Выбор датчиков для системы автоматизации технологического процесса

Состав АСУ ТП.

Выполнение функций АСУТП достигается путем взаимодействия ее следующих составных частей:

– технического обеспечения (ТО),

– программного обеспечения (ПО),

– информационного обеспечения (ИО),

– организационного обеспечения (ОО),

– оперативного персонала (ОП).

Эти пять компонентов и образуют состав АСУТП. Иногда рассматривают и другие виды обеспечения, например лингвистическое, математическое, алгоритмическое, но они рассматриваются как компоненты ПО и т.п.

Техническое обеспечение АСУТП представляет со­бой полную совокупность технических средств (в том числе средств вычислительной техники), достаточную для функциониро­вания АСУТП и выполнения системой всех ее функций. Примечание. Регулирующие органы в состав ТО АСУТП не входят.

Комплекс выбранных технических средств должен обеспечить такую систему измере­ний в условиях функционирования АСУ ТП, которые, в свою очередь, обеспечивают необходимую точность, быстродействие, чувствительность и надежность в соответствии с заданными метрологическими, эксплуатаци­онными и экономическими характеристиками. Технические средства можно группировать по эксплуатационным характеристикам, функциям управления, информационным характеристикам, конструктивному сходству. Наи­более удобной считается классификация технических средств по информационным характеристикам.

В связи со сказанным комплекс технических средств должен содержать:

1) средства получения информации о состоянии объекта управления и средства ввода в систему (вход­ные преобразователи, датчики), обеспечивающие преобразование входной информации в стандартные сигналы и коды;

2) средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устрой­ствами с разными сигналами;

3) выходные преобразователи, средства вывода информации и управления, преобразующие машинную информацию в различные формы, необходимые для управления технологическим процессом;

4) средства формирования и передачи информации, обеспечивающие перемещение информации в про­странстве;

5) средства фиксации информации, обеспечивающие перемещение информации во времени;

6) средства переработки информации;

7) средства локального регулирования и управления;

8) средства вычислительной техники;

9) средства представления информации оперативному персоналу;

10) исполнительные устройства;

11) средства передачи информации в смежные АСУ и АСУ других уровней;

12) приборы, устройства для наладки и проверки работоспособности системы;

13) документационная техника, включающая средства создания и уничтожения документов;

14) конторско-архивная техника;

15) вспомогательное оборудование;

16) материалы и инструмент.

Вспомогательные технические средства обеспечивают выполнение второстепенных процессов управле­ния: копирование, печать, обработку корреспонденции, создание условий нормальной работы управленческого персонала, поддержание технических средств в исправном состоянии и их функционирование. Создание типо­вых АСУ ТП в настоящее время невозможно из-за значительного расхождения организационных систем управ­ления предприятиями.

Технические средства АСУ ТП должны соответствовать требованиям ГОСТов, которые направлены на обеспечение различной совместимости объекта автоматизации.

Эти требования подразделяются на группы:

1. Информационные. Обеспечивают информационную совместимость технических средств между собой и с обслуживающим персоналом.

2. Организационные. Структура управления технологическим процессом, технология управления, техни­ческие средства должны соответствовать друг другу до и после внедрения АСУ ТП, для чего необходимо обес­печить:

– соответствие структур КТС – структуре управления объектом;

– автоматизированное выполнение основных функций, выделение информации, ее передачу, обработку, вывод данных;

– возможность модификации КТС;

– возможность создания организационных систем контроля работы КТС;

– возможность создания систем контроля персонала.

3. Математические. Сглаживание несоответствий работы технических средств с информацией может быть выполнено с помощью программ перекодирования, перевода, пересоставления макетов.

Это обуславливает следующие требования к математическому обеспечению:

– быстрое решение основных задач АСУ ТП;

– упрощение общения персонала с КТС;

– возможность информационной стыковки различных технических средств.

– необходимая производительность для своевременного решения задач АСУ ТП;

– приспособленность к условиям внешней среды предприятия;

– надежность и ремонтопригодность;

– использование унифицированных, серийно выпускаемых блоков;

– простота эксплуатации и обслуживания;

– техническая совместимость средств, основанная на общей элементной и конструкторской базе;

– требования эргономики, технической эстетики.

5. Экономические требования к техническим средствам:

– минимальные капиталовложения на создание КТС;

– минимальные производственные площади для размещения КТС;

– минимальные затраты на вспомогательное оборудование.

6. Надежность АСУ ТП. При рассмотрении технического обеспечения рассматривается и вопрос на-дежности АСУ ТП.

При этом необходимо провести исследования АСУ ТП, выделив следующие моменты:

1) сложность (большое число различных технических средств и персонала);

3) многонаправленность использования элементов в системе;

4) множественность видов отказов (причины возникновения, последствия);

5) взаимосвязь надежности и экономической эффективности;

6) зависимость надежности от технической эксплуатации;

7) зависимость надежности от КТС и структуры алгоритмов;

8) влияние персонала на надежность.

Уровень эксплуатационной надежности АСУ ТП определяется такими факторами как:

– составом и структурой используемых технических средств;

– режимами, параметрами обслуживания и восстановления;

– условиями эксплуатации системы и ее отдельных компонент;

– содержанием, организацией, структурой реализуемых алгоритмов управления;

– содержанием задач и организацией деятельности операторов.

Программное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимую для реализации функций автоматизированной системой управления технологическим процессом заданного режима функционирования комплекса технических средств АСУТП.

Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее прог­раммное обеспечение (ОПО) и специальное программное обеспечение (СПО).

К общему программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая поставляется в комплек­те со средствами вычислительной техники или приобретается гото­вой в специализированных фондах алгоритмов и программ. В состав ОПО АСУТП входят программы, используемые для разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные прог­раммы (например, организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др.). ОПО АСУТП изготавливается и поставляется в виде продукции производственно-технического назначения заводами-изготовителями средств ВТ (см. п.1.4.7).

К специальному программному обеспечению АСУТП относят ту часть программного обеспечения, которая разрабатыва­ется при создании конкретной системы (систем) и включает прог­раммы реализации основных (управляющих и информационных) и вспомогательных (обеспечение заданного функционирования КТС систе­мы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т.п.) функций АСУТП. Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывает­ся на базе и с использованием программного обеспечения. Отдельные программы или СПО АСУТП в целом могут изготавливаться и поставляться в виде программных средств как продук­ция производственно-технического назначения.

В состав программного обеспечения входят общее программное обеспече­ние, поставляемое со средствами вычислительной техники, в том числе, организующие программы, программы-диспетчеры, транслирующие программы, операционные системы, библиотеки стандартных программ, а также специальное программное обеспечение, которое реализует функции конкретной системы, обеспечивает функцио­нирование КТС, в том числе аппаратным путем.

Математическое, алгоритмическое обеспечение. Как известно, модель – это образ объекта исследо­вания, отображающая существенные свойства, характеристики, параметры, взаимосвязи объекта. Одним из ме­тодов исследования процессов или явлений в АСУ ТП является метод математического моделирования, т.е. путем построения их математических моделей и анализа этих моделей. Разновидностью математического моде­лирования является имитационное моделирование, при котором используется прямая подстановка чисел, ими­тирующих внешние воздействия, параметры и переменные процессов с помощью УВК. Для проведения имита­ционных исследований необходимо разработать алгоритм.

Алгоритмы, используемые в АСУ ТП, характеризу­ются следующими особенностями:

– временная связь алгоритма с управляемым процессом;

– хранение рабочих программ в оперативной памяти УВК для доступа к ним в любой момент времени;

– превышение удельного веса логических операций;

– разделение алгоритмов на функциональные части;

– реализация на УВК алгоритмов в режиме разделения времени.

Учет временного фактора в алгоритмах управления сводится к необходимости фиксации времени приема информации в систему, времени выдачи сообщений оператором для формирования управляющих воздействий, прогнозирования состояния объекта управления. Необходимо обеспечить своевременную обработку сигналов УВК, связанной с управляемым объектом. Это достигается составлением наиболее эффективных по быстро­действию алгоритмов, реализуемых на быстродействующих УВК.

Из второй особенности алгоритмов АСУ ТП вытекают жесткие требования к объему памяти, необходимой для реализации алгоритма, к связанности алгоритма.

Третья особенность алгоритмов обусловлена тем, что технологические процессы управляются на основе ре­шений, принимаемых по результатам сопоставления различных событий, сравнения значений параметров объекта, проверки выполнения различных условий и ограничений.

Использование четвертой особенности алгоритмов АСУ ТП дает возможность разработчику сформулиро­вать несколько задач системы, а затем объединить разработанные алгоритмы этих задач в единую систему. Степень взаимосвязи задач АСУ ТП может быть различной и зависит от конкретного объекта управления.

Для учета пятой особенности алгоритмов управления необходимо разработать операционные системы ре­ального времени и планировать очередность загрузки модулей, реализующих алгоритмы задач АСУ ТП, их вы­полнение в зависимости от приоритетов.

На этапе разработки АСУ ТП создаются измерительные информационные системы, которые обеспечивают полный и своевременный контроль режима работы агрегатов, позволяющих анализировать ход технологиче­ского процесса и ускорить решение задач оптимального управления.

Функции систем централизованного кон­троля сводятся к решению следующих задач:

– определение текущих и прогнозируемых значений величин;

– определение показателей, зависящих от ряда измеряемых величин;

– обнаружение событий, являющихся нарушениями и неисправностями на производстве.

Общая модель задачи при оценке текущих значений измеряемых величин и вычисляемым по ним ТЭП в системе централизованного контроля может быть представлена следующим образом: задается совокупность величин и показателей, которые необходимо определять в объекте контроля, указывается требуемая точность их оценки, имеется совокупность датчиков, которые установлены на автоматизируемом объекте. Тогда общая задача оценки значения отдельной величины формулируется следующим образом: для каждой отдельной вели­чины требуется найти группу датчиков, частоту их опроса и алгоритм переработки получаемых от них сигна­лов, в результате которого значение этой величины определяется с заданной точностью.

Для решения задач в условиях АСУ ТП используются такие математические методы, как линейное про­граммирование, динамическое программирование, методы оптимизации, выпуклое программирование, комби­наторное программирование, нелинейное программирование. Методами построения математического описания объекта являются метод Монте-Карло, математическая статистика, теория планирования эксперимента, теория массового обслуживания, теория графов, системы алгебраических и дифференциальных уравнений.

Информационное обеспечение АСУТП включает: перечень и характеристики сигналов, характеризующих состояние АТК:

– описание принципов (правил) классификации и кодирования информации и перечень классификационных группировок,

– описания массивов информации, формы документов к видео­кадрам, используемых в системе,

– нормативно-справочную (условно-постоянную) информацию, используемую при работе системы.

В состав организационного обеспечения АСУТП вхо­дят описание АСУТП (функциональной, технической и организаци­онной структуры системы) и инструкции для оперативного персонала, необходимые и достаточные для его функционирования в составе АТК.

Организационное обеспечение включает описание функциональной, технической, организационной структур системы, инструкции и регламенты для оперативного персонала по работе АСУ ТП. Оно содержит совокупность правил, предписаний, обеспечивающих требуемое взаимодействие оперативного персонала меж­ду собой и комплексом средств.

Таким образом, организационная структура управления – это связи между людьми, занятыми экс­плуатацией объекта. Персонал, занятый оперативным управлением, поддерживает технологический процесс в заданных нормах, обеспечивает выполнение производственного плана, контролирует работу технологического оборудования, следит за условиями безопасного ведения процесса.

Эксплуатационный персонал АСУ ТП обеспечивает правильность функционирования КТС АСУ ТП, ведет учет и отчетность. АСУ ТП получает от вышестоящего уровня управления производственные задания, крите­рии реализации этих заданий, передает на вышестоящие уровни управления сведения о выполнении заданий, количественных и качественных показателях продукции и функционировании автоматизированного техноло­гического комплекса.

Для анализа организационной структуры и определения оптимального построения внутренних взаимосвя­зей используют методы групповой динамики. При этом обычно применяют методику и приемы социальной психологии.

Проведенные исследования дали возможность сформулировать требования, необходимые для ор­ганизации группы оперативного технологического персонала:

– вся производственная информация должна передаваться только через руководителя;

– у одного подчиненного должно быть не больше одного непосредственного руководителя;

– в производственном цикле информационно взаимодействуют друг с другом только подчиненные одно­го руководителя.

Подразделения технического обслуживания выполняют работы на всех стадиях создания АСУ ТП (проек­тирование, внедрение, эксплуатация), их основными функциями являются:

– обеспечение эксплуатации систем в соответствии с правилами и требованиями технической докумен­тации;

– обеспечение текущего и планового ремонта технических средств АСУ ТП;

– проведение совместно с разработчиками испытаний АСУ ТП;

– проведение исследований по определению экономической эффективности системы;

– разработка и реализация мероприятий по дальнейшему развитию системы;

– повышение квалификации работников службы АСУ ТП, изучение и обобщение опыта эксплуатации. Для выполнения функций технологу-оператору должны быть представлены технические и программные средства, обеспечивающие в зависимости от особенностей технологического процесса требуемые наборы из следующих информационных сообщений:

– индикация измеренных значений параметров по вызову;

– индикация и изменение заданных границ контроля параметров процесса;

– звуковая сигнализация и индикация отклонений параметров за регламентные границы;

– звуковая сигнализация и индикация отклонений скорости изменения параметров от заданных значений;

– отображение состояния технологического процесса и оборудования на схеме объекта управления;

– регистрация тенденций изменения параметров;

– оперативная регистрация нарушений технологического процесса и действий оператора.

Информационное обеспечение (ИО) включает систему кодирования технологической и технико-экономической информации, справочную и оперативную информацию, содержит описание всех сигналов и кодов, используемых для связи технических средств. Применяемые коды должны включать минимальное число знаков, иметь логическую структуру и отвечать другим требованиям кодирования. Формы выходных докумен­тов и представлений информации не должны вызывать трудностей при их использовании.

При разработке и внедрении системы ИО АСУ ТП необходимо учитывать принципы организации управ­ления технологическим процессом, которым соответствуют следующие этапы.

1) Определение подсистем АСУ ТП и типов управленческих решений, по которым необходимо обеспече­ние научно-технической информацией. Результаты этого этапа используются для определения оптимальной структуры массивов информации, для выявления характеристик ожидаемого потока запросов.

2) Определение основных групп потребителей информации. Потребители информации классифицируются в зависимости от их участия в подготовке и принятии управленческих решений, связанных с организацией тех­нологического процесса. Накопление информации осуществляется с учетом видов задач, решаемых при управ­лении процессами. Потребитель может получить информацию по сопряженным технологическим участкам, также создаются условия для перераспределения информации при изменении потребностей.

3) Изучение информационных потребностей.

4) Изучение потоков научно-технической информации, необходимой при управлении процессами, бази­руется на результатах анализа управленческих задач. Наряду с потоками документальной информации анали­зируются факты, отражающие опыт данного и аналогичных предприятий.

5) Разработка информационно-поисковых систем для управления технологическим процессом.

Для автоматизированных систем характерны процессы переработки информации – преобразование, пере­дача, хранение, восприятие. При управлении технологическим процессом происходит передача информации и переработка управляющей системой входной информации в выходную информацию. При этом необходимы контроль и регулирование, заключающиеся в сравнении информации о результатах предшествующего этапа деятельности с информацией, соответствующей условиям достижения цели, в оценке рассогласования между ними и выработке корректирующего выходного сигнала. Рассогласование вызывается внутренними и внешни­ми возмущающими воздействиями случайного характера. Процесс передачи информации предполагает наличие источника информации и приемника.

Для обеспечения участия человека в управлении технологическим процессом необходимо документирова­ние информации. Для последующих анализов требуется накопление статистических исходных данных посред­ством регистрации состояний и значений параметров процесса во времени. На основе этого проверяется соблю­дение технологического процесса, качество продукции, контролируются действия персонала в аварийных си­туациях, осуществляется поиск направлений совершенствования процесса.

При разработке информационного обеспечения АСУ ТП, связанного с документированием и регистраци­ей, необходимо:

– определить вид регистрируемых параметров, место и форму регистрации;

– выбрать временной фактор регистрации;

– минимизировать количество регистрируемых параметров из соображений необходимости и достаточ­ности для оперативных действий и анализа;

– унифицировать форматы документов, их структуру;

– ввести специальные реквизиты;

– решить вопросы классификации документов и маршрутов их движения;

– определить объемы информации в документах, установить место и сроки хранения документов.

Потоки информации в каналах связи АСУ ТП система должна передавать с необходимым качеством ин­формации от места ее образования к месту ее приема и использования.

Для этого должны удовлетворяться сле­дующие требования:

– своевременность доставки информации;

– верность передачи – отсутствие искажений, потерь;

– надежность функционирования;

– единство времени в системе;

– возможность технической реализации;

– обеспечение экономической приемлемости информационных требований. Кроме того, система должна предусматривать:

– регулирование информационных потоков;

– возможность осуществления внешних связей;

– возможность расширения АСУ ТП;

– удобство участия человека в анализе и управлении процессом.

К основным характеристикам потока информации относятся:

– цель информации;

– формат информации;

– объемно-временные характеристики потока;

– периодичность возникновения информации;

– объект, использующий информацию.

При необходимости характеристики потока детализируются указанием:

– вида информации;

– наименования контролируемого параметра;

– диапазона изменения параметра во времени;

– числа одноименных параметров на объекте;

– условий отображения информации;

– скорости генерации информации.

К основным информационным характеристикам канала связи относятся:

– местоположение начала и конца канала связи;

– форма передаваемой информации;

– структура канала передачи – датчик, кодер, модулятор, линия связи, демодулятор, декодер, устройство отображения;

– вид канала связи – телефонный, механический;

– скорость передачи и объем информации;

– способы преобразования информации;

– пропускная способность канала;

– объем сигнала и емкость канала связи;

– информационная и аппаратурная избыточность канала;

– надежность связи и передачи по каналу;

– уровень затухания сигнала в канале;

– информационное согласование звеньев канала;

– мобильность канала передачи.

В АСУ ТП может быть внесен временной признак информации, который предполагает единую систему времени с централизованной шкалой отсчета. Для информационных связей АСУ ТП характерной чертой явля­ется действие в реальном масштабе времени.

Применение единой системы отсчета времени обеспечивает вы­полнение следующих задач:

– документирование времени приема, передачи информации;

– протоколирование происходящих в АСУ ТП событий;

– анализ производственных ситуаций по временному признаку (очередность поступления, длительность);

– учет времени прохождения информации по каналам связи и времени обработки информации;

– управление очередностью приема, передачи, обработки информации;

– задание последовательности управляющих воздействий в пределах единой шкалы времени;

– отображение единого времени в пределах зоны действия АСУ ТП.

При создании АСУ ТП основное внимание уделяется сигналам, связанным с взаимодействием отдельных элементов. Изучению подлежат сигналы взаимодействия человека с техническими средствами и одних техни­ческих средств с другими техническими средствами. В связи с этим рассматриваются следующие группы сиг­налов и кодов:

Первая группа – представляет собой стилизованные языки, которые обеспечивают экономный ввод данных в технические средства и вывод их оператору. По характеру информации выделяют технические и экономиче­ские данные.

Вторая группа – решает задачи передачи данных и стыковки технических средств. Здесь основной про­блемой является верность передачи сообщения, для чего используют помехоустойчивые коды. Информацион­ная совместимость технических средств обеспечивается установкой дополнительной согласующей аппаратуры, использованием вспомогательных программ перекодировки данных.

Третья группа – представляет собой машинные языки. Обычно используют двоичные коды с элементами защиты данных по цифровому модулю, с дополнением кода проверочным разрядом.

Общие технические требования к АСУ ТП по информационному обеспечению:

1) максимальное упрощение кодирования информации за счет кодовых обозначений и кодов повторения;

2) обеспечение простоты декодирования выходных документов и форм;

3) информационная совместимость АСУ ТП со смежными системами по содержанию, кодированию, форме представления информации;

4) возможность внесения изменений в ранее переданную информацию;

5) обеспечение надежности выполнения системой своих функций за счет помехозащищенности информации.

Персонал АСУ ТП взаимодействует с КТС, воспринимая и вводя технологическую и экономическую ин­формацию. Кроме этого оператор взаимодействует с другими операторами и вышестоящим персоналом. Для облегчения этих связей принимаются меры по формализации потоков информации, их сжатию и упорядоче­нию. ЭВМ передает оператору информацию в виде световых сигналов, изображений, печатных документов, звуковых сигналов.

При взаимодействии оператора с УВК необходимо обеспечить:

– наглядное отображение функционально-технологической схемы объекта управления, информацию о его состоянии в объеме функций, возложенных на оператора;

– отображение связи и характера взаимодействия объекта управления с внешней средой;

– сигнализацию о нарушениях в работе объекта;

– быстрое выявление и ликвидацию неисправностей.

Отдельные группы элементов, наиболее существенные для контроля и управления объектом, обычно вы­деляют размерами, формой, цветом. Технические средства, используемые для автоматизации управления, по­зволяют вводить информацию только в определенной заранее обусловленной форме. Это приводит к необхо­димости кодирования информации. Обмен данными между функциональными блоками системы управления должен осуществляться законченными смысловыми сообщениями. Сообщения передаются двумя раздельными потоками данных: информационным и управляющим.

Сигналы информационного потока подразделяются на группы:

– измеряемого параметра;

– диапазона измерения;

– состояния функциональных блоков системы;

– адреса (принадлежность измеряемого параметра определенному блоку);

Для защиты от ошибок при обмене информацией через каналы связи на входе и выходе аппаратуры следу­ет использовать избыточные коды с их проверкой на четность, цикличность, итеративность, повторяемость. Вопросы защиты информации связаны с обеспечением надежности работы системы управления, формами представления информации. Информацию необходимо защищать от искажения и от использования ее не по назначению. Методы защиты информации зависят от производимых операций, от используемого оборудования

Оперативный персонал АСУТП состоит из технологов-операторов АТК, осуществляющих контроль за работой, и управле­ние ТОУ с использованием информации и рекомендаций по рацио­нальному управлению, выработанных комплексами средств автоматизации АСУТП, и эксплуатационного персонала АСУТП, обеспечива­ющего правильность функционирования комплекса технических и программных средств АСУТП. Ремонтный персонал в состав оперативного персонала АСУТП не входит.

В ходе процесса проектирования АСУТП разрабатывают­ся математическое и лингвистическое обеспечения, которые в явном виде не входят в состав функционирующей системы. Математическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность методов, моделей и алгоритмов, используемых в системе. Математическое обеспечение АСУТП реализуется в виде программ специального программного обеспечения.

Лингвистическое обеспечение АСУТП представляет собой совокупность языковых средств для общения оперативного персонала АСУТП со средствами ВТ системы. Описание языковых средств включается в состав эксплуатационной документации орга­низационного и программного обеспечения системы. Метрологическое обеспечение АСУТП – это совокупность работ, проектных решений и технических и программных средств, направленная на обеспечение заданных точностных характеристик функций системы, реализованных на основе измерительной инфор­мация.

В состав оперативного персонала входят технологи-операторы автоматизиро­ванного технологического комплекса, осуществляющие управление технологическим объектом, и эксплуатаци­онный персонал АСУ ТП, обеспечивающий функционирование системы. Оперативный персонал может рабо­тать в контуре управления и вне него. В первом случае реализуются функции управления по рекомендациям, выдаваемым КТС. Во втором случае оперативный персонал задает системе режим работы, контролирует работу системы и при необходимости принимает на себя управление технологическим объектом. Службы ремонта в состав АСУТП не входят.

Диспетчерская служба в АСУ ТП находится на стыке управления технологическим процессом и управления производством. Операторские и диспетчерские пункты АСУ обеспечивают экономичное объедине­ние способностей оперативного персонала и возможностей технических средств.

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.

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.

Управление в режиме советчика оператора

Этот режим предполагает, что ППК в составе АСУТП работает в ритме ТП в разомкнутом контуре (в реальном времени), т.е. выходы АСУТП не связаны с органами, управляющими ТП. Управляющие воздействия фактически осуществляются оператором-технологом, получающим указания от ППК (рисунок 14.6).

Рисунок 14.6 – АСУТП в режиме советчика оператора

Все необходимые управляющие воздействия вычисляются ППК в соответствии с моделью ТП, результаты вычислений представляются оператору в печатном виде (или в виде сообщений на дисплее). Оператор управляет процессом, изменяя уставки регуляторов. Регуляторы являются средствами поддержания оптимального управления ТП, причем оператор играет роль следящего и управляющего звена. АСУТП играет роль устройства, безошибочно и непрерывно направляющего оператора в его усилиях оптимизировать ТП.

Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.

Способы организации функционирования информационно-сове­тующей системы следующие:

– вычисление управляющих воздей­ствий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые иниции­руются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму ана­лиза состояния управляемого процесса;

– вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.

Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осто­рожный подход к решениям, выработанным формальными мето­дами.

Это связано с неопределенностью в математическом описа­нии управляемого процесса:

– математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров;

– математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров;

– критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.

Неопределенность описания может быть связана с недостаточ­ной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ППК.

При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ППК строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариан­тов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к опре­деленной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ППК играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представле­нием в компактном виде, а функция принятия решений возла­гается на оператора.

Основной недостаток этой схемы управления заключается в постоянном наличии человека в цепи управления. При большом числе входных и выходных переменных такая схема управления не может применяться из-за ограниченных психофизических возможностей человека. Однако управление этого типа имеет и преимущества. Оно удовлетворяет требованиям осторожного подхода к новым методам управления. Режим советчика обеспечивает хорошие возможности для проверки новых моделей ТП; в качестве оператора может выступать инженер-технолог, “тонко чувствующий” процесс. Он наверняка обнаружит неправильную комбинацию уставок, которую может выдать не окончательно отлаженная программа АСУТП. Кроме того, АСУТП может следить за возникновением аварийных ситуаций, так что оператор имеет возможность уделять больше внимания работе с уставками, при этом АСУТП следит за большим числом аварийных ситуаций, чем оператор.

Непосредственное цифровое управление.

В НЦУ сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов, поступают непосредственно из АСУТП, и регуляторы вообще исключаются из системы. Концепция НЦУ, при необходимости, позволяет заменить стандартные законы регулирования на т.н. оптимальные с задаваемой структурой и алгоритмом. Например, может реализоваться алгоритм оптимального быстродействия и др.

АСУТП рассчитывает реальные воздействия, и передает соответствующие сигналы непосредственно на управляющие органы. Схема НЦУ показана на рисунке 14.8.

Рисунок 14.8 – Схема непосредственного цифрового управления (НЦУ)

Уставки вводятся в АСУ оператором или ЭВМ, выполняющей расчеты по оптимизации процесса. При наличии системы НЦУ оператор должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения измеряемых переменных, изменять параметры настройки и вообще должен иметь доступ к управляющей программе.

Одно из главных преимуществ режима НЦУ заключается в возможности изменения алгоритмов управления для контуров простым внесением изменений в хранимую программу. Наиболее очевидный недостаток НЦУ проявляется при отказе ЭВМ.

Таким образом, системы прямого цифрового управления (ПЦУ) или непосредственного цифрового управления (НЦУ, DDC). ППК непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управле­ния на исполнительные механизмы.

Режим непосред­ственного цифрового управления позволяет:

– исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой;

– применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптималь­ный вариант;

– реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления;

– снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.

Этот принцип управления применяют в стан­ках с ЧПУ. Оператор должен иметь воз­можность изменять уставки, контролировать выходные пара­метры процесса, варьировать диапазоны допустимого измене­ния переменных, изменять па­раметры настройки, иметь дос­туп к управляющей программе в подобных системах упрощается реализация режимов пуска и останова процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов. Основной недостаток подобных систем заключается в том что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ППК, и при выходе из строя объект теряет уп­равление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.

Определение

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.

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.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

Выпуск максимального объема продукции при минимально возможных затратах — главная цель производственных процессов. Чтобы достичь указанной цели, прежде всего следует оптимизировать и автоматизировать технологические процессы производства. В то же время нужно понимать, что эти процессы связаны с другими процессами компании:

• закупка ресурсов для выпуска продукции (сырье, энергоносители, услуги сторонних организаций и т. д.);

• логистические операции по хранению и транспортировке сырья и готовой продукции;

• реализация готовой продукции и управление деятельностью компании.

По этой причине современный рынок IT-технологий предлагает различные системы автоматизации управления процессами производства, которые можно классифицировать по четырем группам:

1. Системы управления технологическими процессами (SCADA-системы).

2. Системы оперативного управления производством (MES-системы).

3. Системы управления потребностями в материалах и производственными ресурсами (MRP-системы).

4. Системы управления бизнес-процессами компании (ERP-системы).

Системы управления технологическими процессами (SCADA-системы)

Эта группа систем автоматизации предназначена для управления различными технологическими процессами производства в режиме реального времени (функции АСУ ТП) и удаленного сбора данных о состоянии технологических процессов (функции телемеханики).

Основная цель любой SCADA-системы — предоставить сотруднику, управляющему технологическим процессом, полную информацию о состоянии этого процесса и возможности для воздействия на него.

Основные функции данной группы систем автоматизации управления производством:

• сбор данных от датчиков и представление их оператору процесса в наглядном виде, включая графики изменения его параметров во времени;
• дистанционное управление производственным оборудованием и механизмами;
• ввод заданий по алгоритмам автоматического управления технологическим процессом;
• реализация алгоритмов автоматического контроля и управления технологическим процессом;
• распознавание аварийных ситуаций и доведение информации о них до оператора процесса;
• формирование отчетности о выполнении процесса и выработке продукции.

Системы оперативного управления производством (MES-системы)

Данная группа систем автоматизации решает задачи оперативного планирования и управления производством.

Использование MES-систем позволяет предприятию не только повысить фондоотдачу технологического оборудования, но и снизить себестоимость выпуска продукции за счет контроля и оптимизации всех производственных процессов — от формирования задания на производство до момента выпуска готовой продукции.

Согласно международному стандарту ISA-95 любая MES-система должна быть способна автоматизировать решение следующих вопросов:

1. Как производить? (формирование технологической цепочки производства продукции).

2. Что может быть произведено? (определение доступных ресурсов для выпуска номенклатуры продукции).

3. Когда и что производить? (составление сменных заданий на выпуск продукции).

4. Когда и что было произведено? (контроль и анализ фактического выполнения заданий на выпуск продукции).

Такие системы автоматизации производства решают намного больший круг задач по сравнению со SCADA-системами:

• распределение и контроль статуса ресурсов (построение модели производства, централизованное хранение, быстрый и удобный поиск данных по спецификациям сырья и материалов, упаковки и тары, готовой продукции, норм качества и т. д.);
• диспетчеризация производственных процессов (управление заданиями на выпуск продукции, управление сырьем и полуфабрикатами, контроль выполнения плана производства, контроль остатков);
• сбор данных, управление качеством (прием данных от SСADA-систем, проверка качества и достоверности данных, сбор и архивирование, долговременное хранение, управление лабораторными данными);
• управление техническим обслуживанием оборудования;
• анализ производительности технологического процесса (статистический и математический анализ, контроль производительности процесса, расчет технико-экономических показателей, учет времени работы и простоя оборудования, создание отчетов);
• составление производственных расписаний;
• контроль документов (электронный документооборот);
• управление трудовыми ресурсами (управление персоналом);
• координация технологических процессов и отслеживание готовой продукции.

Функции MES-систем оперативные, поэтому направлены на регулирование и управление производственными процессами не всего предприятия, а его конкретной единицы — цеха/подразделения/участка.

Смысл использования таких систем заключается в выполнении двух основных функций:

1) оперативно-календарное планирование выпуска продукции в производственной единице предприятия;

2) диспетчеризация производственных процессов во время выпуска продукции.

Все остальные функции MES-систем вспомогательные, направлены на обеспечение качественной реализации указанных основных функций.

Системы управления потребностями в материалах и производственными ресурсами (MRP-системы)

MRP-системы решают такие задачи управления производством, как планирование потребностей предприятия в сырье и материалах для выпуска продукции и планирование производственных ресурсов в рамках всего предприятия.

С одной стороны, эта группа систем автоматизации управления производством функционирует в рамках потребностей и ресурсов всего предприятия, с другой — выходит за рамки производственных процессов и увязывает их с другими процессами производства.

В таблице 1 представлены основные функции MRP-систем в рамках планирования потребностей предприятия в сырье и материалах, а также в рамках планирования производственных ресурсов.

Конечный результат реализации функций MRP-систем в рамках планирования потребностей предприятия в сырье и материалах — план-график снабжения материальными ресурсами всего производства (содержит данные о потребностях предприятия в каждой учетной единице сырья, материалов и комплектующих запасных частей для каждого планового периода).

Реализация функций MRP-систем в рамках планирования производственных ресурсов позволяет предприятию:

• обеспечить оптимальность процесса выпуска продукции;
• повысить производительность труда работников производства;
• минимизировать запасы ТМЦ и готовой продукции;
• снизить расходы на закупку и хранение запасов сырья, материалов, комплектующих и запчастей.

Материал публикуется частично. Полностью его можно прочитать в журнале «Планово-экономический отдел» № 8, 2021.

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.

Структура

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.