Что является главной целью создания АСУ ТП? Можно дать такой лаконичный ответ: мобилизация резервов повышения эффективности деятельности. На базе чего она строится? На основе комплекса экономико-математических методов, реализуемых на ЭВМ.

Основные понятия. Функции  

Автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) обозначают сложным человеко-машинным ансамблем. Он составлен из различных инструментов: технических и программных. Посредством этих элементов создаются АСУ. Они осуществляют мониторинг работы оборудования. Кроме того, могут контролировать производственный процесс по установленным заранее критериям. Человек в ней выступает субъектом труда, участвуя в выработке команд управленческого типа. Внедрение АСУ ТП обеспечивает автоматизацию технологических операций на производстве, оптимизацию работы управляемых объектов на основе установленных критериев через оказание управляющих действий.

Введем еще одно важное понятие – технологический объект управления (ТОУ).  Этот термин объединяет устройства и соответствующие ТП, реализуемые на них по исходным инструкциям. Примеры ТОУ:

- агрегаты, установки, осуществляющие ТП;

- цех, предприятие, на котором реализуется производственный процесс при условии, что управление ими имеет преимущественно технологический характер. Другими словами, когда реализуются рациональные условия работы имеющихся агрегатов на разных участках или в целом на производстве.

Основные этапы создания АСУ ТП проектирование и разработка. Уже на начальном этапе должна быть осуществлена постановка запланированных результатов функционирования системы. Такими результатами, на достижение которых ориентирована система, например, можно считать:

- экономию различных экономических ресурсов (топлива, сырья, материалов);

- безопасность функционирования объектов, а также ее обеспечение;

- достижение требуемого качества конечного изделия (продукта);

- сведение к минимуму использование живого труда;

- обеспечение оптимальной загрузки техники;

- вопросы оптимизации условий функционирования оборудования.

Осуществление управляющих команд гарантировано, когда четко взаимодействуют ресурсы, образованные техническими, информационными, организационными, программными средствами, а также персоналом.

Состав АСУ ТП

Охарактеризуем эти составляющие. Блок технического обеспечения (ТО) составлен из технических компонентов, необходимых для работы системы. Комплекс технических средств (КТС) состоит из совокупности компонентов, в числе которых:

- вычислительные, управляющие блоки;

- датчики, преобразовывающие, хранящие, отображающие, регистрирующие эту информацию или сигналы;

- устройства, позволяющие передавать сигналы исполнительным органам.

Программное обеспечение (ПО) задается группой программ, которые необходимы для того, чтобы реализовать функции АСУ ТП, обеспечить работу технических средств и возможное развитие самой системы. ПО принято подразделять на два вида: общее и специальное. Общее ПО входит в комплект вместе с вычислительной техникой. К этой категории относятся такие продукты, которые:

- позволяют системе функционировать, развиваться;

- автоматизировать процесс разработки утилит, компоновать ПО;

- способны обеспечить функционирование вычислительной техники;

- служат для организации, трансляции программ;

- относятся к стандартным программам.

Разработка программного обеспечения АСУ ТП в части специального ПО производится на основе и с применением программ, относящихся к общему виду. К ним можно отнести программы, реализующие набор основных (управляющих и информационных), а также вспомогательных функций. Образцы функций вспомогательного характера:

- обеспечить функционирование КТС;

- проверить ввод информации;

- контролировать функционирование КТС.

Программирование АСУ ТП предполагает сохранение и передачу специальных программ, обладающих перспективой многократного применения соответствующим фондам. Кроме того, они могут быть переданы фирмам-изготовителям, создающим вычислительную технику. Такие программы включаются в комплект общего ПО.

Блок информационного обеспечения (ИО) наполнен: информацией, массивами данных и документами, классификационными системами, обеспечивающими функционирование АСУ ТП. Организационное обеспечение (ОО) – описания, инструкции, регламенты, которым следует оперативный персонал. К оперативному персоналу (ОП) следует отнести технологов-операторов, а также персонал по эксплуатации.  

Классификация

Планирование и проведение разработок АСУ ТП проводится с учетом того, что эти системы отличаются большим разнообразием. Поэтому, решая комплекс научно-технических, организационных задач, приходится сталкиваться с проблемой классификации АСУ ТП. В качестве классификационного признака можно выбрать существенные факторы (показатели), присущие этим системам. Выбор того или иного признака определяется поставленными целями:

- выбор системы-аналога на раннем этапе, когда начинается разработка АСУ ТП;

- оценка ресурсов, связанных с укрупнением работ;

- установление качества всей системы, ее капиталоемкости.

Исходя из сказанного, классификационными признаками выбираются параметры, определяемые:

- уровнем, занимаемом АСУ ТП в общей структуре производства;

- временным характером осуществления ТП;

- индексом, характеризующим условную информационную мощность;

- критерием, определяющим функциональную надежность;

- тем, как функционирует управляющая система.

Приведем примеры соответствующих классификаций по первым 2-м указанным признакам.  

В таблице 1 указана классификация, основанная на таком признаке, как уровень, отводимый в производственной структуре.

Таблица 1

Классификация АСУ ТП (уровень, отводимый в производственной структуре)

Класс	Кодовый индекс	ТОУ
Нижний уровень	1	Набор агрегатов, установок, участков
Верхний уровень	2	Различные установки, цеха, целое производство (без АСУ ТП нижнего уровня)
Многоуровневые	3	То же, что в классе 2, с добавлением  систем нижнего уровня

По тому, как хронологически протекает ТП, классификация систем осуществляется согласно данным таблицы 2.

Таблица 2

Классификация АСУТП (характер протекания управляемого ТП)

Класс	Кодовый индекс	Характер ТП
В случае непрерывного ТП	н	Непрерывного типа, при условии длительной поддержки режимов, почти установившиеся, реагенты и сырье подается бесперебойно
В случае непрерывно- дискретного ТП	п	Наличие непрерывных и прерывистых условий работы различных агрегатов сочетаются
В случае дискретного ТП	д	Имеет прерывистый характер, но  без отражения  на управление периодом  технологической операции

Уровни АСУ ТП и разработка ПО

Разработка по АСУ ТП осуществляется с учетом наличия 4-х уровней:

• полевого уровня или ТП;
• контроллерного уровня или контроля ТП;
• сетевого уровня или магистральной сети;
• верхнего уровня или человеко-машинного интерфейса.

На полевом (нижнем) уровне происходит накопление информации, обеспечивающей работу всей системы. Этот уровень гарантирует адресное поступление управляющих воздействий. В комплект оборудования этого уровня включены: преобразователи (датчики), механизмы и исполнительные органы.

На контроллерном уровне осуществляют сбор, начальную обработку сигналов (дискретные/аналоговые), формируют управляющие сигналы, направляемые на исполнительные органы. Задача оборудования этого уровня – обеспечение необходимого распределения сигналов (входных/выходных), аналого-цифрового, цифро-аналогового преобразования.  

Сетевой уровень выступает в роли связующей цепи между контроллерами, а также операторными станциями. В его основе цифровая сеть, собранная из множества узловых точек. Между ними предусмотрен цифровой способ обмена информации. Однако, на сегодняшний день не существует стандартной сети.

Верхний уровень характеризуется тем, что на нем визуализируется, а также происходит взаимодействие системы с человеком (диспетчером или оператором). ПО плюс оборудование этого уровня ориентировано на выполнение информационных функций, связанных со сбором, обработкой, хранением, выдачей информации по команде диспетчера. Оператор (диспетчер) взаимодействует с ТП посредством интерфейса.

Процесс разработки ПО, обслуживающего верхний и полевой уровни АСУ ТП, является комплексным. Он начинается с этапа, на котором изучается объект автоматизации. После определения специалистами актуального состояния предприятия, они приступают к составлению, а также согласованию с клиентом технического задания (ТЗ). После утверждения ТЗ следует приступить к подбору технических средств, соблюдая, оптимальное соотношение по шкале цена/качество. Этап создания проектной документации, как правило, сопровождается составлением  электрических схем, описанием баз данных, алгоритмов.      

Таким образом, задачами внедрения АСУ ТП является улучшение следующих критических показателей, в числе которых:

- снижение количества аварийных случаев, периода простоя технологического оборудования;

- снижение затрат на ремонт благодаря мгновенному определению неисправностей, уменьшению эксплуатационной трудоемкости;

- увеличение производительности труда путем уменьшения дублированных функций;

- повышение качества выпускаемой продукции;

- улучшение условий деятельности, повышение уровня безопасности.

Конкретные производственные и экономические цели определяют выбор тех или иных подсистем и групп задач АСУ ТП. При этом необходимо опираться на имеющиеся типовые проектные решения, пакеты прикладных программ, позволяющих снизить затраты на разработку и внедрение ПО.