Основные принципы построения автоматизированной системы управления производством

Принципы построения АСУТП определяются текущим уровнем развития технических и программных средств, но сами принципы в основном остаются неизменными. Перечислим и прокомментируем их.

• 1. Применение ЭВМ в качестве центрального компонента АСУТП. Основные достоинства применения ЭВМ в автоматизированной системе (с точки зрения решения задач реального времени):
  • • время реакции ЭВМ на внешние воздействия составляет единицы микросекунд и может доходить до долей микросекунд;
  • • способность принимать в свои запоминающие устройства (ЗУ) большие объемы информации со скоростью до сотен мегабайт в секунду;
  • • возможность быстрой перестройки алгоритмов (программными средствами) и методики управления объектом автоматизации;
  • • диалоговое взаимодействие с оператором позволяет последнему эффективно взаимодействовать с работающей системой. Средства отображения данных и непосредственного вмешательства в работу ЛСУТП имеются в составе ЭВМ.
• 2. Иерархический принцип построения АСУТП. В соответствии с этим принципом, АСУТП на верхнем уровне управления могут строиться из отдельных подсистем АСУТП, которые, в свою очередь, функционально делятся на два уровня — объектно-ориентированный (нижний) и инструментальный (верхний).

Объектно-ориентированные подсистемы нижнего уровня, как правило, располагаются вблизи от объекта автоматизации и предназначены для решения следующих задач:

• • измерения параметров объекта в реальном времени;
• • управления объектом;
• • сбора данных измерений;
• • оперативной обработки данных, временного хранения, представления данных оператору и пересылки их в АСУ инструментального уровня. В состав объектно-ориентированных подсистем нижнего уровня могут входить СА и САУ.

Инструментальные подсистемы верхнего уровня, которые можно отнести к SCADA-системам (могут находиться вдали от объекта автоматизации) предназначены для решения задач:

• • подготовки и отладки программ и пересылки их в объектные подсистемы;
• • управления объектными подсистемами;
• • обработки информации в режиме разделения времени;
• • накопления и длительного хранения больших массивов информации;
• • документирования результатов исследований.

Многоуровневые системы экономически выгодны, так как объектные подсистемы могут быть построены без дорогостоящей периферии с использованием 1IJIK.

• 3. Модульный принцип построения аппаратных средств АСУТП. Этот принцип предусматривает использование отдельных законченных модулей фиксированного назначения в качестве элементов АСУТП. Под модулем в АСУТП подразумевается отдельное устройство. В случае построения АСУТП на базе универсальной ЭВМ к модулям можно отнести аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи (АЦП и ЦАП), таймеры и т. д. Кроме того, в общем случае к ним же относятся ПЛК, УПУ, УМ, устройства связи и т. п., из которых система собирается, как «из кубиков» внутри шкафа автоматики. Такой подход обеспечивает легкую и быструю замену вышедшего из строя модуля системы на аналогичный, а также упрощает модернизацию системы.
• 4. Принцип программной управляемости модулей означает такую их схемную реализацию, которая даст возможность программным путем с помощью определенного набора команд управлять работой отдельных модулей. Программная управляемость элементов АСУТП позволяет оперативно изменять алгоритм работы системы в зависимости от требований оператора.
• 5. Принцип магистральной организации системы в основном доминирует в АСУТП. Он предусматривает наличие общей системы шин — магистрали, к которой подключаются отдельные функциональные элементы АСУ, в том числе ЭВМ. Магистральный принцип обеспечивает одинаковую доступность модулей для центрального элемента системы, т. е. ЭВМ. В системе с общей магистралью обращение к тому или иному модулю осуществляется путем его адресации, точно так же, как это делается в ЭВМ при обращении к ячейке ОЗУ. Наличие общей магистрали упрощает подключение новых модулей в систему и тем самым возможность расширения и гибкость АСУТП.

Вместе с тем широкое распространение разнообразных по возможностям и стоимости ПЛК во многих архитектурных построениях АСУТП позволяет отойти от принципа общей магистрали, поскольку в одной АСУТП может оказаться несколько совместно работающих ПЛК, каждый из которых выполняет свои функции управления на своем уровне. При этом эффективность работы таких АСУТП порой возрастает по сравнению с системами с одним центральным процессором.

• 6. Принцип унификации аппаратных и программных средств позволяет:
  • • использовать ограниченный набор аппаратных модулей, выполненных в соответствии с определенными стандартами, для реализации измерительных и управляющих каналов в самых различных АСУТП;
  • • снизить объем разрабатываемого аппаратного и программного обеспечения, сократить сроки разработки, отладки и модификации программных средств.

Этот принцип приводит к реализации открытых систем. Применительно к АСУТП открытой называется модульная система, которая допускает замену любого модуля на аналогичный модуль другого производителя, имеющийся в свободной продаже по конкурентоспособным ценам, а интеграция системы с другими системами (в том числе с пользователем) выполняется без преодоления чрезмерных проблем. На практике это достигается за счет того, что большое количество современных устройств автоматики используют стандартизированные протоколы передачи данных, а также обладают стандартизированными электрическими параметрами.