Что это за техника, как ее создать и применить? Средства механизации технологических процессов системы

Промышленные предприятия нуждаются в технических специалистах, и многие работодатели заинтересованы в найме этих сотрудников даже сразу после вуза.

Технологические процессы становятся всё более автономными, поэтому многие компании в поиске инженеров по автоматизации — на hh.ru размещено около 8 тысяч таких вакансий.

Выясним, чем занимается инженер по автоматизации, какие навыки ему нужны, на каких предприятиях он может работать и сколько зарабатывает.

Благодарим Степана Шишова, специалиста по автоматизации технологических процессов в АВТОВАЗе и преподавателя Нетологии, за помощь в подготовке материала.

Цели

Современные решения делают возможным достижение нескольких важных задач для компании. Это быстрый рост уровня производительности товаров или услуг. Кроме того, внедрение нововведений в систему – это потенциал для повышения рентабельности производства и получаемой от его функционирования прибыли. Приборы нередко выполняют свои функции более эффективно, чем работники. Даже если у сотрудников высокая квалификация.

В глобальном смысле существует две цели у использования АСУ ТП в промышленности:

• Освобождение персонала от необходимости выполнять трудоемкие и опасные операции.
• Увеличение производительности, качества выпускаемой продукции и доходов.

Руководство предприятием — это сложный и трудоемкий процесс. Особенно если речь идет о крупном производстве, насчитывающем сотни сотрудников и большое количество оборудования. Для оптимизации и увеличения производительности компании нередко используются методы, которые позволяют автоматизировать ход работы. Мы подробно разберем, что это такое — автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), из чего они состоят, а также для чего их применяют в различных областях бизнеса. Кроме того, пойдет речь о разновидностях решений. Также будет дан ответ на вопрос, как именно они помогают руководителям предприятия увеличивать свои показатели и достигать максимального результата.

Современный человек вряд ли может вообразить собственную жизнь без всевозможных гаджетов и девайсов. Они не только существенно упрощают будни, но и позволяют наладить ряд процессов, тем самым устранив необходимость самостоятельного решения каких-то рутинных задач. В этом контексте все более значимым и актуальным становится вопрос, что это такое и в чем заключается автоматизация технологических процессов и производств?

Дело в том, что многие процедуры на предприятиях и даже целые специальности сегодня постепенно роботизируются. Ручной труд заменяется машинным. Внедряются всевозможные CRM- и ERP-системы, призванные повысить общую эффективность. Далее в статье подробно разбираем, как именно это осуществляется, с какими рисками сопряжено и что за возможности открывает.

Обращаем ваше внимание на то, что, даже если вы не планируете прибегать к описанным манипуляциям в ближайшее время, стоит заранее погрузиться в тему. Поскольку переход к механизированным системам — нечто предрешенное и определенное.

Цели и задачи автоматизация тех процессов

В погоне за четкой и слаженной внутренней работой владельцы бизнеса нередко прибегают к следующим манипуляциям:

• уменьшают штаты;
• увеличивают производительность (например, заставляют оборудование функционировать круглосуточно, тем самым исключая простои);
• наращивают прибыль (нередко пренебрегая переналадкой и ремонтом);
• экспериментируют с качеством;
• сокращают объемы незавершенных производств;
• минимизируют расходы на сырье;
• снижают себестоимость производимых товаров;
• пытаются сделать рабочие места более безопасными.

Однако если мы говорим о конкретных задачах для роботизации, то они выглядят более лаконично и прямолинейно:

• повысить эффективность;
• устранить опасные и неблагоприятные факторы;
• наладить оптимизацию;
• выстроить автоматическую систему контроля путем эксплуатации специальных датчиков и прочих фиксирующих элементов.

Резюмируя вышесказанное, можем установить, что рассматриваемый процесс помогает ликвидировать такую масштабную проблему, как человеческий фактор. Иными словами, бизнесмены начинают экономить на персонале, выбирая более эргономичные и рациональные варианты перераспределения ресурсов.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) — это совокупность аппаратно-программных средств, которые осуществляют контроль и управление производственными и технологическими процессами, поддерживают обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров, а также обеспечивают регулирование и оптимизацию управляемого процесса.

АСУТП используется для выполнения следующих функций:
• Целевое применение в качестве законченного изделия под определенный объект автоматизации;
• Стабилизация заданных режимов технологического процесса путем измерения и обработки значений технологических параметров, их визуального представления и выдачи управляющих воздействий в режиме реального времени на исполнительные механизмы, как в автоматическом режиме, так и в результате действий технолога-оператора;
• Анализ состояния технологического процесса, выявление предаварийных ситуаций и предотвращение аварий путем переключения технологических узлов в безопасное состояние, как в автоматическом режиме, так и по инициативе оперативного персонала;
• Обеспечение инженерно-технического персонала завода необходимой информацией с технологического процесса для решения задач контроля, учета, анализа, планирования и управления производственной деятельностью.

Подходы, методы и направления автоматизации технологических процессов

Подавляющее большинство зарубежных организаций роботизируют собственное производство на основе четко выверенной стратегии. Иными словами, они налаживают и координируют решение базовых рутинных задач, что позволяет в разы быстрее достигать глобальных целей. Для выявления того, что требуется решать, предварительно оцениваются разнообразные позиции, параметры и показатели. Например, как соотносятся заявленная стоимость и общая результативность и т. п. Сравнение помогает понять, принесет ли роботизация выгоду.

Почему данный подход представляется логичным:

• сначала выявляются бизнес-процессы, требующие улучшения;
• затем просчитываются возможные плоды с учетом расходов;
• запускается процедура автоматизации.

Что касается последнего пункта, то с ним в России могут возникать серьезные трудности. Данное обстоятельство весьма просто объясняется: не все компании до конца понимают собственные миссии, цели и задачи. Как следствие, процесс не оказывается эффективным. Для ощутимого повышения производительности требуется сразу обозначать ключевые пункты и нюансы — только тогда бизнес выиграет. Стоит упомянуть, что осмысленное целеполагание позволяет изменить отношение работников как к компании в целом, так и к выполнению обязанностей. Кроме того, это помогает удерживать бизнес на плаву даже в период стагнации и кризиса.

Довольно часто автоматизация процессов нуждается в перестройке или реинжиниринге. А это, как известно, сопровождается огромными расходами, требует от управленцев особых знаний, навыков и компетенций. Помочь в решении подобных проблем может систематизация бизнеса с параллельным масштабированием. Благодаря этому руководитель, с одной стороны, выходит из операционной системы, освобождая время для более сложных интеллектуальных задач, а с другой — расширяет собственное дело, одновременно наращивая прибыль.

Помочь в этом может, например, специальное ПО. «Клеверенс» предлагает различные решения для бизнеса (магазинов, складов, различных учреждений и производства). Обращайтесь к нам за помощью в поиске подходящего софта и оборудования для автоматизации.

К сожалению, в современных российских реалиях расширение не всегда означает увеличение прибыльности или рентабельности. К тому же многие техпроцессы роботизируются некорректно или неосмысленно.

Основные объекты автоматика и автоматизация технологических процессов

Что касается ключевых элементов процедуры роботизации, то среди них выделяют:

• техсредства;
• программируемые и разрабатываемые системы;
• создаваемые механизмы и дополнительные агрегаты;
• мощные электрические двигатели;
• специальные пульты и щиты;
• вспомогательные инструменты, призванные наладить процессы внутри;
• проектируемые установки.

Каждый из них следует разобрать отдельно.

Технические средства

Фактически это приборы, обеспечивающие регулировку некоторых внутренних системных операций, посылающие особые сигналы. Их функционал напрямую зависит от задач, требующих решения. Обычно все сводится к отслеживанию и управлению.

Роботизация предполагает запуск специальных температурных датчиков, устройств для измерения давления и прочих показателей. Важно, чтобы все они обладали заявленными эксплуатационными характеристиками, выдерживали резкие перепады, исправно функционировали в условиях повышенной влажности, не страдали от воздействия агрессивных химических веществ.

Программируемые системы

В последние годы их качество удалось существенно повысить за счет использования дополнительных машинных кодов, микроконтроллеров, а также вычислительных установок. В рамках масштабных промышленных комплексов они имеют конкретное и строго определенное предназначение — управляют и оптимизируют внутреннюю деятельность, оценивают и сравнивают результаты лабораторных и производственных испытаний.

Агрегаты и механизмы

Данные элементы полностью отвечают за реализацию базовых действий и операций. Являются инновационными электрическими, пневматическими гидравлическими установками. Роботизация требует замены всех устаревших механизмов более новыми и совершенными — теми, чьи конструкции дополнены специальными регулирующими приводами и приспособлениями.

Электродвигатели

Играют одну из ключевых ролей в автоматизированных системах. Ответственны за формирование базы большинства приводов, а также корректное функционирование исполнительных приборов, которые и приводят в движение остальные системные части. Техника, контролирующаяся такими элементами, способна менять направление производственных органов, притом не снижая скорость выполнения работ. Делает возможным использование бесконтактных техник, основывающихся на полупроводниковых и магнитных принципах.

Щитки и пульты

Устройства, которые применяются, чтобы управлять всеми организационными запчастями, стандартными агрегатами и приспособлениями. Их функционал довольно скуден, если оценивать в параметрах, однако настройкам это не мешает. Все конструкционные детали выполняются в форме правильных прямоугольников, которые находятся непосредственно над средствами роботизации. Что примечательно, гаджеты-пульты предназначаются для осуществления дистанционного контроля.

Вспомогательные работы по автоматизации технологических процессов

Все элементы, призванные оказывать помощь, считаются вторичными. Хотя это и не отменяет того факта, что их роль в общей системе крайне значима, а дополнительные функции контролируются и управляются производственными нуждами.

Определение направления действия регулятора

Если при увеличении выходного сигнала (управления) переменная и задание то же увеличиваются, то необходимо выбрать обратный регулятор, т. к. направление действие регулятора должно быть противоположно действию процесса.
Если при увеличении выходного сигнала (управления) переменная и задание то же уменьшаются, то необходимо выбрать прямой регулятор, т. к. направление действие регулятора должно быть противоположно действию процесса.

Законы регулирования

Пропорциональный закон регулирования, П-регулятор

Принцип действия заключается в вырабатывании регулятором управляющего воздействия на объект пропорционально величине ошибки (чем больше ошибка е, тем больше управляющее воздействие Y).
Настроечным параметром будет являться коэффициент усиления (коэффициент пропорциональности) КР.

Интегральный закон регулирования, И-регулятор

Управляющее воздействие пропорционально интегралу от ошибки. Настроечным параметром будет являться коэффициент интеграции (время интегрирования) КI.

Пропорционально-интегральный закон регулирования, ПИ-регулятор

ПИ-регулятор представляет собой сочетание П и И регуляторов. Настроечными параметрами будут являться коэффициент интеграции (время интегрирования), коэффициент усиления (коэффициент пропорциональности) КI и КР.

Дифференциальный закон регулирования, Д-регулятор

Д-регулятор генерирует управляющее воздействие только при изменении регулируемой величины. Настроечным параметром будет являться коэффициент дифференциации (время дифференцирования) КD.

Пропорционально-дифференциальный закон регулирования, ПД-регулятор

ПД-регулятор представляет собой сочетание П и Д регуляторов. Настроечными параметрами будут являться коэффициент дифференциации (время дифференцирования), коэффициент усиления (коэффициент пропорциональности) КР и КD.

Интегрально-дифференциальный закон регулирования, ИД-регулятор

ИД-регулятор представляет собой сочетание И и Д регуляторов. Настроечными параметрами будут являться коэффициент дифференциации (время дифференцирования), коэффициент интеграции (время интегрирования) КI и КD.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования

ПИД-регулятор представляет собой сочетание П, И и Д регуляторов. Настроечными параметрами будут являться коэффициент дифференциации (время дифференцирования), коэффициент усиления (коэффициент пропорциональности), коэффициент интеграции (время интегрирования) КI , КР и КD.

Принцип действия

Схема работы систем и средств управления технологическими процессами (АСУПТ) – это необходимые изменения их параметров посредством задействования интеллектуальных методов измерения и последующего оперирования.

Весь комплекс состоит из датчиков, полевого оборудования, исполнительных механизмов. Индикаторы фиксируют данные, которые необходимо контролировать. Также они подают сигнал на промышленные контроллеры. Еще один элемент – программируемые машины. Их часто обозначают аббревиатурой ПЛК. Это средний уровень АСУ ТП. На нем осуществляется запуск и остановка станков, аварийное отключение, а также контроль всех функций.

В это время диспетчер занимается отслеживанием производственного процесса. Еще одна его задача – удаленное управление работой всех механизмов. На верхнем уровне происходит составление регулярных отчетов и архивация поступающих данных.

До операторов доводится вся необходимая для мониторинга информация. Данные отображаются в виде мнемосхемы. На их основе контроллер принимает решения и передает сигналы исполнительным машинам.

Классификационные признаки

Существует несколько основных критериев, по которым разделяются автоматизированные системы управления технологическими процессами АСУ ТП. Первый – это сфера функционирования. Например, объект может быть задействован в строительной отрасли, сельском хозяйстве, химической промышленности и многих других.

Второй – это разновидность операций, которыми руководят. К примеру, экономические, технологические и так далее. Последний параметр – это уровень, на котором осуществляется менеджмент – цех, завод, министерство.

Готовые решения для всех направлений

Ускорь работу сотрудников склада при помощи мобильной автоматизации. Навсегда устраните ошибки при приёмке, отгрузке, инвентаризации и перемещении товара.

Мобильность, точность и скорость пересчёта товара в торговом зале и на складе, позволят вам не потерять дни продаж во время проведения инвентаризации и при приёмке товара.

Обязательная маркировка товаров – это возможность для каждой организации на 100% исключить приёмку на свой склад контрафактного товара и отследить цепочку поставок от производителя.

Скорость, точность приёмки и отгрузки товаров на складе — краеугольный камень в E-commerce бизнесе. Начни использовать современные, более эффективные мобильные инструменты.

Повысь точность учета имущества организации, уровень контроля сохранности и перемещения каждой единицы. Мобильный учет снизит вероятность краж и естественных потерь.

Повысь эффективность деятельности производственного предприятия за счет внедрения мобильной автоматизации для учёта товарно-материальных ценностей.

Первое в России готовое решение для учёта товара по RFID-меткам на каждом из этапов цепочки поставок.

Исключи ошибки сопоставления и считывания акцизных марок алкогольной продукции при помощи мобильных инструментов учёта.

Получение сертифицированного статуса партнёра «Клеверенс» позволит вашей компании выйти на новый уровень решения задач на предприятиях ваших клиентов..

Используй современные мобильные инструменты для проведения инвентаризации товара. Повысь скорость и точность бизнес-процесса.

Показать все решения

Уровни АСУТП

АСУТП подразделяется на 4 уровня:
• уровень технологического процесса (полевой уровень);
• уровень контроля и управления технологическим процессом (контроллерный уровень);
• уровень магистральной сети (сетевой уровень);
• уровень человеко-машинного интерфейса (верхний уровень).

Структурные особенности

Автоматизированная система управления технологическим процессом — это структура, которая состоит из нескольких уровней. На каждом из них осуществляется определенный набор действий, направленный на улучшение эффективности и производительности. Нижний и полевой укомплектованы индикаторами, а также исполнительным оборудованием. Средний отвечает за считывание сигналов, которые передаются датчиками. Как было указано ранее, на верхнем происходит составление отчета о функционировании, обработке данных и архивировании.

Описанная схема позволяет руководителям предприятий повысить показатели, повысить объемы выпускаемой продукции. В результате увеличивается прибыль компании.

Представленные чуть выше сотрудники всегда требуются на промышленных предприятиях, поскольку способны эффективно решать задачи, связанные с:

• выпуском продуктов питания;
• добычей полезных ископаемых;
• созданием сельскохозяйственных товаров;
• переработкой натурального сырья.

Они находят широкое применение в исследовательских центрах, научных лабораториях, технических вузах и т. п.

Принцип работы АСР и законы регулирования

Все процессы управления, и в частности регулирования, имеют общие закономерности, не зависящие от конкретных целей и объектов управления.
Для лучшего понимания, рассмотрим процесс управления на примере процесса регулирования уровня в емкости при произвольно изменяющемся потреблении жидкости.

Регулирование уровня в емкости:
1 – клапан; 2 – емкость; 3 – насос.

Стабилизировать уровень на конкретном заданном значении можно изменением притока в зависимости от отклонения уровня от заданного значения. Примем, что вначале уровень в емкости постоянный и равен заданному. Случайное уменьшение потребления вызовет отклонение уровня выше заданного, и в такой ситуации прикрывают клапан на притоке. При отклонении уровня ниже заданного значения клапан, наоборот, больше приоткрывают.
Этот процесс регулирования также состоит из пяти составляющих. Во-первых, получение информации о заданном значении уровня. В данном случае это значение заранее известно. Во-вторых, получение информации о фактическом уровне, т. е. его измерение. В-третьих, определение величины и знака отклонения уровня от заданного. В-четвертых, установление требуемого изменения притока в зависимости от величины и знака отклонения. В-пятых, изменение притока открытием или закрытием клапана.
В данном примере процесс управления был неавтоматическим: в нем принимал участие человек, в то время как в АСР процесс управления осуществляется автоматически. Так, регулировать уровень в емкости автоматически можно, например, с помощью АСР, показанной на рисунке ниже.

Автоматическое регулирование уровня в емкости:
1 – поплавок; 2 – рычаг; 3 – шток; 4 – клапан.

Поплавок 1 в этой системе перемещается вместе с уровнем, а клапан 4 изменяет расход на притоке. Поплавок связан с клапаном через поворотный рычаг 2 и прикрепленный к нему шток 3.
В такой АСР любое отклонение уровня от заданного, вызванное колебаниями потребления, приведет к перемещению поплавка и связанного с ним клапана. При отклонении уровня выше заданного клапан будет прикрываться, а при отклонении ниже заданного, наоборот, приоткрываться.
Таким образом, в этой системе все указанные составляющие процесса регулирования выполняются автоматически: при отклонении уровня от заданного значения поплавок отклоняет рычаг, а перемещение штока изменяет степень открытия клапана и приводит тем самым к требуемому изменению притока.
Из рассмотренного примера видно, что для управления любым объектом необходимо получить информацию о заданном и фактическом его состоянии, определить отклонение фактического состояния от заданного, и на основе данных параметров выработать целенаправленное воздействие на объект и осуществить его.
В процессе работы системы автоматического регулирования регулятор сравнивает текущее значение измеряемого параметра Х, полученного от датчика Д, с заданным значением (заданием Z) и устраняет рассогласование регулирования e (e=Z-X). Внешние возмущающие воздействия также устраняются регулятором. Структурная схема непрерывного регулятора с аналоговым выходом приведена на рисунке ниже.

Таким образом любой регулятор имеет два входа (задание и переменная) и один выход (управляющий сигнал).

Проектирование

Представлено специальными приспособлениями, гарантирующими комплексную модернизацию, отвечающую нормам и стандартам. Основа — схема. В ней отображается структурный скелет, первичные показатели и прочие данные, которыми нельзя пренебрегать.

Таким образом, роль автоматизации технологических процессов (техпроцессов и производств) невозможно переоценить. Это одно из ключевых мероприятий, которое должно реализовываться на производствах сегодня. Именно оно обеспечивает конкурентоспособность в условиях постоянно меняющегося и нестабильного рынке, а также повышает эффективность, одновременно снижая негативное воздействие человеческого фактора, нередко провоцирующего появление браков и всевозможных сбоев.

Автоматическая идентификация объектов учёта на производстве при помощи RFID оборудования и программного обеспечения Wonderfid

Одна из статей затрат – это внедрение специальных меток для распознавания станков или других машин. Технология заключается в радиочастотном опознании. Полное название – Radio Frequency IDentification. Ее применяют не только на производстве. Она активно задействована в сфере транспорта. Например, по ней работают чипы в картах для бесконтактной оплаты проезда в метро или автобусах. Еще одна область – заграничные паспорта нового поколения, которые по желанию получателя выдаются в Российской Федерации с 2009 года. В последнее время этот метод набирает популярность и занимает существенную долю рынка.

Метка RFID состоит из нескольких элементов, которые обеспечивают ее функционирование. К ним относятся:

• микросхема, которая содержит всю необходимую информацию;
• антенна – она является передатчиком данных;
• оболочки, – в нее заключаются вышеуказанные компоненты;
• корпус – служит для крепления к объектам.

Сканирование осуществляется при помощи специальных приборов – считывателей. Кроме того, эти устройства ведут запись и выполняют особые команды. К примеру, удаление для обеспечения конфиденциальности.

Существует несколько разновидностей конструкций. Самая распространенная – это дисковая. Она изготавливается из пластика. В центре расположено отверстие для крепления посредством винта.

Распространены также варианты в форме стеклянной или пластиковой колбы. Такие применяются в ветеринарии – вводятся под шкуру животных. Кроме того, на рынке представлены решения для работы в ситуациях, где нужна устойчивость к механическим повреждениям.

Описанная технология широко применяется на производстве в различных областях. С ее помощью происходит идентификация запасов на складе. Владелец предприятия может отслеживать количество товаров, потери. К тому же это помогает автоматизировать процесс менеджмента.

Если речь идет о производстве, то с помощью RFID оборудования ведется мониторинг количество инструмента, произведенной продукции и персонала..

Печать этикеток – сложный технологический процесс. Для его проведения задействуется специализированное ПО. Одна из распространенных программ – это Wonderfid. В ней задействована запатентованная технология. В отличие от аналогов пользователь может одновременно печатать и кодировать метки на специальных принтерах.

Определение параметров объекта управления

Объектом управления называется динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий. Объектами управления могут быть механизмы, машины и аппараты, в которых протекают технологические процессы (измельчение, перемешивание, кристаллизация, сушка и т.п.).
Одной из основных характеристик объекта управления является его передаточная функция. Для получения передаточной функции ОУ необходимо изменить на небольшую величину входной параметр ОУ и отслеживать во времени выходной параметр ОУ до тех пор, пока он не примет стабильное неменяющееся значение.

Из переходной функции ОУ можно вычислить следующие характеристики:
1. К – коэффициент усиления ОУ;
2. Т – постоянная времени ОУ (время нарастания);
3. τ – время запаздывания ОУ.
Эти характеристики являются основными и необходимы при выборе и расчете настроечных параметров регуляторов.

Профессиональная разработка

Создание качественной автоматической системы управления технологическим процессом – это сложное и ответственное дело. Поэтому доверить его стоит профессионалам, у которых есть соответствующие навыки и опыт. Например, можно обратиться в компанию «Клеверенс». Мы занимаемся выпуском готовых решений для бизнеса уже больше 15 лет. Обратившись к нам за услугами, каждый клиент получает полный спектр «под ключ» – начиная от планирования и заканчивая введением в эксплуатацию.

Организация предоставляет владельцам предприятий тщательную разработку автоматизированных систем управления технологическим процессом, которая основывается на поставленных задачах и потребностях руководителей. Этот комплекс решений увеличит производительность и за короткий промежуток времени окупит средства, которые были вложены в его создание.

Верхний уровень

Уровень человеко-машинного интерфейса, обеспечивающий трудовую деятельность человека-оператора АСУТП в системе «человек-машина» (СЧМ), в иностранной интерпретации «HMI-Human-Mashine-Interface».

Определение настроечных параметров регулятора

На основании формул таблицы настройки регуляторов рассчитываем параметры регулятора в зависимости от типа желаемого переходного процесса:

Качество настройки контуров управления напрямую влияет на стабильность ведения технологических процессов и получение продукции требуемого качества.

Процесс АСУТП, Обозначение АСУТП

Контроллерный уровень

Уровень контроля и управления процессом выполняет функции сбора и первичной обработки дискретных и аналоговых сигналов, выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы.
Оборудование среднего уровня составляют программируемые контроллеры, устройства связи и с объектом (УСО), шкафы кроссовые и шкафы с контроллерами и вспомогательными средствами автоматизации и вычислительной техники.
Контроллер – устройство, предназначенное для получения в реальном времени информации с датчиков, преобразования ее и обмена с другими компонентами системы автоматизации (компьютер оператора, монитор, база данных и т. д.), а также для управления исполнительными механизмами.

Очень часто в публицистике и специализированной литературе используется буквосочетание для обозначения этого комплекса мер. Прежде чем разбираться в сути понятия, которое описывается в данном материале, необходимо выяснить, как расшифровывается аббревиатура АСУ ТП. Как уже было указано выше, это автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Теперь стоит подробнее разъяснить, что они представляют собой. Если кратко, то это совокупность решений, которые направлены на осуществление различных операций на предприятии. Они включают в себя как оборудование, так и специализированное программное обеспечение, применяются в разных отраслях промышленности, сфере транспорта, энергетике и многих других. Чтобы не возникало путаницы, крайне важно понимать, в чем отличие между автоматическими и автоматизированными типами управления. Последние характеризуются тем, что некоторые функции сохраняются за сотрудниками – операторами. Как правило, это задачи, которые невозможно делегировать машинам.

Выбор типа регулятора

Уровень магистральной сети является связующим звеном между контроллерами и станциями оператора. Основой этого уровня АСУТП можно считать цифровую промышленную сеть, состоящую из многих узлов, обмен информацией между которыми производится цифровым способом.

АСУ ТП – типовая структура

Автоматизированная система управления (АСУ) технологическим процессом (ТП) – собирательный термин, имеющий отношение ко всему многообразию управляющих компьютерных устройств и их объединений, которые имеют целью обеспечить управление разнообразными процессами. Первоначально системы АСУ ТП развивались на производстве, однако сходство технологических процессов с процессами работы самых различных механизмов позволяет часто причислять к АСУ ТП системы, использующиеся в управлении транспортом, оружием, инженерными системами зданий и др.

Каталог решений и проектов АСУ ТП доступен на TAdviser

Функции

Существует несколько основных функциональных предназначений. Прежде всего – это планирование и прогнозирование. Таким образом можно рассчитать показатели от деятельности компании в будущем. Еще одна причина, по которой владельцы фирм прибегают к использованию подобных методов, это возможность производить обработку информации – хранить, мониторить, тиражировать, а также преобразовывать полученные данные. Кроме того, система автоматизации и управления технологическими процессами расширяет возможности для передачи важных сведений лицам, ответственным за принятие решений, а также для создания новых.

Состав

Сюда входит ряд обеспечений, каждое из которых выполняет свои функции. Среди них:

• информационное – это вся документация и нормативная база, которая применяется в процессе функционирования;
• техническое – совокупность всех машинных и инженерных средств, которые обеспечивают бесперебойную работу коммуникаций;
• программное – общее и специализированное ПО, которое используются для автоматизации АСУ ТП;
• организационное – акты, которые регулируют действия персонала, а также мероприятия, которые направлены на внедрение инновационных решений.
• метрологическое – использование всех методов, которые нужны для того, чтобы производить точные измерения всех необходимых параметров;
• эргономическое – перечень принятых мер, направленных на изучение психологических и физиологических характеристик пользователей;
• оперативный персонал – сотрудники, задачи которых – обслуживание и контроль работы.

Этапы проектирования автоматизированных систем управления технологическим процессом

Процесс создания автоматизированных систем управления технологическим процессом можно разбить на следующие этапы:
а) детализация технических требований на создаваемую диспетчерскую систему контроля и управления;
б) разработка проектно – сметной документации в сокращенном или полном объеме;
в) сбор и изучение исходных данных;
г) составление полного перечня переменных;
д) комплектация системы;
е) разбиение объекта управления на технологические участки и последующая распределение переменных по участкам и группа;
ж) создание базы данных;
и) создание статических частей графических экранов интерфейса оператора;
к) заполнение графических экранов интерфейса оператора динамическими элементами;
л) составление схемы переходов между графическими экранами оператора;
м) составление алгоритмов управления (для всех возможных режимов работы объекта, в том числе аварийного);
н) генерация печатных документов;
п) верификация базы данных;
р) разработка эксплуатационной документации;
с) тестирование системы в автономном режиме (без УСО);
т) монтаж;
у) тестирование системы в рабочем режиме (с УСО);
ф) внедрение, в том числе пусконаладка и обучение персонала.

Подбор процессов

Сразу заметим: самое тяжелое — определить, какие конкретно техпроцессы подлежат обработке. Как правило, отбираются те, что связаны с механизмами, соответствующими нуждам компании, а также соотносятся с данными анализа внутренней информации. Речь идет о сведениях из бухгалтерского и налогового учета.

В первую очередь требуется выработка четкой слаженной системы базового звена. Именно она удовлетворяет основные требования и запросы, «собирает» организацию в единый организм, подчиняющийся одним и тем же законам.

Разобранное решение могут применять даже небольшие компании. Оно помогает определять разные фазы, получать их точные и достоверные описания. Не забывайте, что вовремя непосредственной реализации вам предстоит выбор исполнителей, входов и выходов, а также разнообразных вводных, без которых невозможно достижение поставленных целей.

Как выбирать специалистов

Идеальный кандидат для работы с описанными задачами — тот, что обладает профессиональными навыками и компетенциями, имеет целый ряд важных качеств. В частности, он должен уметь:

• оперативно принимать решения;
• постоянно мониторить и отслеживать изменения;
• логически мыслить;
• иметь технические способности;
• свободно анализировать внушительные объемы информации;
• сопоставлять данные;
• концентрироваться и не утрачивать внимательность вне зависимости от внешних обстоятельств;
• усердно выполнять даже монотонную рутинную работу.

Кроме того, очень важно быть выносливым и стрессоустойчивым, иметь высокий уровень личной мотивации и заинтересованности.

Назначение

Существует ряд преимуществ у использования указанных комплектов. Прежде всего, система АСУ ТП – это отличная возможность увеличить эффективность установленной на предприятии техники. Кроме того, эта совокупность мер позволяет исключить ошибки в рабочих процессах и сделать их мониторинг более удобным. Еще одна сильная сторона подобного подхода к делу – это шанс обнаружить и в кратчайшие сроки исправить все неполадки, которые возникли в результате ручного управления.

Внедрением новых методик, обслуживанием коммуникаций, а также принятием всех важных решений внутри организации, связанных с технологиями, занимается отдел АСУ ТП.

Необходимые условия

Решаясь на процедуру роботизации, честно дайте ответы на ряд вопросов. Без этого вы попросту не сможете завершить внедрение на любом из уровней. Только комплексный подход гарантирует благоприятный исход, достижение результатов.

Затруднения в автоматизации техпроцессов и производств

Хотя положительные последствия роботизации очевидны и представлены в огромном количестве, существует ряд трудностей и сложностей, с которыми сопряжена данная процедура. Так, эксперты отмечают нереальность ее проведения с использованием традиционных компонентов:

• внедрения сетевых служб для оборудования в общий системный «организм»;
• осмысленное ведение проектов, включающее отлаживание и сопровождение.

Все составные элементы так и остаются в категории проблем, несмотря на то, что выступают связующими звеньями между всеми датчиками и приспособлениями. Слаженное совместное функционирование становится возможным только посредством достижения единства стандартов, на основании которых и выстраиваются все взаимодействия.

Если же крайнее обстоятельство нереализуемо, высоко вероятность возникновения аварий. Как правило, это случается по причине оборванных проводов и каналов для связи. Чтобы предотвратить негативные явления, применяют некие дубли. Они гарантируют надежность роботизации. Все манипуляции по сборке — примерно половина всех трудозатрат. Поэтому автоматизируют не все сразу, а отдельными блоками.

Как было указано ранее, комплекс мер состоит из нескольких уровней. У каждого из них собственная функция. Задача нижнего уровня – это сбор показателей и передача сигналов на промышленные контроллеры. Те, в свою очередь, считаются средней ступенью. Цель такой техники заключается в запуске, остановке, аварийном отключении и регулировке работы машин в автоматическом режиме. Информация поступает на сервера, а также станции – операторские и инженерные. Эти приспособления считаются верхом всей структуры. На нем нужно производить обработку и архивацию. Данные передаются живым работникам – диспетчерам. В обязанности этого человека входит мониторинг, а также дистанционное управление механикой.

Полевой уровень

Полевой уровень формирует первичную информацию, обеспечивающую работу всей АСУТП. На этот уровень адресно поступают и реализуются управляющие воздействия.
Оборудование полевого уровня составляют первичные преобразователи (датчики), исполнительные органы и механизмы.
Датчик – устройство, преобразующее физические параметры технологического процесса в электрические сигналы, поступающие в дальнейшем на контроллер.
Исполнительный орган – орган, воздействующий на технологический процесс путем изменения пропускной способности.
Исполнительный механизм – устройство, преобразующее электрические сигналы в физические воздействия, осуществляющее управление параметрами технологического процесса в автоматическом или ручном режиме.

В производственных АСУ ТП системы обычно строятся по трехуровневому принципу.

• Нижний уровень (полевой уровень, field) АСУ ТП представляет собой различные датчики (сенсоры) и исполнительные механизмы.
• Средний уровень (уровень контроллеров) состоит из программируемых логических контроллеров (ПЛК, в англоязычной литературе – PLC). Он как раз принимает полевые данные и выдает команды управления на нижний уровень. Управление в ПЛК осуществляется по заранее разработанному алгоритму, который исполняется циклически (прием данных – обработка – выдача управляющих команд).

Те подсистемы АСУ ТП, которые критичны ко времени отклика на различные события процесса, имеют название системы управления реального времени (РВ). Для них недопустимо опоздание в выдаче управляющего сообщения, поскольку это чревато аварией. В большинстве случаев ПЛК создаются как системы РВ, для них время цикла работы управляющего алгоритма и есть максимальное время отклика системы РВ.

Важнейшим элементом АСУ ТП являются сети, по которым передаются данные и команды управления. Часто нижний и средний уровни АСУ ТП объединяются «полевой шиной», которая представляет собой сеть с гарантированным временем доставки пакетов, что позволяет создать распределенную систему управления (РСУ – DCS=Distributed Control System), работающую в режиме РВ. Приложения на верхнем уровне АСУ ТП обычно не требуют работы в режиме РВ, поэтому компьютеры здесь связаны связаны между собой сетью Ethernet, что позволяет АСУ ТП легко интегрировать с системами управления уровня АСУ предприятия, отправляя производственные данные в базы данных предприятия.

В общем контексте, АСУТП – это концепция создания локальных, гарантированно надежных решений непосредственного управления оборудованием, как составляющих единого эффективного инструмента оперативного управления производством.

В разрезе информационных технологий, АСУТП – набор программно-технических комплексов, реализующих одну из основных задач предприятия – выпуск продукции. Каждый отдельный комплекс управляет соответствующим технологическим процессом, а в совокупности они охватывают все производство в целом.

Сущность автоматизации технических процессов и производств

Мероприятия по роботизации и налаживанию внутренних работ организации имеют первостепенное значение, поскольку гарантируют уменьшение бракованной продукции, сокращение растрат, а также увеличение производительности труда. Они представляют собой некую совокупность методов, генеральная миссия которых заключается в создании целостной интегрированной системы. Такой, что обеспечивает управление любыми бизнес-процессами, не привлекая людей.

При благоприятных условиях она удовлетворяет целому списку требований и критериев:

• является сложным, с технической точки зрения явлением;
• требует оснащения производства инновационными технологиями;
• способствует упрощению работы персонала;
• удешевляет себестоимость продукции, оптимизирует затраты;
• налаживает и координирует техпроцессы;
• обеспечивает постоянное совершенствование внутренних методик и механизмов.

Среди базовых составляющих выделяют уровень техники, а также ее продуктивность. В таком контексте автоматизацию можно представить как плавную смену традиционных методик современными технологиями; непрекращающийся процесс, который не ограничивается единичными мероприятиями. Что примечательно, она регулярно обновляется и модернизируется, замещает старые формы новыми — более совершенными. Генеральный смысл сводится к тотальному переходу от ручного рутинного труда к мгновенным машинным операциям.

Важно! Идеален тот цикл производства, в котором все задачи решаются машинами, а человеку отводится роль исключительно регулировщика-оператора.

Кроме того, стоит упомянуть, что данная процедура предполагает роботизацию диагностики систем ПО, а также инструментов по созданию отчетности. Средства для ее проведения состоят из фиксационных элементов, контролирующих обработку информации установками для техники и работников.

Виды

Существует несколько стандартных типов мер, которые применяются на предприятиях. Прежде всего, это уже знакомые нам АСУ технологическими процессами и производством. Они предназначаются для решения проблем, связанных с оперативным управлением на заводе, в сфере транспорта и других отраслях.

Следующая разновидность – это автоматизация интеллектуального труда. Вычислительное оборудование способствует облегчению умственной работы человека.

Выделяют также автоматизированные системы управления производством. Их применяют для поиска путей реализации программ, связанных с входящей и исходящей логистикой, учетом товаров, планирования и схожих задач. Еще один тип – функциональные. Они нужны для разработки плановых расчетов и других целей.

Как осуществляется автоматизированный технологический процесс

Внедрение подразделяется на несколько этапов в зависимости от типа реализуемой деятельности. Например, эксперты могут быть ответственны за:

• разработку и включение АСУ-моделей;
• создание документации, подтверждающей целесообразность всех выполняющихся манипуляций;
• составление планов по проведению работ;
• формирование расчетных схем;
• анализ лабораторных исследований и экспериментов;
• генерацию описаний для проектируемых механизмов, в частности, их принципов действия.

Также в обязанности может входить настраивание аппаратуры и контроль ее эксплуатации.

Типы действия регуляторов

По направлению действия выходного сигнала регуляторы бывают двух типов – прямого или обратного действия.

Заключение

В этом статье шла речь про АСУ ТП, мы рассказали, что это такое, дали определение и расшифровку. Если проанализировать всю указанную в данном материале информацию, то можно сделать вывод, что это комплекс мер, направленных на улучшение показателей на предприятии, оптимизацию работы и увеличение получаемой прибыли. Кроме того, с помощью АСУ ТП руководство фирмы может избежать ошибок, связанных с человеческим фактором, а также устранить уже существующие последствия. Они применяются в большом количестве компаний из различных сфер – от транспортных услуг до энергетики.

Это комплекс программных и машинных решений, которые помогают автоматизировать рабочие процессы на предприятии. Отличие от автоматических в сохранении ряда функций за живыми сотрудниками – операторами.

У описанных в статье систем сложная структура. Они делятся на несколько уровней, на каждом из которых выполняются собственные функции. Нарушение хотя бы одного из них приводит к неправильной работе. Отдельного внимания заслуживает состав. В него входят различные виды обеспечения: информационное, метрологическое, техническое и многие другие.

Кроме того, мы разобрали оборудование АСУ ТП – что это, какие виды бывают, и где они применяются. В числе прочего для идентификации используются специальные метки, работающие на основе радиочастотного опознания. Они отличаются по способу исполнения, габаритам и формам. Для сканирования используются приборы – считыватели. С их помощью можно также записывать информацию на чипы или удалять ее. Для изготовления этикеток применяется специфическое программное обеспечение. Хороший вариант – Wonderfid. Это приложение действует по уникальной запатентованной технологии.

Приобретения оборудования для АСУ Т – это ответственное дело и серьезная статья расходов. Поэтому обращаться необходимо только к профессионалам с опытом на рынке, например, в компанию «Клеверенс». В нашем каталоге вы найдете различные решения, которые помогут наладить оптимизацию и автоматизацию различных бизнес-процессов.