Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

реализовать структуру системы с оптимизацией выбранных технико-

экономических показателей этого обеспечения.

Типовой состав работ, входящих в два перечисленных комплекса,

определен в ГОСТ 24.601-86. Этапы проектирования и виды работ,

содержащихся в этом стандарте, являются характерными для процессов

проектирования АСУ ТП и корректируются при разработке конкретной

системы.

Комплекс работ по непосредственному созданию КТС включает в

себя два тесно связанных между собой этапа:

1) этап системотехнического синтеза, в том числе разработка

и обоснование структуры, целей и функций АСУ ТП, ее функциональной

схемы и информационного обеспечения;

2) этап аппаратурно-технического синтеза, в том числе

разработка систем локальной автоматики, планов ее размещения,

технического задания на новые средства; разработка блок-схемы и состава

информационно-управляющего вычислительного комплекса (ИУВК);

разработка технических требований на необходимые средства

вычислительной техники (микропроцессоры, мини-ЭВМ и микроЭВМ),

системы телемеханики, средства связи с технологическим объектом

управления (ТОУ) и планами размещения КТС.

В этот комплекс работ непосредственно не входит этап технического

проектирования специального (прикладного) программного и

информационного обеспечения, однако необходимо иметь в виду, что на

этапе системотехнического синтеза должна быть решена задача о

распределении функций АСУ ТП, выполняемых либо аппаратным, либо

программным, либо аппаратно-программным путем. Системный подход, в

основе которого лежит последовательный переход от общего к частному,

предполагает в качестве необходимых и достаточных компонентов

исследований в процессе проектирования технического обеспечения АСУ

ТП такие, как:

- предметное (или структурное) исследование общих, целостных

свойств АСУ ТП с выделением состава задач, решаемых проектируемым

комплексом технических средств, и формирование целевых функций

технического обеспечения АСУ ТП;

- функциональное исследование разрабатываемого КТС, его

внутренней структуры, определение вклада отдельных средств комплекса в

достижение целей АСУ ТП;

- эволюционное исследование, включающее в себя генетическое и

прогностическое начала и имеющее своей целью познание логики развития

системы, направления ее изменения как подсистемы более широкой

системы на основе накопленного опыта и научного прогноза в области

применения спроектированной АСУ ТП.

Наряду с изучением принципов организации аппаратных и аппаратно-

программных средств измерения, передачи и преобразования информации

представляется важным формирование у специалиста по автоматическому

управлению, в том числе у специалиста по АСУ ТП, навыков системного

подхода к проектированию технического обеспечения любой системы

управления. Системный подход приводит к типизации, унификации и

агрегатированию технических средств в проблемно-ориентированные

комплексы, применение которых при расширении масштабов внедрения АСУ

ТП дает существенное уменьшение стоимости создаваемых

автоматизированных технологических комплексов.

2.2. Этапы развития государственной системы

промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)

В 1950-х гг. в связи с технологической революцией получили

ускоренное развитие вопросы создания новых средств автоматизации

производственных процессов. Стало ясно, что назрела необходимость в

разработке не только отдельных приборов, но и в целом интегрированных

систем, решающих комплексные задачи.

В это время в Институте автоматики и телемеханики (технической

кибернетики) акад. В.А. Трапезниковым и чл.-кор. АН СССР Б.С.

Сотсковым была выдвинута идея функциональной унификации средств

автоматизации технологических процессов на основе блочно-модульного

принципа их построения [40,41]. Этот принцип оказался столь

плодотворным, что на его базе Б.С. Сотсков предложил построение

агрегатной унифицированной системы приборов (АУС),

пневмоавтоматики.

Эти работы положили начало созданию ГСП, что явилось крупным

событием в практике мирового приборостроения. Впервые

разнообразнейшая и сложнейшая система взаимосвязанных технических

средств была реализована в общегосударственном масштабе на единых

системотехнических принципах.

На первом этапе формирования системы требовалось определить

условия агрегатирования технических средств при построении

промышленной автоматики. На примере разработки унифицированных

блоков и приборов пневмоавтоматики для решения задач автоматизации

управления в химических, нефтехимических и металлургических

производствах практически доказана рациональность блочно-модульного

построения таких устройств.

На базе результатов, достигнутых в области пневмоавтоматики,

появилась пневмоника как новая область знаний, определяющая

закономерности построения струйной техники. За разработку и широкое

промышленное внедрение унифицированной системы пневматических

модулей (УСЭТТПА) М.А. Айзерман, Т.К. Берендс, Т.К. Ефремова, А.А.

Таль и А.А. Тагаевская были удостоены Ленинской премии.

Блочно-модульный принцип построения был использован и при

создании появившейся в те годы электрической агрегатной

унифицированной системы приборов (ЭАУС), представляющей собой

комплекс унифицированных регулирующих и функциональных устройств.

Принятый в этой системе унифицированный электрический сигнал связи

0-5 мА обеспечивал совместимость работы ее приборов с первыми

промышленными машинами централизованного контроля и управления.

Под руководством Б.С. Сотскова формировалась общая структура

системы, позволяющая найти единый подход к разработке средств

автоматики с различным энергетическим носителем сигналов связи,

вырабатывались принципы взаимной конструктивной, информационной и

эксплуатационной совместимости технических средств, определились

предпосылки для разработки основополагающего стандарта ГОСТ 12997 -

67 «ГСП. Общие технические требования».

Второй этап создания ГСП совпал с проведением работ по разработке

первых автоматизированных систем управления (АСУ) в различных

отраслях промышленности, что потребовало расширения номенклатуры

технических средств. Теперь эти средства практически полностью

создавались в рамках ГСП.

В 60 - 70-е гг. Б.С. Сотсков, его коллеги и ученики в Институте

проблем управления совместно с рядом приборостроительных

организаций разрабатывали теоретические основы построения ГСП [42].

Тогда же параллельно с решением общих системных задач интенсивно

шли работы по использованию системного подхода к созданию средств

автоматизации новых классов. Предлагались новые принципы их

построения, определялись технические требования к основным блокам

электрической ветви, были получены результаты в создании

гидравлических средств автоматики, а также разработаны бесконтактные

электрические исполнительные устройства, широко применяемые в

автоматических регуляторах.

Третий период развития ГСП можно отнести к интенсивному

внедрению идеологии АСУ с использованием средств вычислительной

техники. На этом этапе вновь создаваемые технические средства реа-

лизовывались в рамках унифицированных агрегатных комплексов,

базирующихся на системотехнических основах и принципах построения

ГСП, в том числе агрегатные комплексы средств вычислительной техники

(АСВТ), телемеханической техники (АСТТ), локальных информационно-

управляющих систем (КТС ЛИУС). Закрепление в государственных

стандартах принципов унификации и сопрягаемости выпускаемых и вновь

разрабатываемых средств обеспечило возможность согласованного

развития средств промышленной автоматики, созданных в различное

время.

Принципы построения ГСП оказались настолько глубокими и

перспективными, что появление нового поколения технических и

программных средств автоматизации уже в конце 80-х гг. позволило

развить их и адаптировать к изменяющимся экономическим отношениям

между предприятиями страны. Так, продолжением работ Б.С. Сотскова

стали исследования, проведенные в Институте проблем управления под

научным руководством акад. В.А. Трапезникова, в результате которых

были выдвинуты принципы построения ГСП-2.

Если раньше целью построения системы являлось создание только

технических средств для удовлетворения потребностей промышленности в

автоматизации процессов управления, то теперь цель состояла в создании

программно-технических средств нового поколения, необходимых для

хозяйства страны в целом.

Новая цель определила и новые задачи, решаемые при построении

ГСП-2. Среди них:

- формирование нормативных документов, обеспечивающих

программно-техническую совместимость средств автоматизации в

соответствии с требованиями международных стандартов;

- разработка и производство гибко перестраиваемых комплексов

приборов и средств автоматизации нового поколения с одновременным

созданием средств их испытаний и методов сертификации;

- информационное обеспечение потребителей средств ГСП-2,

включая рекламу на программно-технические комплексы (ПТК) для

систем управления и контроля различных уровней.

Поименованные задачи решались путем создания нормативного

обеспечения техники автоматизации на основе сочетания базовых

стандартов, определяемых публикациями ИСО и МЭК, и технических

условий на конкретную группу изделий. Такой подход положил начало

отечественной функциональной стандартизации и разработке первых

профильных стандартов. В это время формировались требования к

построению широкой номенклатуры взаимодействующих средств

автоматизации нового поколения и ПТК как нового вида системно-

ориентированной приборной продукции [43,46]. Составлялся

автоматизированный банк данных, содержащий информацию о

создаваемых и производимых средствах автоматизации технологических

процессов, разрабатывались алгоритмы распространения информации на

машинных носителях, систематически выпускались каталоги и

соответствующие рекламные издания.

Базой для ГСП-2 стали новая структура нормативных документов,

формирование новых организационных механизмов, автоматизация

информационного сопровождения разработки программно-технических

средств и систем. С помощью ГСП-2 стали решаться задачи

совершенствования совместимости средств и систем автоматизации по

мере развития их интерфейсов, обеспечивая возможности построения на

их основе открытых систем. Идеи ГСП-2 внесли существенный вклад в

формирование научно-технической политики в области массового

производства и проектирования средств и систем автоматизации [43,44].

Сегодня продолжаются развитие рыночных отношений и снятие

барьеров, изолирующих отечественные предприятия от общемировой

экономики.

Жизнь заставляет нас понимать, что создание современных средств

автоматизации управления процессами разработки, выпуска и

эксплуатации систем с использованием перспективной научно-

технической базы должно быть основано на принципах, заложенных в

построение ГСП-2:

· интеллектуализации средств автоматики;

· открытости систем по программам и аппаратуре;

· использования сетевой архитектуры различной конфигурации;

· введения распределенности и децентрализации обработки

информации;

· стандартизации сетевых и приборных интерфейсов;

· реализации CALS-технологий (Computer-Aided Logistics System) и

штрихового кодирования изделий и услуг.

Использование перспективных систем автоматизации существенно

влияет на темпы создания новейших технологий и оборудования,

проведение научно-исследовательских работ, разработку конструкторской

и технологической документации, изготовление, испытания,

сертификацию средств, ремонтно-восстановительные работы.

Пользуясь методологией построения ГСП, сегодня выделяются

области расширенного применения средств автоматизации,

предполагающие наличие гибких границ для использования систем:

- различные типы датчиков, исполнительных механизмов,

преобразователей, включая интеллектуальные;

- локальные и местные регуляторы и простейшие средства

автоматизации технологических процессов;

- системы дистанционного управления;

- простые средства контроля и управления технологических

процессов и управления ими;

- системы телеавтоматики и телемеханики;

- средства автоматизации научных исследований и экспериментов,

диагностики неисправностей и контроля качества изделий, мониторинга;

- АСУ ТП различной сложности.

Несмотря на широкое применение импортной техники в управлении

отечественными технологическими процессами, большое место в развитии

производственной базы России в это время пока еще занимают средства

автоматизации российского производства. При этом следует учитывать,

что приборо- и системостроение вместе с построением

автоматизированных систем проектирования новых средств и

технологических процессов имеют важнейшее значение для эффективной

реализации программ, обеспечивающих прогресс в информационном

обеспечении разработок и сбыта продукции. В этой связи как никогда стал

актуален вопрос восстановления на современном уровне процессов

управления приборо- и системостроением России.

В качестве основы для решения названных проблем представляется

целесообразным создание на базе органов государственного управления

информационно-аналитических банков данных и служб, рекомендующих

предприятиям и организациям направления их деятельности, наиболее

перспективные для конкретного момента времени, а также расширение

системы сертификации товаров и услуг, являющейся рабочим органом по

проведению в жизнь единой научно-технической политики с помощью

реализации действия технических законов (стандартов).

Анализ числа международных стандартов в области техники

автоматизации и соответственно российских стандартов (ГОСТ Р)

позволил оценить существующий уровень обеспеченности отечественных

разработок нормативно-законодательной базой. Результаты такого анализа

представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Анализ числа стандартов

Направление стандартизации Число

международных

стандартов

ГОСТ Р

Термины и определения

Вычислительные сети

Кодирование и обмен данными

Языки программирования

Совместимость

Взаимодействие открытых систем

Описание объекта производства

122

При этом следует учитывать, что отечественные стандарты далеко не

всегда касаются наиболее важных вопросов.

Вывод из столь ненормального положения можно рассматривать в

двух направлениях: решение задач повышения технического уровня

средств и систем автоматизации контроля и управления и организаци-

онные задачи. На новом этапе встает вопрос технологичности построения

программно-технических средств, их схемной и конструктивной

унификации, стандартизации структур, сигналов, интерфейсов, протоколов

обмена информацией, обеспечивающих совместимость изделий при

агрегатировании, что предполагает ориентацию на использование совре-

менных информационных технологий.

Сейчас наибольший эффект от использования систем автоматизации

достигается в случае применения компьютеризованных информационно-

логистических систем. Примером последних могут служить информаци-

онные структуры, выполненные по CALS-технологии, т.е. применяющие

методологию, основанную на алгоритмах функционального

моделирования. При этом появляется возможность совмещения схем

функционального (структурного) и информационного проектирования с

проектированием программного обеспечения на уровне интерфейса

межмодульного взаимодействия отдельных элементов по всем этапам

жизненного цикла системы - от ее научной проработки до сервисного об-

служивания. Конкурентоспособность продукции предприятия стала

зависеть от скорости передачи информации между его организационными

подразделениями, а также от соответствия характеристик этапов

жизненного цикла требованиям международных стандартов.

Следовательно, материальные потоки должны сопровождаться

адекватными информационными потоками и интегрироваться с ними в

единую сбалансированную систему.

Российский вариант CALS-технологии основан на одновременном

использовании международных стандартов сер. ISO 9000-9004 при

функциональном моделировании, международных стандартов ISO 10303

(STEP) и 13584 (P-LIB) при информационном моделировании и третьей

части этой серии стандартов, охватывающей данные производства и

менеджмента.

В общем случае информационные связи в распределенных системах

промышленной автоматизации должны предусматривать: обмен данными

между автоматикой технологических процессов и вычислительными

системами организационного уровня. Обмен информацией между

территориально рассредоточенными составными частями систем

автоматизации (каждая из которых рассматривается как открытая система)

согласно стандарту ИСО 7498/1-4 обеспечивает их кооперацию на данном

иерархическом уровне (по горизонтали) и (или) смежных уровнях (по

вертикали), а между территориально сосредоточенными

унифицированными составными частями (блоками, модулями) каждой от-

крытой системы - ее функционирование на соответствующем

иерархическом уровне, передачу сигналов между локальными

технологическими системами и периферийными устройствами объекта:

датчиками, исполнительными механизмами и др.

В соответствии с принципом удовлетворения требованиям

международных стандартов структуризация сетевых аппаратных и

программных средств распределенных систем автоматизации должна

отвечать концепции эталонной модели взаимосоединения открытых

систем (OSI - Open Systems Interconnection), предложенной ИСО. Однако

при разработке технической базы рационально учитывать требования как

международных, так и национальных стандартов, регламентирующие

устойчивость к внешним воздействующим факторам (ВВФ),

климатическое районирование, категории размещения. Для каждой из со-

ставных частей распределенных систем автоматизации должны быть

установлены такие требования по устойчивости и прочности в ВВФ, какие

определяют возможности их широкого использования в условиях

реальных промышленных объектов. Учет этих требований в сочетании с

положениями технических условий на конкретное изделие позволяют

формировать профильные коммерческие стандарты.

Подобный подход к структуре концептуального решения схемы

построения отечественных программно-технических средств обусловлен

тем, что в распределенных системах управления отдельные составные час-

ти, относящиеся к тому или иному уровню управления, существенно

различаются по условиям применения, общим, системным и специальным

техническим требованиям, критериям эффективности. При этом знание

особенностей использования средств автоматизации в отечественных

технологических процессах - существенное преимущество российских

разработчиков перед иностранными, имеющими в своем распоряжении

более совершенную технологическую базу.

Характерной чертой построения современных информационных

систем автоматизации производственных процессов является применение

технологий автоматической идентификации практически на всех стадиях

жизненного цикла производимого изделия (по ИСО 9000).

Первоочередным направлением во введении таких технологий стало

создание средств и систем штрихового кодирования, определяемое

едиными принципами классификации и каталогизации, установленными

Госкомстатом и Госстандартом РФ.

Становление рыночных отношений затронуло практически все

отрасли хозяйства России, что послужило причиной переориентации

приоритетов в методологических подходах к созданию новых систем

автоматизированного управления технологическими процессами в

промышленности, средствах связи, сельском хозяйстве, науке.

Проводимые реформы привели к прекращению бюджетного

финансирования тех прикладных программ, которые могли бы

реализовываться с помощью рыночных отношений. Сегодня

незамедлительное решение перечисленных вопросов пока еще может стать

для отечественных разработчиков одним из путей выхода на уровень

конкурентоспособности с зарубежными фирмами.

Таким образом, среди основных задач формирования механизма

разработки систем управления производственными процессами можно

выделить создание государственных информационно-аналитических

центров, располагающих автоматизированными банками данных и

подключением к международной сети информационного обмена; широкое

распространение опыта использования современных информационных

технологий (CALS-технологий); приведение в соответствие с мировой

практикой системы статистических показателей, характеризующих

состояние отраслей хозяйства страны; централизованные маркетинговые

исследования и формирование в России рынка отечественных технических

и программных средств; создание сети центров технического

обслуживания и ремонта современных программно-технических средств;

подготовку специалистов по разработке и использованию современных

информационных технологий; приведение нормативно-правовой базы в

соответствие с требованиями международных стандартов, причем особое

внимание должно быть обращено на юридические положения, регламен-

тирующие условия выполнения требований нормативно-технических

документов; введение обязательной сертификации технологий и

технологического оборудования для подтверждения требований

безопасности и оценки свойств автоматизированных средств и систем

управления.

В качестве возможного пути решения названных задач предлагаются:

- разработка государственной программы или раздела в одной из

приоритетных программ по решению проблемы использования CALS-

технологий;

- формирование структуры испытательных центров (лабораторий)

и методологии проведения сертификации технических и программных

средств на соответствие требованиям международных стандартов

ИСО/МЭК сообразно с идеологией создания в России комплексной

системы сертификации товаров и услуг;

- создание информационно-аналитического банка данных по

соответствующим направлениям.

В связи с тем что построение систем управления технологическими

процессами в конечном итоге определяет эффективность работы всего

хозяйственного механизма страны, назрела необходимость придания рабо-

там по совершенствованию средств автоматизации статуса приоритетного

направления. Решение поименованных задач следует рассматривать как

единый системный проект, который может быть реализован только совме-

стными усилиями всех заинтересованных предприятий и ведомств. В

рамках этого проекта должна решаться совокупность экономических,

социальных, технических, организационных, правовых, нормативных и

других проблем. Следовательно, представляется рациональным, чтобы

Правительство РФ дало задание Министерству науки и технологии России

об организации соответствующих работ.

Область управления и регулирования перестала быть зоной

безраздельного господства гибкопрограммируемых контроллеров, осо-

бенно там, где решение задач промышленной автоматизации должно

сочетаться с созданием систем обработки информации и визуализации.

Системы на базе ПК находят все большее применение. Спрос на системы

управления, базирующиеся на ПК (PC-based Control), постоянно растет. В

рамках своей программы создания интегрированных средств

промышленной автоматизации всемирно известный электротехнический

концерн Siemens предлагает адекватное, базирующееся на ПК, решение -

SIMATIC WinAC (Windows Automation Center).

Какому направлению принадлежит будущее? Это вопрос, на который

в настоящий момент нельзя дать однозначный ответ. Факт остается

фактом: сегодня задачи технологического управления, визуализации

технологических процессов, обработки данных и коммуникации можно

решить как на базе классических гибкопрограммируемых контроллеров (в

комбинации с модулями визуализации и обслуживания), так и на основе

ПК.

2.3. Назначение, цели и функции АСУ ТП

В соответствии с ГОСТ 20.003-84 автоматизированные системы

управления технологическими процессами предназначены для выработки

и реализации управляющих воздействий на технологический объект

управления и представляют собой человекомашинные системы,

обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации,

необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в

соответствии с принятым критерием.

Технологический объект управления (ТОУ) - это совокупность

технологического оборудования и реализованного на нем по соот-

ветствующим инструкциям или регламентам технологического процесса

производства. В зависимости от уровня АСУ ТП в качестве ТОУ можно

рассматривать: технологические агрегаты и установки, группы станков,

отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный

технологический процесс; производственный процесс всего