в соответствии с критериями
управления и функционирования. Выполнения заданных показателей
качества, отраженных в регламенте технологического процесса
3. Обеспечение взаимосвязанной работы подсистем автоматизированной
системы управления
3. Обеспечение взаимосвязанной работы подсистем автоматизированной
системы управления
4. Выполнение требований к органическому обеспечению и оперативному
предоставлению информации обслуживающему персоналу по текущему
состоянию технологического процесса
4. Выполнение требований к органическому обеспечению и оперативному
предоставлению информации обслуживающему персоналу по текущему
состоянию технологического процесса
5. Возможность управления метрологическими характеристиками измеряемых
каналов
5. Возможность управления метрологическими характеристиками измеряемых
каналов
6. Возможность масштабирования и модернизации средств автоматизации, в
соответствии с требованиями технического задания
6. Возможность масштабирования и модернизации средств автоматизации, в
соответствии с требованиями технического задания
7. Обеспечение заданного срока службы автоматизированной системы
управления, в соответствии с требованиями технической документации
7. Обеспечение заданного срока службы автоматизированной системы
управления, в соответствии с требованиями технической документации
Задающие воздействия могут быть как постоянными, так и изменяться
по заранее установленному закону.
Автоматизированная система управления технологическими
процессами входит в класс сложных систем и ее характерные черты
приведены на рисунке 5.
Рисунок 5 – Характерные черты автоматизированной системы управления
технологическими процессами
В сравнении с системой автоматического регулирования,
автоматизированная система управления технологическими процессами
предусматривает участие в процессе регулирования обслуживающего
персонала [30, c.64].
Для обеспечения непрерывности работы автоматизированной системы
управления технологическими процессами её основными компонентами
16
Целенаправленность и управляемость, в сравнении со всеми элементами
общей цели
Целенаправленность и управляемость, в сравнении со всеми элементами
общей цели
Системный характер в реализации выбранных алгоритмах сбора, обмена
требующих совместной обработки данных из различных источников
Системный характер в реализации выбранных алгоритмах сбора, обмена
требующих совместной обработки данных из различных источников
Сложная иерархическая система, сочетающая централизованное управление с
автономностью функциональных подсистем
Сложная иерархическая система, сочетающая централизованное управление с
автономностью функциональных подсистем
Различные способы обработки информации, адаптации и самоорганизации
Различные способы обработки информации, адаптации и самоорганизации
Сложность и целостность поведения отдельных подсистем
Сложность и целостность поведения отдельных подсистем
Большое количество входящих в систему функциональных подсистем
Большое количество входящих в систему функциональных подсистем
Информационные связи между функциональными элементами, а также
внешние связи с другими функциональными подсистемами
Информационные связи между функциональными элементами, а также
внешние связи с другими функциональными подсистемами
выступают технологическое, программное, информационное,
организационное обеспечение и обслуживающий персонал.
Техническое обеспечение автоматизированной системы управления
технологическими процессами, представлено управляющими устройствами,
вычислительным оборудованием, первичными преобразователями,
средствами позволяющими регистрировать и контролировать
технологические процессы, регулирующим оборудованием и
исполнительными устройствами.
Программное обеспечение автоматизированной системы управления
технологическими процессами представлено общим и специальным
программным обеспечением [1, c.49].
Общее программное обеспечение, как правило, входит в состав
микроконтроллера и используется для выполнения типовых функций по
обслуживанию технологического процесса. В состав общего программного
обеспечения могут входить библиотеки стандартных программ,
организующие или транслирующие программы.
Специализированное программное обеспечение зависит от типа
технологического процесса и направлено на формирование информационных
и управляющих воздействий, позволяющих автоматизированной системе
управления технологическими процессами выполнять свои функции.
Разработка специализированного программного обеспечения
производится с использованием общего программного обеспечения [37, c.69].
Информационное обеспечение автоматизированной системы
управления технологическими процессами включает данные, отображающее
текущее состояние технологического процесса, системы, классификации и
кодирования информации, массивы и документы, позволяющие выполнить
функции в автоматизированной системе управления технологическими
процессами.
17
В состав организационного обеспечения автоматизированной системы
управления технологическими процессами входят техническая,
функциональная, организационная структуры, регламенты технологического
процесса, правила работы обслуживающего персонала.
1.2. Классификация автоматизированных систем управления
технологическими процессами
Рассмотрим классификацию существующих автоматизированных
систем управления технологическими процессами.
В зависимости от степени участия обслуживающего персонала в
процессе автоматизации, выделяют автоматизированные системы
управления, работающие в автоматическом режиме и автоматизированные
системы управления, работающие автоматизированном режиме.
Автоматизированные системы управления, работающие
автоматизированном режиме обрабатывают задающие, возмущающие и
управляющие воздействия и принимают решения по управлению
технологическим процессом с участием человека. В этом случае
автоматизированная система управления технологическим процессом может
работать в ручном режиме, режиме советчика или диалоговом режиме.
В случае ручного режима, оперативный персонал, используя схему
автоматизации, отраженную на экране регулирует управляющие, задающее и
возмущающее воздействие [15, c.83].
В режиме советчика интеллектуальный микропроцессорный
контроллер формирует рекомендации по управлению технологическим
процессом, а принятие решений осуществляется обслуживающим
персоналом.
Диалоговый режим, как правило, применяется при программировании
контроллера. В этом случае инженер по автоматизации задаёт команды
18
контроллеру на корректировку параметров технологического процесса, а по
полученным результатам принимает управленческие решения.
Автоматизированная система управления технологическими
процессами, работающая в автоматическом режиме не предусматривает
участие человека, а обработка задающих, управляющих и возмущающих
воздействий производится средствами автоматизации. В данном случае
система автоматизированного управления технологическими процессами
может работать в режиме прямого цифрового управления или косвенного
действия.
Когда автоматизированная система управления технологическим
процессом работает в режиме цифрового управления, микропроцессор
формирует команды для регулирования работы исполнительных механизмов
и регулирующих приборов.
Косвенный режим управления предусматривает изменения уставки или
параметров локальных подсистем, входящих в состав системы
автоматизированного управления [6, c.167].
Наиболее часто на производстве применяются автоматические системы
управления технологическим процессом, работающие в автоматизированном
режиме, который предусматривает работу микроконтроллера и участие в
регулировании технологического процесса обслуживающего персонала.
В зависимости от целей выделяют автоматизированные системы
управления технологическими процессами нижнего уровня, верхнего уровня
и многоуровневые.
Автоматизированные системы управления технологическими
процессами нижнего уровня контролируют работу установок,
технологических агрегатов, участков. Автоматизированная система
управления технологическими процессами верхнего уровня контролирует
работу цехов, производственных участков и не относятся к системам
19
нижнего уровня. Многоуровневые системы объединяют в себе
автоматизированные системы управления нижнего уровня и верхнего уровня.
Классификация автоматизированных систем управления
технологическим процессом по характеру приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Классификация автоматизированных систем управления
технологическим процессом по характеру
Вид системы Характеристика
Автоматизированная система управления
контроля непрерывного технологического
процесса
Поддержка заданных режимов и
автоматически управляет объектом
автоматизации
Автоматизированная система непрерывно-
дискретным технологическим процессом
Контроль различных стадий
технологического процесса в
зависимости от установок, заданных
обслуживающим персоналом
Автоматизированные системы управления
дискретным технологическим процессом
Работают в прерывистом режиме и
определяют качество отдельных
технологических операций
В зависимости от функциональной надежности бывают
автоматизированные системы управления [3, c.79]:
- с минимальным уровнем функциональной надежности, где не
требуется регламентация технологических процессов;
- со средним уровнем надежности, где производится регламентация
технологических процессов, но возникающие отказы и сбой в оборудовании
не приводят к остановке работы средства автоматизации;
- с высоким уровнем функциональной надежности, где жестко
регламентируются параметры технологического процесса, а в случае отказов
и аварий производится полная остановка авто средств автоматизации и
оборудования.
Классификация автоматизированных систем управления в зависимости
от типа функционирования приведена в таблице 2.
20
Таблица 2 – Классификация автоматизированных систем управления в
зависимости от типа функционирования
Вид системы Характеристика
1. Информационные
автоматизированные системы
управления технологическими
процессами
Автоматически контролируются только
информационные функции, а решения по
управлению технологическим процессом
принимаются оператором
2. Локально-автоматические
автоматизированные системы
управления
Автоматизированы информационные функции и
локальное регулирование технологического
процесса. При этом контроль и управление
технологическим процессом ведет оператор
3. Советующие
автоматизированные системы
управления
Автоматизированы информационные функции,
локальное управление и управляющие воздействия
по определенным критериям
4. Автоматические системы
управления технологическими
процессами
Все заданные критерии оператором выполняются
автоматически
По архитектуре автоматизированные системы управления
технологическим процессом могут быть основаны на централизованной и
децентрализованной архитектуре. Наиболее распространенной является
централизованная архитектура управления производственным процессом,
которая предусматривает хранение данных в единой базе данных.
В этом случае все операторы имеют одинаковый доступ к данным
сосредоточенным в отдельном месте и только один персональный
компьютер, на котором установлена SCADA-система [19, c.60].
В сравнении с централизованной системы управления, распределенная
архитектура имеет гибкость и не предусматривает больших капитальных
вложений. В данном случае требования к квалификации обслуживающего
персонала недостаточно высоки, поскольку весь процесс автоматизирован.
Процесс резервирования может выполняться только для критически важных
ресурсов предприятия.
Недостатки централизованной архитектуры автоматизированной
системы управления технологическими процессами приведены на рисунке 6.
21
Рисунок 6 – Недостатки централизованной архитектуры автоматизированной
системы управления технологическими процессами
Среди недостатков распределенной системы автоматизированного
управления технологическими процессами следует отметить, что обработка
данных в данном случае производится на каждом компьютере, что приводит
эффективности использования вычислительных мощностей.
Наибольшие возможности позволяет получить масштабируемая
архитектура, в основе которой находится ограничение на обработку
информации. В случае применения масштабируемой архитектуры,
контроллером передаются данные на персональный компьютер, а вся
информация по технологическому процессу хранится на технологическом
сервере.
Масштабируемую архитектуру можно расширить посредством
подключения к локальной вычислительной сети и созданием отдельного
выделенного сервера для ввода и вывода информации [11, c.80].
Многоуровневая архитектура обеспечивает большую защиту от
несанкционированного доступа, чем клиент-серверная архитектура,
поскольку в данном случае к данным по технологическому процессу
22
Требования к технической квалификации персонала достаточно высоки и
предусматривают выделение затрат на обучение
Требования к технической квалификации персонала достаточно высоки и
предусматривают выделение затрат на обучение
Резервирование компонентов может быть достигнуто только за счет дублирования
Резервирование компонентов может быть достигнуто только за счет дублирования
Фиксированная емкость, которая не предусматривает расширение и изменение
конфигурации системы
Фиксированная емкость, которая не предусматривает расширение и изменение
конфигурации системы
Необходимость привлечения высокой суммы капитальных вложений для организации
работы многоуровневой автоматизированной системы управления
Необходимость привлечения высокой суммы капитальных вложений для организации
работы многоуровневой автоматизированной системы управления
ограничен и к ним имеет только персонал, отвечающий за обслуживание
технологического процесса.
Основой автоматизированной системы управления является
программно-логический контроллер, к которому подключены датчики и
исполнительные механизмы, информационные системы и средства
локального управления [21, c.93].
Программно-логические контроллеры в автоматизированных системах
управления разделяются на две группы: контроллеры, выполняющие
локальное управление объектом автоматизации и контроллеры,
выполняющие функции сбора данных с первичных преобразователей.
В многоуровневой архитектуре применяются современные
контроллеры, которые могут одновременно решать задачи локального
управления объектом и сбора данных с датчиков. Большая часть
контроллеров взаимосвязана со SCADA-системами, имеющими серверную
архитектуру. Обобщенная структура SCADA-системы Trace Mode приведена
на рисунке 7 [40].
Рисунок 7 – Обобщенная структура SCADA-системы Trace Mode
23
Как видно из рисунка 7, к серверу SCADA-системы подключаются
программируемые контроллеры, выполняющие локальное управление и
первичную обработку информации.
На станциях обслуживающего персонала установлен интерфейс,
позволяющий формировать запросы к SCADA-серверу. Для ведения архивов
к SCADA-системе подключена MES-система.
Таким образом, современные программно-логические контроллеры
находятся в постоянном взаимодействии, как с первичными
преобразователями, так и с обслуживающим персоналом по средствам
передачи данных на сервер SCADA-системы.
1.3. Обзор средств автоматизации для управления технологическими
процессами
Выполним обзор средств автоматизации для управления
технологическими процессами. На нижнем уровне автоматизированной
системы управления устанавливаются первичные преобразователи или
датчики, позволяющие преобразовывать измеряемую величину и передавать
полученное значение на контроллер. В качестве выходных сигналов
первичных преобразователей выступают стандартизированные
унифицированные сигналы [35, c.47].
В настоящее время выделяют генераторные, механические и
параметрические преобразователи. Основной функцией генераторных
первичных преобразователей является преобразование различных видов
энергии в электрический сигнал. Генераторные преобразователи разделяют
на термоэлектрические, электрокинетические, пьезоэлектрические и
гальванические.
В состав параметрических датчиков входят реостатные датчики,
термометры сопротивления, тензодатчики. Для работы этих первичных
преобразователей необходима энергия. В качестве выходного сигнала
24