Состав АСУ ТП

Знакомство с каталогами, сайтами, рекламными материалами ведущих мировых производителей систем автоматизации, а также фирм — системных интеграторов в области АСУ ТП, могут создать впечатление, что АСУ ТП — это просто совокупность технических средств (hard) и программного обеспечения (soft). Безусловно, технические средства и программное обеспечение — очень важные элементы системы автоматизации, во многом определяющие уровень и потенциальные возможности АСУ ТП. Однако, только глубокая проработка всех составных частей, вопросов их взаимодействия и совместимости, обеспечивают успешное функционирование автоматизированного объекта.

В состав АСУ ТП входят следующие компоненты:

• информационное обеспечение;
• техническое обеспечение;
• математическое обеспечение;
• программное обеспечение;
• организационное обеспечение;
• метрологическое обеспечение;
• эргономическое обеспечение;
• оперативный персонал.

1. Информационное обеспечение АСУ ТП включает:

• исходные данные, используемые в процессе разработки или эксплуатации системы;
• промежуточные данные, хранящиеся в базах данных реального времени, используемые для дальнейшей обработки;
• выходные данные, передаваемые для реализации на исполнительные устройства, отображаемые визуально на панелях операторов, табло и мониторах рабочих станций;
• передаваемых пользователям в электронном или бумажном виде;
• принятые формы входных и выходных документов (электронных или бумажных);
• принятая система кодирования информации;
• электронные архивы данных.

В состав информационного обеспечения АСУ ТП входят внемашинные (на бумажных носителях) и внутримашинные (на электронных носителях) компоненты. Так, например, к внемашинным компонентам информационного обеспечения АСУ ТП можно отнести технологический регламент, определяющий допустимые пределы изменения технологических параметров, условия аварийных отключений, порядок пуска и останова оборудования и т.п. К внутримашинному информационному обеспечению АСУ ТП относятся входные сигналы, поступающие от датчиков, а также выходные сигналы на исполнительные устройства, архивы нарушений технологического регламента, графики изменений контролируемых параметров, сформированные на экране монитора и т.п.

2. Техническое (аппаратное) обеспечение АСУ ТП — это комплекс технических средств, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП, а также обеспечивающих взаимодействие персонала с техническими средствами системы и с технологическим процессом.

В состав технического обеспечения АСУ ТП входят:

• средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);
• исполнительные устройства;
• программируемые логические контроллеры;
• устройства распределенного ввода/вывода;
• операторские станции;
• инженерные станции;
• серверы;
• панели оператора;
• программаторы;
• сетевые адаптеры;
• преобразователи частоты;
• пускатели;
• концевые выключатели;
• кабели связи;
• табло;
• устройства световой и звуковой сигнализации.

3. Математическое обеспечение АСУ ТП — это совокупность математических моделей, методов, алгоритмов решения различных задач, используемая на этапе проектирования и в процессе эксплуатации АСУ ТП.

К математическому обеспечению относятся:

• методы фильтрации сигналов;
• методы идентификации математических моделей;
• математические модели объектов управления;
• методы анализа, синтеза и настройки контуров регулирования;
• алгоритмы управления и регулирования;
• методы анализа устойчивости и точности систем;
• методы и алгоритмы оптимизации (поиска экстремума);
• методы принятия решений;
• алгоритмы адаптации параметров системы управления;
• алгоритмы косвенных измерений;
• методы прогнозирования случайных последовательностей;
• методы наблюдения состояния динамической системы;
• интеллектуальные алгоритмы управления.

4. Программное обеспечение АСУ ТП — совокупность программ, обеспечивающих функционирование всех цифровых вычислительных средств АСУ ТП (контроллеры, серверы, рабочие и инженерные станции, программаторы, панели оператора), а также решающих все функциональные задачи на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы.

Программное обеспечение АСУ ТП принято делить на две категории:

• общее программное обеспечение, включающее операционные системы, SCADA-системы, пакеты программ для программирования контроллеров, компиляторы, редакторы и т.п. Общее программное обеспечение АСУ ТП не привязано к конкретному объекту автоматизации, закупается и поставляется так же, как и технические средства.
• специальное программное обеспечение — это программы, разработанные для конкретной АСУ ТП. К этой категории относятся программы для контроллеров, реализующие определенные функциональные задачи обработки информации и управления; программы, сгенерированные в среде SCADA-системы для визуализации, архивирования данных конкретного технологического процесса.

5. Организационное обеспечение АСУ ТП — совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования оперативного персонала АСУ ТП, а также организационные мероприятия, направленные на успешное внедрение системы и на безопасное ведение технологического процесса.

В частности, к организационному обеспечению АСУ ТП относятся:

• технологический регламент производства в условиях функционирования АСУ ТП;
• описание функциональной, организационной и технической структур автоматизированного технологического комплекса;
• штатное расписание, должностные инструкции технологического и оперативного персонала в условиях функционирования АСУ ТП;
• инструкция по пуску и останову технологических агрегатов в условиях АСУ ТП;
• обучение персонала работе с АСУ ТП;
• правила техники безопасности в условиях АСУ ТП.

6. Метрологическое обеспечение АСУ ТП — установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.

Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой задачи определяется следующими тремя условиями:

• результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством России) единицах;
• значения показателей точности результатов измерений известны с необходимой заданной достоверностью;
• значения показателей точности обеспечивают оптимальное в соответствии с выбранными критериями решение задачи, для которой эти результаты предназначены (результаты измерений получены с требуемой точностью).

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям, то о них известно всё, что необходимо знать для принятия обоснованного решения о возможности их использования. Такие результаты можно сопоставлять, они могут использоваться в различных сочетаниях, различными людьми, организациями. В этом случае говорят, что обеспечено единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Правила и нормы по обеспечению единства измерений установлены в Законе РФ «Об обеспечении единства измерений» и в нормативных актах Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

Третье из перечисленных выше условий определяет требования к точности применяемых методов и средств измерений. Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок и, как следствие, к экономическим потерям. Завышенные требования к точности измерений требуют дополнительных затрат на приобретение более дорогих средств измерений. Поэтому это требование влияет не только на метрологические, но и на экономические показатели системы. Если при измерениях соблюдаются все три условия (обеспечивается и единство, и требуемая точность измерений), то говорят о метрологическом обеспечении.

Необходимо отметить, что в АСУ ТП данные, полученные от измерительных преобразователей, проходят целый ряд этапов обработки и преобразования:

• аналоговая фильтрация от высокочастотных помех;
• дискретизация сигнала во времени;
• аналого-цифровое преобразование с определенной разрядностью;
• цифровая фильтрация.

Такая обработка, в общем случае, изменяет метрологические характеристики результирующих данных в сравнении с исходными данными от датчика, вносит временную задержку. Поэтому для корректного использования данных АСУ ТП (например, данных коммерческого учета тепловой и электрической энергии) необходимо выполнить оценку метрологических характеристик этих данных с учетом всех этапов обработки.

7. Эргономическое обеспечение АСУ ТП — это нормы эргономики и инженерной психологии, положенные в основу проектирования АСУ ТП. Прежде всего, это касается организации пультов оператора, мнемосхем, табло, устройств световой и звуковой сигнализации и других элементов так называемого человеко-машинного интерфейса системы. Эргономика и инженерная психология помогает выбрать рациональное расположение автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала, формы отображения информации на мониторах и табло, вид технологической клавиатуры и т.п.

Разработка АСУ ТП без учета рекомендаций эргономики повышает вероятность ошибок оперативного персонала, увеличивает время реакции на событие, вызывает дополнительные психологические нагрузки. Типовые аппаратно-программные решения ведущих производителей систем автоматизации выполнены в соответствии с современными требованиями эргономики, инженерной психологии и технической эстетики.

8. Оперативный персонал — состоит из технологов-операторов диспетчеров), аппаратчиков, машинистов, осуществляющих контроль и управление технологическим объектом и эксплуатационного персонала служб КИПиА, обеспечивающих правильное функционирование всех технических и программных средств АСУ ТП. Следует заметить, что, несмотря на повышение уровня автоматизации технологических процессов, роль оперативного персонала в АСУ ТП остается чрезвычайно высокой. Состав оперативного персонала конкретной АСУ ТП и установленные взаимоотношения между его работниками определяют организационную структуру системы.

Еще раз отметим, что эффективное функционирование АСУ ТП может быть достигнуто лишь в случае правильного выбора и постоянного взаимодействия всех видов обеспечения АСУ ТП. Так, например, высокие технические характеристики аппаратных средств и современное общее программное обеспечение окажутся невостребованными, если в математическом и специальном программном обеспечении не будет необходимых математических моделей, методов, алгоритмов и программ, если квалификация оперативного персонала не позволит в полной мере использовать возможности АСУ ТП.