В начало

Тенденции развития АСУ ТП (Тема)

 

Развитие отечественных компьютерных систем промышленной авто­матизации (автоматизированных систем управления технологическими процессами – АСУ ТП) можно разделить на три крупных этапа. Первый этап создания АСУ ТП связан с использованием ЭВМ первого поколения, таких как «Урал»,  «УМ-Г», «Минск». На втором этапе применялись аналоги мэйнфреймов IBM (ЕС ЭВМ), клоны мини-компьютеров фирмы DЕС (СМ ЭВМ). Системы управления на этих этапах имели централизованную структуру и в большинстве случаев не обеспечивали достаточного быстродействия, т.е. работы системы в режиме реального времени. Компьютеры того време­ни из-за несовершенства элементной базы и программного обеспечения характеризовались низкой надежностью, что приводило к их частым сбоям. Успехи в микроэлектронике, появление микропроцессоров революциони­зировали в начале 80-х гг. технику построения систем управления и от­крыли третий этап компьютеризации промышленного производства. Мик­ропроцессоры стали входить в состав отдельных средств автоматики и контроля. Цифровая передача данных между отдельными устройствами сделала вычислительную сеть основой построения систем управления. Системы управления технологическим процессом новой структуры, пре­дусматривающей цифровую связь между отдельными устройствами обра­ботки данных, получили название децентрализованных или распределен­ных АСУ ТП.

С начала 80-х гг. ведущие мировые производители средств автомати­зации начали выпускать наборы программно-аппаратных средств для построения АСУ ТП. Основными признаками таких наборов является их совместимость, способность функционировать в единой системе, стандар­тизация интерфейсов, функциональная полнота, позволяющая строить це­ликом АСУ ТП из средств только данного набора. Такие наборы средств получили название программно-технических комплексов (ПТК).

Начало 90-х гг. характеризуется следующим этапом в развитии систем управления. Для России этот период связан с открытием межгосударственных и экономических границ, что дало возможность отечественным специалистам активно использовать в области автоматизации самые передовые компьютерные индустриальные технологии и средства автоматизации.

Современные высокотехнологичные процессы, направленные на получение конку­рентоспособной продукции, отличаются большой сложностью, с одной стороны, и малоизученностью –
с другой. Степень неопределенности знаний о процессе зача­стую не позволяет в полной мере использовать классические методы и законы управ­ления. В связи с этим получили развитие ситуационные и экспертные системы управ­ления, нечеткие и нейросетевые регуляторы и системы, робастные и адаптивные методы  управления. Все это привело к усложнению законов управления и, как следствие, использованию современных компьютерных технологий в автоматизированных системах управления. Создание таких систем невозможно без современной микропроцессорной и компьютерной техники. Поэтому в последние годы появились десятки-сотни типов контроллеров, специальных ПК, интеллектуальных терминалов и рабочих станций для жестких условий эксплуатации в промышленности.

Дальнейшей интеграции средств вычислительной техники для совместного ис­пользования в структуре систем управления способствовала выработка Международных стандартов на протоколы передачи данных, способы кодирования информации, техническое и программное обеспечение систем управления под эгидой ISO (International Organization for Standardization) – Международной организации по стандартиза­ции.

Для решения всего комплекса задач управления предприятием важнейшую роль играют локальные вычислительные сети (ЛВС) верхнего и нижнего уровней. В со­временном производстве промышленные сети объединяют датчики, исполнитель­ные механизмы, контроллеры и рабочие станции, обеспечивая широкие возможно­сти сбора, обработки, визуализации и хранения информации, а также диагностики оборудования. В свете последних рекомендаций в качестве промышленной сети для связи рабочих станций операторов, инженеров, технологов предлагается использовать сеть Industrial Ethernet. Для связи контроллеров в настоящее время широко используются сети Modbus +, Profibus DP, CAN, Interbus, DeviceNet и др. Дальнейшая интеграция промышленных сетевых технологий с сетью Ethernet делает эту сеть доминирующей в структуре систем управления.

В части программного обеспечения операторских рабочих станций для создания операторского интерфейса используются различные SCADA-системы (Supervisory Control And Data Acquisition). К ним относятся InTouch (фирма Wonderware), iFIX (Intellution), Genesis32 (Iconics), Trace Mode (AdAstra Research Group, Ltd) и др. Совершенствование SCADA-систем идет в направлении развития технологии ОРС (OLE for Process Control), признанной в качестве стандартного механизма вза­имодействия программного обеспечения АСУ ТП, основанного на объектной модели COM/DCOM фирмы Microsoft, поддержки Internet и беспроводных телекоммуника­ций.

Таким образом, среди основных тенденций развития систем и средств промышленной автоматизации можно выделить следующие.

Повсеместное распространение промышленных сетей для «полевых» устройств. В качестве «полевых» устройств выступают цифровые датчики и преобразователи, исполнительные механизмы, устройства частотно-регулируемого привода и другое оборудование. По этим устройствам основной тенденцией является постоянное повышение встроенного «интеллекта». Первые цифровые устройства обеспечивали обычное преобразование аналогового сигнала в цифровой для передачи в сеть. Сейчас функции таких устройств все более усложняются, начиная от решения задач сложной обработки нескольких сигналов одновременно (многопараметрические датчики), встроенной калибровки, самодиагностики и заканчивая решением все более актуальной задачи технического обслуживания по фактическому состоянию, например, путем вычисления износа движущихся частей (для исполнительных механизмов).

В ближайшее время в области цифровых «полевых» устройств следует ожидать принципиально важного скачка – создания «полевых» регуляторов, т.е. цепочка «датчик – преобразователь – регулятор – преобразователь – исполнительный механизм» будет замкнута непосредственно на самом объекте, не выходя за территорию технологического агрегата, установки. Такое решение позволит осуществить достаточно революционный переход к созданию подлинно распределенных систем управления (в настоящее время распределенность, как правило, означает географическое распределение компонентов системы, в то время как функции регулирования все равно реализуются – вычисляются
в центральном процессорном модуле ПЛК). Появление систем управления подобной архитектуры обеспечит существенное увеличение надежности и живучести АСУ ТП, снизит стоимость контроллерной части системы за счет уменьшения потребности
в модулях ввода/вывода, а также резко сократит потребность во все более дорожающей кабельной продукции.

Важной и обнадеживающей тенденцией является появление новейших моделей цифровых датчиков с радиовыходом. Это решение несет в себе много преимуществ, начиная от экономии кабеля и заканчивая кардинальным сокращением капитальных затрат на создание систем управления. Однако разработчикам еще предстоит решить ряд проблем, связанных с помехоустойчивостью, защищенностью информации от несанкционированного доступа, выработкой международных стандартов.

Важной тенденцией, настоятельно диктуемой пользователями систем автоматизации, является необходимость интеграции в масштабах одного предприятия в единую информационную систему АСУ ТП и разнообразных систем учета энергоресурсов, создание автоматизированных систем управления электротехническим оборудованием.