Требования к современным системам управления производства

В современном промышленном производстве все большее значение приобретает возможность оперативного доступа к достоверной и точной информации из любой точки управления производством, поскольку это определяющим образом влияет на эффективность работы предприятия, включая производительность труда, качество и конкурентноспособность выпускаемой продукции.

Эта проблема решается путем создания интегрированной многоуровневой распределенной АСУ.

Интегрированная система автоматизации предприятия может быть представлена в виде пяти уровневой пирамиды.

Нижний, нулевой уровень системы включает набор датчиков и исполнительных устройств, встраеваемых в конструктивные узлы технологического оборудования и предназначенных для сбора первичной информации и реализации исполнительных воздействий. Этот уровень называется уровнем ввода – вывода

Первый уровень служит для непосредственного автоматического управления технологическими процессами с помощью различных УЗО и ПК. Этот уровень получил наименование – непосредственное управление.

Второй уровень имеет название – диспетчерское управление технологическим процессом предназначен для отображения (или визуализации) данных в производственном процессе и оперативного комплексного управления различными агрегатами, в том числе и с участием диспетчерского персонала.

Третий уровень – средства управления производством в- выполняет упорядоченную обработку информации о ходе изготовления продукции в различных цехах, обеспечивает управление качеством, а также является источником необходимой информации в реальном времени для верхнего уровня управления предприятием.

Четвертый – верхний уровень управления определяется, как - планирование ресурсов предприятия. В России системы этого уровня больше известны под именем АСУП. Они предназначены для автоматизации планирования производства и финансовой деятельности, снабжения и продаж, анализа и прогнозирования и т.д.. Наиболее известные системы этого уровня предлагаются компаниями SAP, Oracle, BAAN и др.

Эту модель комплексной автоматизации предприятия можно упрощать, объединяя любые два соседних уровня, но принципиально подход остается одинаковым (рис.1.).

Нижние уровни автоматизации составляют АСУТП и являют­ся предметом нашего рассмотрения. АСУП здесь не рассматри­ваются.

В соответствии с современной идеологией основные задачи управления решаются на нижних уровнях системы, что позволя­ет повысить реактивность системы и разгрузить вычислительную сеть от передачи излишней информации. На верхние уровни уп­равления возлагаются только те задачи, для выполнения которых вычислительные средства нижних уровней не приспособлены, например, отображение текущего состояния автоматизируемого производства.

Детализируем теперь основные задачи, решаемые на различ­ных уровнях управления.

Первый уровень (управление агрегатом) характеризуется сле­дующими показателями:

• предельно высокой реактивностью режимов реального времени;

• предельной надежностью (на уровне надежности основного оборудования);

• возможностью встраивания в основное оборудование;

• функциональной полнотой модулей УСО;

• возможностью автономной работы при отказах комплексов уп­
равления верхних уровней;

• возможностью функционирования в цеховых условиях.

В промышленные контроллеры загружаются программы и данные из ЭВМ второго уровня, уставки, обеспечивающие коор­динацию и управление агрегатом по критериям оптимальности управления технологическим процессом в целом, выполняется вывод на второй уровень управления служебной, диагностичес­кой и оперативной информации, т. е. данных о состоянии агрега­та, технологического процесса.

Особенность обмена информацией между первым и вторым уровнями состоит в высокой степени регулярности. Необхо­димость обмена информацией в темпе реального процесса на­кладывает достаточно жесткие ограничения на этот режим. В данном случае применимы режимы обмена, соответствующие локальным промышленным сетям, которые в настоящее время выполняются в стандартах Bitbus, Profibus и т.п. Первый уровень управления реализуется, например, на промышленных конт­роллерах СМ1820М.ПК, Allen-Bradley, ЭМИКОН, МИК, СИКОН и др.

Второй уровень управления должен обеспечивать:

• диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по
его графическому отображению на экране в реальном масштабе
времени;

• расчет и выбор законов управления, настроек и уставок, соот­ветствующих заданным показателям качества управления и те­кущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;

• хранение и дистанционную загрузку управляющих программ в ПК;

• оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моде­лей по результатам обработки информации от первого уровня;

• синхронизацию и устойчивую работу систем типа «агрегат» для группового управления технологическим оборудованием;

• ведение единой базы данных технологического процесса (ре­альное время);

• контроль работоспособности оборудования первого уровня, ре­
конфигурацию комплекса для выбранного режима работы (в том числе переход на резервную схему в случае отказа отдель­ных элементов);

• связь с третьим уровнем.

Отвечая этим требованиям, ЭВМ на втором уровне управле­ния должны иметь достаточно высокую производительность как при решении задач в реальном времени, так и при обработке гра­фической информации, обеспечивая работу в реальном времени с базами данных среднего объема и с расширенным набором ин­теллектуальных видеотерминалов. Второй уровень управления реализуется на базе специализированных промышленных УВК, например СМ1820М.ВУ, или в ряде случаев на базе ПЭВМ типа IBM PC. Диспетчерский интерфейс реализуется SCADA-системами (см. разд. 5.2), например широко известным пакетом In Touch фирмы \\bnderware.

Машины второго уровня должны объединяться в однородную локальную сеть предприятия (типа Ethernet) с выходом на третий уровень управления.

Третий уровень характеризуется необходимостью решения за­дач оперативной упорядоченной обработки первичной информа­ции из цеха и передачи этой информации на верхний уровень планирования ресурсов предприятия. Решение этих задач на дан­ном уровне управления обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха как единого организационно-технологического объекта по заданиям, поступающим с верхнего уровня, и при оперативном учете текущих параметров, определяющих состоя­ние объекта управления. Эти требования удовлетворяются ПЭВМ типа IBM PC или в СМ ЭВМ моделями мегамини-ЭВМ СМ17ХХ. Сегодня решение этих задач возлагается обычно на серверы в локальных сетях предприятия.

Задачи, решаемые на четвертом уровне (планирование ресур­сов предприятия), в аспекте требований, предъявляемых к ЭВМ, отличаются главным образом повышенными требованиями к ре­сурсам (например, для ведения единой интегрированной — цент­рализованной или распределенной, однородной или неоднород­ной — базы данных, планирования и диспетчирования на уровне предприятия в целом, автоматизации обработки информации в основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях предприятия: бухгалтерский учет, материально-техническое снабжение и т.п.). Обычно для решения задач данного уровня выбирают универсальные ЭВМ, а также многопроцес­сорные системы повышенной производительности. Вычисли­тельная сеть предприятия может подключаться к региональным (протокол Х.25) и глобальным (протокол TCP/IP) сетям в соот­ветствии со стандартами взаимосвязи открытых систем.

Исторически сложилось так, что верхний (четвертый) уро­вень (АСУП) и нижние три (АСУТП) развивались независимо друг от друга; фактически отсутствовал достаточно интеллекту­альный интерфейс, который бы их объединял. Это обстоятельст­во на современном уровне развития промышленности стало тор­мозящим фактором. Для эффективной работы производственно­го предприятия и для принятия на верхнем уровне как стратеги­ческих, так и тактических решений требуется интеграция всех си­стем управления производством.

Возможности систем управления производством во многом определяются составом и функциями комплекса инструменталь­ных программных средств, предназначенного для построения ав­томатизированных систем управления технологическими Про­цессами и для интеграции их как с системами управления произ­водством верхнего уровня, так и со средствами управления ниж­него уровня (датчики, исполнительные механизмы и др.). Ис­пользование такого инструментария обеспечивает возможность создания интегрированных сквозных систем управления произ­водством в реальном масштабе времени.

Рассмотрим в качестве примера комплекс программных средств под названием BASEstar (разработка компании Digital Equipment Corporation, DEC, США) [39], предназначенный для построения АСУТП и их интеграции с системами управления производством. Основная функция пакета BASEstar — реализа­ция уровня MES для интеграции АСУП и АСУТП.

Важной причиной появления на рынке инструментальных систем для решения задач комплексной автоматизации является низкая эффективность традиционного и необходимость структурированного подхода к построению интегрированных систем управления производством.

Недостатки традиционного построения АСУТП:

• множество интерфейсов, сложность и запутанность связей между объектами;

• несовместимость форматов данных и структуры сообщений;

• сложность внесения изменений, что может вызвать переработ­ку большого объема программ.

Преимущества структурированного подхода:

• нормализация данных;

• стандартные формы сообщений;

• гибкие средства интеграции приложений, включая АСУП.

Такой модульный структурированный подход к построению АСУТП обеспечивает возможность эффективной модернизации системы, облегчает внесение в нее изменений, что в совокупнос­ти гарантирует защиту ранее вложенных инвестиций и уменьше­ние стоимости управления.