Интегрирующая автоматика.
АСУ И обеспечивает информационную интеграцию нескольких АСУ Л в единую систему через информационный обмен по каналам связи.
Состоит из
технических средств СПИУ (аппаратная часть (компонента) компьютера, автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера);
обычного системного ПО (например, Windows ХХ) с развитыми графическими средствами,
SCADA - системно – прикладного программного обеспечения (ПО), обеспечивающего:
информационную интеграцию всех элементов АСУ И в единую систему;
требуемое функционирование этой системы;
ЧМИ;
среду программирования собственных функций.
технических средств информационной связи со всеми АСУ Л, входящими в эту систему.
SCADA (Supervisory Control And Data Asquisition) – система сбора данных и оперативного диспетчерского управления.
Диспетчер – специалист, дистанционно (удаленно) обеспечивающий общее управление средствами автоматики, входящих в АСУ И (обычно - нескольких АСУ Л или единиц автоматизированого оборудования, производственного участка, цеха).
Обобщенная схема АСУ И с шинной топологией связи показана на рис.1.3.
…
Рис.1.3. Обобщенная схема АСУ И
Обобщенная архитектура систем па
Обобщенная архитектура систем ПА в общем случае является:
многоуровневой – может быть представлена в виде набора достаточно однородных слоев (уровней) по функциям и масштабам управления,
иерархической – масштаб и значимость функций управления возрастает от уровня к уровню
Обобщенная архитектура систем ПА показана на рис.1.4,5.
Рис.1.4.Типовая функциональная схема современной ПА.
Пример типовой 3-уровневой СА показан на рис.1.5
Низший (нулевой) уровень - включает датчики: (например, температуры, давления, концевые выключатели, дискретные датчики наличия объекта, напряжения питания) и ИсУ (актуаторы) (например, реле, контакторы, приводы клапанов, электродвигатели и т.д.). Датчики и актуаторы могут иметь интерфейсы типа AS-интерфейса (ASI), 1-Wire или CAN, HART и др. Морально устаревшими интерфейсами нулевого уровня являются аналоговые интерфейсы 4...20 мА, 0...20 мА, 0...5 В и др.
В настоящее время для сложных (например, радарных уровнемеров) или особо малогабаритных (например, датчик температуры DS-1821, размером в 5мм) датчиков наметилась устойчивая тенденция к их интеллектуализации: встраиванию микроконтроллеров с возможностями коммуникации данных, периодической автоматической калибровкой и компенсаций нелинейностей. Они обладают в пределах сети свойством взаимозаменяемости, в частности имеют один протокол обмена и интерфейс связи, а также нормированные метрологические характеристики и возможность смены адреса перед физической заменой.
Первый (операторский) уровень состоит из СПИУ, средств в-в и ЧМИ. СПИУ могут обмениваются информацией по промышленным полевым сетям (Fieldbus) типа Modbus RTU, TCP, Profibus и др. Иногда обособленные средства (модули) в-в выделяют в отдельный уровень иерархии.
Рис.1.5.Типовая распределенная 3-уровневая СА
У
ровень
4 Высшее
руководство
АСУ П
Уровень 3 Управление
цехом
Уровень 2 Системы
диспетчерского АСУ И
управления
Уровень 1 Системы программного
управления оборудованием АСУ Л
Уровень 0 Датчики и исполнительные
устройства
Рис.1.6. Обобщенная архитектура систем ПА
Второй (диспетчерский) уровень состоит из рабочих станций - компьютеров с ЧМИ. Наиболее распространенным ПО являются SCADA-пакеты и ОРС-серверы. Диспетчер осуществляет наблюдение за ходом ТП или управляет им с помощью SCADA через манипуляциями с мнемосхемами на экране компьютера. Диспетчерский компьютер или ОРС-сервер выполняет также архивирование собранных данных, записывает действия (команды) оператора, анализирует сигналы системы технической диагностики, данные аварийной и технологической сигнализации, сигналы срабатывания устройств противоаварийных защит, а также выполняет часть неформализованных алгоритмов управления ТП. Благодаря объединению диспетчерских компьютеров в сеть наблюдение за процессами может быть выполнено с любого компьютера сети, но управление, во избежание конфликтов, допускается только с одного компьютера или функции управления разделяются между несколькими компьютерами.
Права операторов и диспетчеров устанавливаются средствами ограничения доступа.
Важная функция 2-го уровня:
ведение баз данных реального времени;
обмен данными с 3-м уровнем иерархии системы управления.
Третий уровень (уровень управления цехом, предприятием) - АСУ предприятием (АСУ П) является средством интеграции систем АСУ ТП с системами экономического управления подразделениями или предприятием в целом. В зависимости от размеров корпорации общая система управления может включать еще более высокие уровни управления, обеспечивать интеграцию с высшим руководством, которое может быть расположено в различных странах и на разных континентах земного шара.
Автоматизированная система управления предприятием (АСУ П) – бизнес – уровень управления, обеспечивает информационно-автоматизированное (компьютерное) управление экономикой предприятия, включая управление материальными, энергетическими, финансовыми и другими ресурсами и потоками этого предприятия и включает все его АСУ И
На уровне АСУП решаются следующие основные задачи:
ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия;
MRP (Manufacturing Resource Planning) - планирование ресурсов технологических подразделений предприятия;
MES (Manufacturing Execution Systems) - управление производственными ресурсами;
HRM (Human Resource Management) - управление человеческими ресурсами;
ЕАМ (Enterprise Asset Management) - управление основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами.
В настоящее время АСУ П в России встречается весьма редко и в данном курсе не рассматривается.
Примечания 1:
В целом архитектура АСУ Л (рис.1.1) во многом напоминает строение человека: роль органов чувств выполняют датчики, роль рук, ног - ИсУ, органы речи и слуха обеспечивают обмен данными, роль мозга выполняет СПИУ, программой функционирования является накопленный опыт жизнедеятельности (видимо, в постановке нечеткой логики). Благодаря такой аналогии архитектура системы автоматизации (СА) обычно понятна на интуитивном уровне. Однако при разработке конкретной системы возникает множество сложных практических вопросов, касающихся стандартизации, безопасности, коммерческой эффективности, технологичности, точности, надежности, совместимости, удобства технического сопровождения и т.п., которые и будут рассмотрены далее.
Основной вид энергии используемой современным оборудованием – электрическая и основой движущей силой рабочих органов являются различные электроприводы (например, переключающие устройства приводов). Однако при необходимости получения больших механических усилий в оборудовании используется и более эффективная для этих целей пневматическая энергия (сжатого воздуха), а для получения очень больших усилий – гидравлическая энергия (давление жидкости). Управление клапанами в этих случаях, обычно, производится относительно маломощными электрическими приводами по сигналам ИсУ или средств вывода, в т.ч. и через различные дополнительные электросогласующие устройства.
Другие виды алгоритмически управляющих устройств ПА. Кроме использования информационных СПИУ, в промышленности в относительно небольшом количестве сохранились также другие способы автоматизации оборудования (т.е. технического выполнения нужного алгоритма функционирования):
релейный – системы с алгоритмом в виде нужной схемы соединений набора последовательно срабатывающих многоконтактных электротехнических реле, таймеров, шаговых электродвигателей и т.д.,
пневматический или гидравлический – системы в виде нужной схемы соединения трубопроводов и набора различных клапанов и других управляемых элементов трубопроводной арматуры,
механический, чаще всего кулачковый – системы в виде подпружиненного штока, скользящего по торцевым поверхностям пакета твердых металлических кулачков, жестко установленного на вращающейся оси и прикладывающего механическое усилие на соответствующий рабочий инструмент через шток (Приложение 1.1),
другие.
Релейная автоматика – хронологически первая в ПА (компания Alen Bredly, 1951г) достаточно широко используется в настоящее время только в защитных системах электроэнергетики управляя значительными токами с высоким быстродействием.