Автоматизація систем управління: рівні, засоби, особливості і сфери застосування

Автоматизація систем управління (АСУ) - це інформаційна система, яка призначена для автоматизованого здійснення управлінських процесів. Варто зазначити, що впровадження такої технології повинно бути виправдано з техніко-економічної точки зору. Найчастіше установка такої системи дозволяє добитися того, що скорочується чисельність робочого персоналу, збільшується ефективність управління, підвищується якість функціонування об'єкта.

Вимоги до АСУ

До автоматизації системи управління пред'являється ряд деяких вимог. По-перше, дуже важливо, щоб всі елементи могли бути пов'язані один з одним, а також мали зв'язок з автоматизованою системою, яка пов'язана з АСУ. Крім того, тут дуже важливо, щоб система мала можливості розширення, розвитку і модернізації. Це робиться з розрахунком на те, що в майбутньому підприємство буде розвиватися і знадобиться більш модернізована система.


По-друге, що не менш важливо, система автоматизації управління повинна володіти достатнім ступенем надійності. Іншими словами, вона повинна на 100 % забезпечувати безпеку при роботі з початково заданими параметрами. Ще одна важлива вимога - це адаптивність. Система повинна бути налаштована таким чином, щоб вона могла змінюватися в умовах зміни параметрів. Однак тут варто сказати, що діапазон змін обговорюється заздалегідь, до встановлення АСУ, а тому ці межі змін вводяться заздалегідь в систему. Система автоматизації управління повинна забезпечувати можливість контролю її роботи. Крім того, дуже важливо, щоб при виникненні неполадок система могла провести діагностику і вказати на місце, вид і причину виникнення тієї чи іншої проблеми. Останнє важлива вимога до АСУ - це захист від неправильних дій персоналу. При випадкових або навмисних змінах параметрів, які можуть привести об'єкт до критичного стану, система управління повинна бути захищена. Також це правило поширюється на той випадок, якщо десь з'явиться витік інформації.

Частини АСУ. Функціональна

В даний час будь-яку інформаційну систему, включаючи систему автоматизації управління підприємством, можна умовно розділити на дві складові. Перша - це функціональна, друга - забезпечує. Перша частина відповідає за той аспект дій, при якому створюється кожна окремо взята система. Сукупність цих окремих завдань і створює функціональну частину загальної системи. Далі треба звернути увагу на те, що будь-яка АСУ повинна виконувати наступні дії:

вона повинна збирати, обробляти та аналізувати всю інформацію, яка стосується стану об'єкта;

система повинна бути здатна розробляти методи керуючих впливів при виникненні такої необхідності;

АСУ також повинна бути здатна передавати керуючі впливу до виконавчих елементів, а також передавати дані на контроль оператору;

реалізація та контроль вироблених керуючих впливів також лежить на системі управління.

Забезпечуюча частина АСУ. Інформаційна частина

Друга велика частина - це забезпечує. Вона дещо складніше, і її умовно поділяють на декілька більш дрібних виконавчих груп, в які входять такі розділи:

програмно-математичний;

інформаційний;

технічний;

методико-організаційний;

лінгвістичний;

кадровий.

Робота системи автоматизації управління підприємством, а точніше її забезпечує частини, ґрунтується на тому, що вона збирає повну інформацію про об'єкті. На основі отриманої інформації, куди входять дані про кодування, методи адресування, формати даних і т. д., буде відбуватися функціонування АСУ. Потрібно розуміти, що велика кількість інформації вимагає місця для зберігання. З цієї причини всі отримані дані збираються у великі бази, які згодом зберігаються на машинних носіях. Тут важливо розуміти, що зберігати всю інформацію від початку роботи і донині неможливо, так як її занадто багато. Тому всі збережені дані перезаписуються на носіях з певної періодичністю, яка необхідна для нормально роботи об'єкта. Крім того, кожна така система автоматизації управління технологічним процесом має якесь резервне сховище даних. Воно призначене для того, щоб була можливість відновити втрату інформації, якщо який-небудь прилад вийшов з ладу.

Програмно-математична частина

Відразу варто відзначити, що вона є найбільш важливою в будь-якій системі управління на сьогоднішній день. В програмну частину даного виду входить будь-яке програмне забезпечення, яке займається виконанням всіх завдань, поставлених перед системою, а також забезпечує нормальну роботу всього комплексу технічних засобів, що використовуються на даному підприємстві. Математична ж частина - це сукупність всіх математичних формул, моделей, алгоритмів, що використовуються при роботі інформаційної системи.
Програмне забезпечення системи управління автоматизацією технологічного процесу повинно повністю задовольняти виконання всіх функцій, які вимагаються від об'єкта автоматизації. Тут важливо відзначити, що всі ці функції реалізуються за допомогою обчислювальних засобів. Існує кілька певних властивостей, яким повинна задовольняти програмна частина АСУ:

Функціональна достатність. Тобто система повинна бути повноцінною.

Важливо, щоб система не була надійною, але і мала властивість відновлюватися, а також визначати причину виникнення поломки.

Система повинна адаптуватися під змінні параметри об'єкта.

При виникненні необхідності повинна бути можливість модифікації.

Модульність побудови, а також зручність в експлуатації - також важливі складові системи.

Технічний розділ

Тут все досить просто. Технічне забезпечення включає в себе наявність всіх технічних засобів, які необхідні, щоб забезпечити максимальну функціональність АСУ. На цьому розділі найсильніше позначається розвиток комп'ютерних технологій і обчислювальної техніки. Завдяки розвитку цих двох напрямків різноманітність технічних засобів вимірювання стає все ширше, а самі по собі вони здатні вирішувати все більш широкий спектр завдань.

В даний час системи і технічні засоби автоматизації і управління можна розділити на дві великі групи. Перша група - це засоби комунікації, а друга - засоби організаційної техніки. Тут необхідно розуміти, що технічні засоби автоматизації використовуються на всіх стадіях роботи АСУ, від фіксування параметрів до їх зберігання, а також з їх допомогою вдається зв'язати всю систему управління в єдину мережу. Якщо говорити окремо про засоби комунікації, то вони, в першу чергу, виконують роль передавачів інформації від одного пристрою до іншого. В деяких рідкісних випадках вони працюю разом з обчислювальною технікою. Організаційна техніка - це прилади, які дозволяють проводити різні операції з раніше отриманою інформацією. Досить важливе правило полягає в тому, що будь - технічний засіб АСУ при його поломці має без проблем замінюватися на аналогічне, при цьому без необхідності проводити його повторне налаштування.

Методико-организацонный розділ системи

Проектування системи автоматизації управлінням передбачає наявність такого розділу, як методико-організаційний. Це відгалуження АСУ являє собою сукупність методів, засобів і деяких спеціальних документів, які встановлюють порядок роботи не тільки самої системи, але і персоналу, який її обслуговує. Крім того, тут також є документи, які систематизують порядок роботи персоналу при взаємодії один з одним. Сюди ж входять деякі методи, у результаті яких проводиться навчання персоналу роботі з певною інформаційною системою. Іншими словами, це розділ, який зачіпає не тільки саму систему, але і людський фактор.
Основна мета даного розділу полягає у тому, щоб постійно підтримувати працездатність системи, а також забезпечувати можливість її подальшого розвитку, якщо необхідно. Можна додати, що даний розділ містить інструкції, які стосуються того, що необхідно робити персоналу під час роботи АСУ, щоб підтримувати її нормальне функціонування. Також тут зберігаються файли, які несуть у собі інформацію, що необхідно робити, якщо система перейшла в аварійний режим або ж просто не функціонує так, як це необхідно.

Лінгвістика

Останній розділ забезпечуючої частини АСУ - це лінгвістичний. Природно, що дана система - це мовна сукупність. Сюди входять мови спілкування персоналу, який обслуговує систему автоматизації виробничого управління, а також її користувачів з такими частинами самої системи, як технічна, інформаційна та програмно-математична. Тут також є розшифровки всіх термінів і визначень, якими користується АСУ під час своєї роботи. Під час роботи дуже важливо, щоб оператори могли своєчасно та зручно спілкуватися з системою управління. Саме за рахунок лінгвістичного забезпечення і досягається необхідну зручність, однозначність і стійкість даного спілкування. Потрібно лише додати, що тут необхідно наявність технічних засобів, які будуть виправляти помилки, якщо такі будуть допущені під час спілкування користувача і системи автоматизації. На сьогоднішній день є два різних підходу при роботі з АСУ. Перший шлях, по якому здійснюється процес управління автоматизацією, - це встановлення і використання комп'ютерної техніки. Ці кошти будуть використовуватися лише для того, щоб спростити деякі операції, що виникають при роботі з документами. На сьогоднішній день такий спосіб вважається малоефективним, оскільки він не дозволяє повністю розкрити потенціал комп'ютерної техніки нинішнього рівня. Другий метод принципово відрізняється від першого, і полягає в тому, що на підприємстві створюється комплексна система автоматизації управління об'єктами. В такому випадку на техніку передається не тільки управління документами, але і базами даних, експертні системи, засоби комунікації, а також безліч інших функцій.

Нижній і середній рівень АСУ

Будь АСУ ТП на сьогоднішній день можна умовно розділити на кілька рівнів. Автоматизація системи управління на даний момент має три таких рівня. Нижній рівень - це датчики, а також вимірювальні пристрої, які ведуть контроль над керованими характеристиками. Крім того, сюди входять також і виконавчі пристрої, від яких як раз і залежить значення характеристик. На даному рівні здійснюється лише мінімальна управління, яке полягає в тому, що узгоджується сигнал з датчика з входом контролюючого приладу. Також відбувається обмін сигналів, вироблюваних цими приладами, з виконавчими механізмами. Наступний середній рівень - це управління обладнанням. Якщо говорити іншими словами, на цій сходинці управління знаходяться програмовані логічні контролери. Ці ПЛК здатні приймати сигнали, які надходять від вимірювального обладнання, а також від датчиків, що стежать за станом технологічного процесу. Згідно з отриманою інформацією, а також тими даними, які встановлюються користувачем, ПЛК формує керуючий сигнал, що передається на виконавчий механізм чіткою командою.

Верхній рівень

Автоматизація управління в технічних системах має також третій, вищий рівень. Таким обладнанням є операторські та диспетчерські станції, мережеве устаткування, промислові сервера. Саме на даному етапі здійснюється повний контроль над ходом виконання технологічних операцій на об'єкті з боку людини. Крім того, тут же забезпечується зв'язок з двома попередніми рівнями, що дозволяє успішно проводити збір будь-якої необхідної інформації. На даному етапі використовується HMI, SCADA. Перше - це людино-машинний інтерфейс, за допомогою якого менеджер здатний відстежувати хід технологічних операцій на об'єкті. Сюди входять різні монітори або графічні панелі, які найчастіше встановлюються на шафах автоматизації і призначені лише для виведення інформації про об'єкт та про хід процесу. Для того щоб здійснювати контроль над засобами автоматизації і системою управління, є SCADA система, що припускає наявність диспетчерського управління і можливість збору даних. Якщо говорити простіше, то ця мережа дозволяє встановити програмне забезпечення, яке можна налаштувати і встановити на комп'ютери диспетчерів. Всі найбільш важливі дані, які збирає ПЛК на середньому рівні, збираються, зберігаються і візуалізуються за допомогою цієї системи. Основа автоматизації полягає саме тут, так як SCADA здатна не тільки приймати інформацію, але і порівнювати її з тією, яка була введена оператором. Якщо відбувається відхилення якого-небудь параметра від заданого значення, то система повідомляє користувача про це за допомогою сигнальної тривоги. Деякі системи мають можливість не тільки контролю, але й автоматичної зміни будь-яких значень для того, щоб повернути вийшла за межі встановлених рамок значення.

Засоби автоматизації

Система автоматизації управління персоналом, технологічним процесом здійснюється за рахунок технічних засобів автоматизації, або ТСА. Іншими словами, це прилади, які можуть самі по собі бути технічним засобом і здійснювати яку-небудь діяльність, так і входити до складу програмно-апаратного комплексу. Найчастіше ТСА є базовим елементом системи автоматизації. Сюди можна віднести все обладнання, яке фіксує, обробляє, передає інформацію. За допомогою таких засобів є можливість контролю, регулювання та спостереження за автоматизованими аспектами виробничого процесу. Є ТСА, які здійснюють контроль над яким-небудь параметром. Це можуть бути датчики тиску, температури, рівня, ємнісні датчики, лазерні і т. д. Далі йдуть інформаційні ТСА, основне завдання яких - це передача отриманої від датчиків інформації. Іншими словами, це сполучна ланка між нижчим рівнем і контрольним устаткуванням, що стоять на вищому рівні. Контрольне устаткування має можливість повної або часткової зупинки виробничого процесу до тих пір, поки не буде усунена причина зупинки. Також деякі просунуті системи можуть самостійно займатися усуненням неполадок. У такому разі вони відносяться до самовосстанавливающимся систем контролю і управління.