Основные характеристики АСУ ТП

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) - это набор программных и аппаратных средств под управлением человека-оператора (одного или нескольких), включающий в своем составе части, представленные автоматическими подсистемами и связанные между собой в единое целое выполнением функции в рамках действий, направленных на контроль (измерение) и регулирование последовательности изменений состояний технологических процессов в соответствие с требуемыми правилами и разработанными алгоритмами.

В соответствие с данным каноническим определением АСУ ТП становится ясно, что это сложная система, которая состоит из множества технических и программных средств, которые связаны между собой, работают в рамках одной системы для контроля (измерения) и регулирования (воздействия) технологического объекта управления (технологический процесс).

АСУ ТП состоят из 5 составных модулей: технический блок, программное обеспечение, информационное обеспечение, организационное обеспечение, оперативный персонал.

Технический блок – это комплекс технических средств получения информации о состоянии технологического процесса, формирования и передачи информации, локального регулирования и управления вычислительной техники, представления информации оперативному персоналу, передачи информации в смежные и вышестоящие АСУ, исполнительные устройства.

Обычно выделяют следующие основные технические и аппаратные средства, используемые для построения АСУ ТП на предприятии:

• Средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);
• Исполнительные устройства;
• Программируемые контроллеры;
• Устройства распределенного ввода/вывода;
• Операторские станции;
• Инженерные станции;
• Серверы АСУ ТП;
• Панели оператора;
• Программаторы;
• Сетевые адаптеры;
• Преобразователи частоты;
• Пускатели;
• Концевые выключатели;
• Кабели связи для АСУ ТП.

Программное обеспечение – это комплекс специальных и общих программ, используемых в АСУ ТП. Общее программное обеспечение – организующие и транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и т. д. Специальное программное обеспечение – программы контроля и управления, реализующие функции АСУ ТП. Комплекс программных продуктов, обеспечивающих работу систем сбора, мониторинга, обработки, отображения информации о технологическом процессе называют также SCADA-системой. Иногда под SCADA-системой понимают весь комплекс программного обеспечения АСУ ТП. SCADA-системы устанавливают на компьютеры, за которыми работают операторы АСУ ТП и на которых происходит визуализация технологического процесса, на которых можно регулировать и менять параметры и установки АСУ ТП.

Информационное обеспечение АСУ ТП – это единая система классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации, справочная и оперативная информация. Организационное обеспечение – описание функциональной, технической и организационной структур, инструкции и регламенты для оперативного персонала. Оперативный персонал – технологи-операторы, осуществляющие управление ТОУ, эксплуатационный персонал, обеспечивающий заданное функционирование системы в целом.

Функции АСУ ТП довольно обширны и зависят от конкретного объекта автоматизации. Однако все эти функции принято делить на три категории: информационные, управляющие и вспомогательные функции АСУ ТП.

К информационным относят функции, главным содержанием которых является сбор, предварительная обработка, хранение, передача и представление информации пользователям в удобном для них виде. Пользователями могут быть люди, а также различные функциональные задачи.

В состав типовых информационных функций АСУ ТП входят:

• Сбор информации о технологических параметрах и состоянии оборудования;
• Фильтрация входных сигналов от высокочастотных помех измерения;
• Пересчет сигналов в физические величины;
• Контроль технологических параметров на физическую достоверность, на соответствие технологическому регламенту, на достижение аварийных границ;
• Косвенные измерения параметров (получение оценки технологического параметра, который непосредственно не измеряется в результате математической обработки измеряемых сигналов, функционально связанных с этим параметром). Примером косвенных измерений является оценка концентрации серной кислоты по результатам измерения её плотности и температуры;
• Оценка состояния оборудования;
• Ручной ввод информации в систему с использованием пульта оператора или клавиатуры;
• Обмен информацией между вычислительными средствами АСУ ТП (контроллеры, станции распределенной периферии, рабочие и инженерные станции, серверы);
• Формирование и выдача сигналов световой и звуковой сигнализаций;
• Визуализация информации в удобном для оперативного персонала виде;
• Архивирование информации о ходе технологического процесса, о нарушениях технологического регламента, о возникновении аварийных ситуаций;
• Ведение базы данных реального времени;
• Подсчет технико-экономических показателей производства;
• Прогнозирование аварийных ситуаций (например, формируется сообщение: «Температура подшипника растет, через 15 минут будет достигнут максимально допустимый уровень»);
• Обмен данными со смежными и вышестоящими системами управления;
• Формирование сменных и суточных отчетов.

К управляющим функциям АСУ ТП относятся функции, результатами которых является выработка и реализация управляющих воздействий на объект управления.

Типовыми управляющими функциями АСУ ТП являются:

• Определение и реализация оптимального режима функционирования каждого из технологических агрегатов;
• Стабилизация технологических параметров (давлений, температур, уровней);
• Программное управление изменением технологических параметров (реализация заданного графика изменения температуры в печи);
• Поддержание определенного соотношения между параметрами (например, соотношение газ/воздух на горелке, соотношение руда/вода в мельнице мокрого самоизмельчения);
• Логическое управление оборудованием (например, при достижении заданного уровня воды в емкости № 1, выключить насос № 1, включить нагреватель емкости № 1, проверить уровень в емкости № 2, если он ниже нормы, включить насос № 2);
• Пуск и остановка отдельных агрегатов и технологической линии в целом;
• Аварийное отключение (например, отсечка подачи газа на горелку при снижении давления в газовой магистрали, продувка камеры сгорания воздухом);
• Выдача оператору рекомендаций по управлению процессом (например, «Рекомендуется снизить подачу руды в мельницу на 25 т/час из-за угрозы завала»).

Вспомогательные функции АСУ ТП состоят в контроле функционирования технических и программных средств самой системы автоматизации. Контроллеры, станции распределенной периферии, панели оператора, инженерные станции, SCADA - системы имеют в своем составе развитые средства диагностики.

Существует 3 уровня функционирования системы АСУ ТП на предприятии, условно их можно разделить на: нижний, средний и верхний.

На нижнем уровне происходит сбор информации о состоянии объекта управления и выработка управляющих воздействий на него. К нижнему уровню относятся датчики, счетчики, преобразователи, клапаны и т.д., то есть все, что непосредственно контактирует с объектом управления. На среднем уровне происходит сбор информации с нижнего уровня, ее обработка в соответствие с необходимыми критериями и передача информации на регулирующие элементы АСУ ТП. Технически работу среднего уровня АСУ ТП обеспечивают программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые являются своеобразным мозгом АСУ ТП. На верхнем уровне происходит визуализация технологического процесса, здесь могут быть изменены параметры и установки ТП. Наблюдение и управление ТП происходит с помощью компьютеров с установленными на них программными продуктами (SCADA-системами).

Очевидно, что АСУ ТП индивидуальны для каждого предприятия, поскольку изначальные данные, цели создания АСУ ТП, сами технологические процессы (их построение, материальная база, объем и частота процессов и т.д.) различаются у всех клиентов. Точно также очевидно, что создание АСУ ТП требует специальных знаний, в том числе для проектирования и внедрения АСУ ТП.

Процесс создания АСУ ТП можно разделить на следующие этапы:

• Обследование объекта автоматизации;
• Разработка концепции автоматизации, технических требований и технического задания на АСУ ТП;
• Выбор программно-технического комплекса (технических, аппаратных и программных средств) для АСУ ТП;
• Разработка рабочего проекта АСУ ТП, включая компоновку и планы размещения оборудования, чертежи архитектурно-строительной части, монтажные чертежи, кабельные журналы, спецификации на оборудование и материалы по всем частям проекта, рабочие сметы, сводный сметный расчёт;
• Разработка алгоритмического обеспечения, включая видеограммы, алгоритмы технологических защит, блокировок, авторегуляторов, сигнализации, шаговых программ (ФГУ), информационно-расчётных задач;
• Разработка проекта программно-технического комплекса (ПТК);
• Заводские испытания и поставку ПТК;
• Обучение персонала;
• Строительные и электромонтажные работы (с привлечением субподрядчиков), технический надзор за реализацией проекта АСУ ТП;
• Пуско-наладочные работы;
• Приёмо-сдаточные испытания и ввод АСУ ТП в промышленную эксплуатацию;
• Гарантийное и постгарантийное сопровождение.

То есть, процесс создания АСУ ТП требует от предприятий не только приобретения технических средств и программного обеспечения, но также требует привлечения подрядчика, который окажет следующие виды услуг: спроектирует АСУ ТП для предприятия (в том числе определит перечень необходимых программных и технических средств, разработает планы размещения оборудования,  разработает алгоритмы и всю необходимую информацию для обслуживающего персонала), произведёт внедрение и настройку АСУ ТП на предприятии (в том числе осуществление работ по установке необходимых программных и технических средств, строительные и электромонтажные работы, пуско-наладочные работы и т.д.), организует обучение персонала компании-заказчика и обслуживание системы АСУ ТП на предприятии и т.д.. Естественно, что в зависимости от компетенций сотрудников компании-заказчика перечень работ может изменяться, однако чаще всего компании проектировщики АСУ ТП осуществляют полный цикл инжиниринговых работ (описан выше).

Соответственно говоря о российском рынке АСУ ТП необходимо иметь в виду, что рынок условно можно поделить на 3 больших сегмента:

• Производство и продажа технических и аппаратных средств для АСУ ТП;
• Разработка и реализация программных средств и продуктов для АСУ ТП (SCADA-систем и т.д.);
• Оказание различных инжиниринговых услуг по проектированию и внедрению АСУ ТП на предприятии (проектирование, внедрение, подбор технических и программных средств, наладка, разработка инструкций и алгоритмов, обучение персонала и т.д.).

Как правило, компании на рынке АСУ ТП занимаются только чем-то одним: или производят какие-либо технические средства, либо разрабатывают программное обеспечение, либо оказываются инжиниринговые услуги по проектированию и внедрению АСУ ТП. Однако, на рынке существуют такие компании, которые способны делать «под ключ» проекты по разработке АСУ ТП на предприятии, то есть такие компании занимаются производством всех или почти всех видов технических и программных средств для АСУ ТП, а также оказывают инжиниринговые услуги по проектированию и внедрению АСУ ТП.