Что такое автоматизированные системы управления?

Автоматизированная система управления (АСУ) – сочетание комплекса программно-аппаратных средств и персонала, которые предназначены для управления различными процессами в масштабе технологического процесса, производства, предприятия.

АСУ применяют в энергетике, различных отраслях промышленности, транспорта и т.п. Автоматизированная система отличается от автоматической сохранением функций (например, не поддающихся автоматизации), которые должен выполнять человек (оператор).

Автоматизированные системы управления

В СССР первые АСУ были разработаны доктором экономических наук, профессором, член-корреспондентом НАН Белоруссии Н.И. Ведутой. В 1962–1967 годах он был руководителем внедрения первых в стране АСУ производством на машиностроительных предприятиях.

Первостепенной задачей АСУ является повышение эффективности управления объектом через рост производительности труда и совершенствование методов планирования процесса управления.

Цели автоматизации управления

Система управления может рассматриваться как совокупность взаимосвязанных управленческих процессов и объектов. В самом общем виде автоматизация управления выполняется для повышения эффективности использования потенциальных возможностей объекта управления. Выделяют ряд целей автоматизации управления:

1. Предоставление лицу, которое принимает решение, существенных данных для принятия решений.
2. Увеличение скорости выполнения отдельных операций по сбору и обработке данных.
3. Уменьшение числа решений, которые должно принимать лицо, принимающее решение.
4. Рост уровня контроля и исполнительской дисциплины.
5. Рост оперативности управления.
6. Снижение затрат лица, принимающего решение на выполнение вспомогательных процессов.
7. Увеличение степени обоснованности решений, которые принимаются.

Состав АСУ

АСУ состоит из:

• информационного обеспечения,
• программного обеспечения,
• технического обеспечения,
• организационного обеспечения,
• метрологического обеспечения,
• правового обеспечения,
• лингвистического обеспечения.

Основные классификационные признаки

АСУ могут быть классифицированы по:

• сфере функционирования объекта управления (например, промышленность, сельское хозяйство, строительство, транспорт, непромышленная сфера и т.д.)
• виду процесса, которым управляют (экономический, технологический, организационный и т.д.),
• уровню в системе государственного управления (отрасль (министерство), все виды объединений, предприятие (организация), производство, цех, участок, технологический агрегат).

Функции АСУ

Функции АСУ устанавливаются в техническом задании создания определенной АСУ опираясь на анализ целей управления, конкретные ресурсы для их достижения, ожидаемый эффект от автоматизации и в соответствии со стандартами, которые распространяются на данный вид АСУ. Функции АСУ состоят в:

• планировании и (или) прогнозировании,
• учете, контроле, анализе,
• координации и (или) регулировании.

Необходимый набор действий выбирается в зависимости от вида создаваемой АСУ. Функции АСУ могут объединяться в подсистемы по различным признакам. Функции при формировании управляющих действий:

• вычислительные функции (обработка информации) – функции осуществления учета, контроля, хранения, поиска, отображения, тиражирования, преобразования формы информации,
• функции обмена (передачи) информацией – доведение выработанных управляющих воздействий до объекта управления и обменом информацией с лицом, принимающим решение,
• функции принятия решения – функции создания новой информации в ходе анализа, прогнозирования или оперативного управления объектом.

Виды АСУ

• АСУ технологическими процессами (АСУ ТП) – предназначена для решения задач оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте.
• Автоматизация умственного труда – предназначена для облегчения умственного труда человека с помощью вычислительной техники.
• АСУ производством (АСУ П) – предназначена для решения задач организации производства, в том числе основных производственных процессов, входящей и исходящей логистики. Выполняет краткосрочное планирование выпуска с учетом мощностей производства, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса.
• функциональные АСУ (например, проектирование плановых расчётов, материально-технического снабжения и т.д.).

Источник: https://spravochnick.ru/informacionnye_tehnologii/setevye_informacionnye_sistemy/avtomatizirovannye_sistemy_upravleniya/

Назначение и принцип действия АСУ ТП

Назначение АСУ ТП состоит в поддержании установленных режимов технологического процесса за счет контроля и изменения технологических параметров, выдачи команд на исполнительные механизмы и визуального отображения данных о производственном процессе и состоянии технологического оборудования.

В функции АСУ ТП входит предупреждение аварийных ситуаций, анализ контролируемых значений, стабилизация режимных параметров и технологических показателей. Автоматизация помогает в достижении основных целей политики предприятия в вопросах экономики и качества.

АСУ ТП получила широкое распространение в таких отраслях, как: аграрная промышленность, нефтегазовый комплекс, машиностроение, электроэнергетика, горнодобывающий производственный комплекс, металлообработка, пищевая промышленность и др.

Автоматизируются гидромеханические, массообменные, тепловые процессы, процессы очистки, фильтрации, переработки, разделения, измельчения, хранения, отгрузки, приемки, дозации, пуска и остановки, измерения и множество других.

От состава АСУ ТП зависят потенциальные возможности системы, а также качество функционирования автоматизированного объекта. Назначение АСУ ТП:

• повышение эффективности работы оборудования,
• обеспечение удобства управления технологическими процессами,
• контроль и мониторинг технологических параметров,
• исключение рисков простоев, сбоев работы оборудования,
• исчезновение ошибок персонала в процессе управления.

В состав автоматизированной системы входит не только совокупность технических средств и программного обеспечения. Работа АСУ ТП невозможна без таких компонентов, как: информационное, математическое, организационное, эргономическое и метрологическое обеспечение.

Несмотря на то, что автоматизация освобождает человека от необходимости выполнять большинство функций контроля, стабилизации и управления, именно оперативный персонал (технологи, инженеры, диспетчеры, машинисты, операторы, аппаратчики) следит за надлежащей работой приборов и автоматических устройств и контролирует технологические параметры.

К аппаратным средствам АСУ ТП относят: операторские станции и серверы системы, сети, счетчики, измерительные преобразователи, сигнализаторы, автоматизированная система диспетчерского управления, контроллеры, датчики, модули цифрового интерфейса, исполнительные механизмы.

Программные средства – это SCADA-системы, системы сбора данных, системы оперативного диспетчерского управления, операционные системы реального времени, средства исполнения технологических программ, специальное программное обеспечение.

АСУ ТП предназначена для решения сложных управленческих проблем, повышения гибкости управляемого процесса и качества управления производственным объектом.

Принцип действия и структура АСУ ТП

Принцип действия АСУ ТП основан на измерении параметров технологического процесса с помощью интеллектуальных средств измерения и последующем управлении технологическим процессом.

На нижнем или полевом уровне АСУ ТП расположены датчики, полевое оборудование, исполнительные механизмы. С датчиков, которые фиксируют контролируемые параметры, поступает сигнал на промышленные контроллеры.

ПЛК (программируемые логические контроллеры) относят к среднему уровню АСУ ТП, именно здесь выполняются задачи автоматического регулирования, логико-командного управления, пуска/остановки оборудования и машин, аварийной защиты и отключения.

С контроллеров информация передается на верхний уровень управления объектом – к диспетчеру. Верхний уровень АСУ ТП содержит базу серверов, инженерных и операторских (рабочих) станций. Функции АСУ ТП:

1. Управление и контроль,
2. Анализ и планирование,
3. Сбор, учет, хранение данных,
4. Автоматическая защита,
5. Мониторинг и регулирование.

В свою очередь, диспетчер ведет постоянное наблюдение за процессом производства и управляет работой агрегатов в дистанционном режиме. Также на верхнем уровне формируется отчетность, обрабатывается и архивируется информация на сервере системы.

Все данные, поступающие на операторские станции, отображаются в режиме реального времени на экране сотрудника. Числовые и графические данные представляются в виде удобной мнемосхемы объекта управления. В зависимости от полученных данных, контроллер системы вырабатывает соответствующие сигналы управления для исполнительных механизмов.

Кроме этого, контроллер различает выход заданных параметров за предельные значения, сигнализируя об отказах оборудования, каких-либо отклонениях процесса, а в некоторых случаях блокирует работу установки для исключения аварии.

С внедрением АСУ ТП совершенствуются методы планирования, противоаварийной защиты и контроля, поэтому предприятию удается достигнуть высоких качественных показателей технологических процессов.

Автоматизированная система создает необходимые условия для наиболее эффективного и экономичного использования ресурсов производства, роста производительности труда, снижения затрат, повышения конкурентоспособности и получения максимальной прибыли.

Внедрение АСУ ТП обеспечивает увеличение выхода выпускаемой продукции, стабилизацию производственных показателей, снижение материальных затрат, поддержание рациональных и безопасных технологических режимов, улучшение качественных показателей продукта.

Автоматизированная система управления это Что такое Автоматизированная система управления?

Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п.

Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. АСУ с Системой поддержки принятия решений (СППР), являются основным инструментом повышения обоснованности управленческих решений.

Создателем первых АСУ в СССР является доктор экономических наук, профессор, член-корреспондент Национальной академии наук Белоруссии, основоположник научной школы стратегического планирования Николай Иванович Ведута (1913—1998)[1][2][3][4]. В 1962—1967 гг.

в должности директора Центрального научно-исследовательского института технического управления (ЦНИИТУ), являясь также членом коллегии Министерства приборостроения СССР, он руководил внедрением первых в стране автоматизированных систем управления производством на машиностроительных предприятиях.

Активно боролся против идеологических PR-акций по внедрению дорогостоящих ЭВМ, вместо создания настоящих АСУ для повышения эффективности управления производством.

Важнейшая задача АСУ — повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности труда и совершенствования методов планирования процесса управления.

Различают автоматизированные системы управления объектами (технологическими процессами — АСУТП, предприятием — АСУП, отраслью — ОАСУ) и функциональные автоматизированные системы, например, проектирование плановых расчётов, материально-технического снабжения и т.д.

Цели автоматизации управления

В общем случае, систему управления можно рассматривать в виде совокупности взаимосвязанных управленческих процессов и объектов. Обобщенной целью автоматизации управления является повышение эффективности использования потенциальных возможностей объекта управления. Таким образом, можно выделить ряд целей:

1. Предоставление лицу, принимающему решение (ЛПР) релевантных данных для принятия решений
2. Ускорение выполнения отдельных операций по сбору и обработке данных
3. Снижение количества решений, которые должно принимать ЛПР
4. Повышение уровня контроля и исполнительской дисциплины
5. Повышение оперативности управления
6. Снижение затрат ЛПР на выполнение вспомогательных процессов
7. Повышение степени обоснованности принимаемых решений

Жизненный цикл АС

Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:

1. Формирование требований к АС
   1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
   2. Формирование требований пользователя к АС
   3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
2. Разработка концепции АС
   1. Изучение объекта
   2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
   3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
   4. Оформление отчета о проделанной работе
3. Техническое задание
   1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
4. Эскизный проект
   1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
   2. Разработка документации на АС и ее части
5. Технический проект
   1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
   2. Разработка документации на АС и ее части
   3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
   4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
6. Рабочая документация
   1. Разработка рабочей документации на АС и ее части
   2. Разработка и адаптация программ
7. Ввод в действие
   1. Подготовка объекта автоматизации
   2. Подготовка персонала
   3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
   4. Строительно-монтажные работы
   5. Пусконаладочные работы
   6. Проведение предварительных испытаний
   7. Проведение опытной эксплуатации
   8. Проведение приемочных испытаний
8. Сопровождение АС.
   1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
   2. Послегарантийное обслуживание

Эскизный, технический проекты и рабочая документация — это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.

Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.

Состав АСУ

В состав АСУ входят следующие виды обеспечений: информационное, программное, техническое, организационное, метрологическое, правовое и лингвистическое.

Основные классификационные признаки

Основными классификационными признаками [5], определяющими вид АСУ, являются:

• сфера функционирования объекта управления (промышленность, строительство, транспорт, сельское хозяйство, непромышленная сфера и т.д.)
• вид управляемого процесса (технологический, организационный, экономический и т.д.),
• уровень в системе государственного управления, включения управление народным хозяйством в соответствии с действующими схемами управления отраслями (для промышленности: отрасль (министерство), всесоюзное объединение, всесоюзное промышленное объединение, научно-производственное объединение, предприятие (организация), производство, цех, участок, технологический агрегат).

Функции АСУ

Функции АСУ устанавливают в техническом задании на создание конкретной АСУ на основе анализа целей управления, заданных ресурсов для их достижения, ожидаемого эффекта от автоматизации и в соответствии со стандартами, распространяющимися на данный вид АСУ. Каждая функция АСУ реализуется совокупностью комплексов задач, отдельных задач и операций. Функции АСУ в общем случае включают в себя следующие элементы (действия):

• планирование и (или) прогнозирование,
• учет, контроль, анализ,
• координацию и (или) регулирование.

Необходимый состав элементов выбирают в зависимости от вида конкретной АСУ. Функции АСУ можно объединять в подсистемы по функциональному и другим признакам.

Функции при формировании управляющих воздействий

• Функции обработки информации (вычислительные функции) – осуществляют учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации,
• Функции обмена (передачи) информации – связаны с доведением выработанных управляющих воздействий до ОУ и обменом информацией с ЛПР,
• Группа функций принятия решения (преобразование содержания информации) – создание новой информации в ходе анализа, прогнозирования или оперативного управления объектом

Классы структур АСУ

В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы струк­тур систем управления: децентрализованную, централизованную, централизованную рассредоточенную и иерархическую.

Децентрализованная структура

Построение си­стемы с такой структурой эффективно при автоматизации техно­логически независимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая система представляет собой совокупность нескольких независи­мых систем со своей информационной и алгоритмической базой.

Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима инфор­мация о состоянии только этого объекта.

Централизованная структура

Централизованная структура осуществляет реа­лизацию всех процессов уп­равления объектами в едином органе управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анали­за в соответствии с критериями системы вырабатывает управ­ляющие сигналы. Появление этого класса структур связано с увеличением числа контроли­руемых, регулируемых и уп­равляемых параметров и, как правило, с территориальной рассредоточенностью объекта управления.

Достоинствами централизованной структуры являются достаточно простая реализация процессов информационного взаимодей­ствия, принципиальная возможность оптимального управления системой в целом, достаточно легкая коррекция оперативно изменяемых входных параметров, возможность достижения максимальной эксплуатационной эффективности при минимальной избы­точности технических средств управления.

Недостатки централизованной структуры следующие: необхо­димость высокой надежности и производительности технических средств управления для достижения приемлемого качества упра­вления, высокая суммарная протяженность каналов связи при наличии территориальной рассредоточенности объектов упра­вления.

Централизованная рассредоточенная структура

Основная особенность данной структуры — сохранение принципа централизованного управления, т.е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состояниях всей совокупности объектов управления.

Некоторые функциональные устройства системы управления являются об­щими для всех каналов системы и с помощью коммутаторов под­ключаются к индивидуальным устройствам канала, образуя замкнутый контур управления.

Алгоритм управления в этом случае состоит из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупностью взаимно связанных органов упра­вления. В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствующей информа­ции, а также выдачу управляющих сигналов на подчиненные объекты.

Для реализации функций управления каждый локаль­ный орган по мере необходимости вступает в процесс информа­ционного взаимодействия с другими органами управления.

До­стоинства такой структуры: снижение требований, к производи­тельности и надежности каждого центра обработки и управления без ущерба для качества управления, снижение суммарной про­тяженности каналов связи.

Недостатки системы в следующем: усложнение информацион­ных процессов в системе управления из-за необходимости обмена данными между центрами обработки и управления, а также корректировка хранимой информации, избыточность техниче­ских средств, предназначенных для обработки информации, сложность синхронизации процессов обмена информацией.

Иерархическая структура

С ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизо­ванно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого упра­вляющего органа получать и перерабатывать информацию.

Кроме того, в таких системах можно выделить, следующие, группы задач, каждая из которых характеризуется соответствующими требованиями по времени реакции на события, происхо­дящие в управляемом процессе:

• задачи сбора данных с объекта управления и прямого цифрового управления (время реакции , секунды, доли секунды),
• задачи экстремального управления, связанные с расчётами желаемых параметров управляемого процесса и требуемых значений уставок регуляторов, с логиче­скими задачами пуска и остановки агрегатов и др. (время реак­ции — секунды, минуты),
• задачи оптимизации и адаптивного управления процессами, технико-экономические задачи (время реакции — несколько секунд),
• информационные задачи для адми­нистративного управления, задачи диспетчеризации и координа­ции в масштабах цеха, предприятия, задачи планирования и др. (время реакции — часы).

Очевидно, что иерархия задач управления приводит к необхо­димости создания иерархической системы средств управления. Такое разделение, позволяя справиться с информационными трудностями для каждого местного органа управления, порождает необходимость согласования принимаемых этими органами реше­ний, т. е. создания над ними нового управляющего органа.

На каждом уровне должно быть обеспечено максимальное соот­ветствие характеристик технических средств заданному классу задач. Кроме того, многие производственные системы имеют соб­ственную иерархию, возникающую под влиянием объективных тенденций научно-технического прогресса, концентрации и спе­циализации производства, способствующих повышению эффектив­ности общественного производства.

Чаще всего иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления. Следовательно, по мере роста сложности систем выстраивается иерархическая пирамида управления.

Управляе­мые процессы в сложном объекте управления требуют своевремен­ного формирования правильных решений, которые приводили бы к поставленным целям, принимались бы своевременно, были бы взаимно согласованы. Каждое такое решение требует постановки соответствующей задачи управления.

Их совокупность образует иерархию задач управления, которая в ряде случаев значительно сложнее иерархии объекта управления.

Виды АСУ:

• Автоматизированная система управления технологическим процессом или АСУ ТП — решает задачи оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте
• Автоматизированная система управления производством (АСУ П) — решает задачи организации производства, включая основные производственные процессы, входящую и исходящую логистику. Осуществляет краткосрочное планирование выпуска с учётом производственных мощностей, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса. Для решения этих задач применяются MIS и MES-системы, а также LIMS-системы.

Примеры:

• • Автоматизированная система управления уличным освещением («АСУ УО») — предназначена для организации автоматизации централизованного управления уличным освещением.
  • Автоматизированная система управления наружного освещения («АСУНО») — предназначена для организации автоматизации централизованного управления наружным освещением.
  • Автоматизированная система управления дорожным движением или АСУ ДД — предназначена для управления транспортных средств и пешеходных потоков на дорожной сети города или автомагистрали
  • Автоматизированная система управления предприятием или АСУП — Для решения этих задач применяются MRP,MRP II и ERP-системы. В случае, если предприятием является учебное заведение, применяются системы управления обучением.

Примеры:

• «Система управления гостиницей». Наряду с этим названием употребляется PMS Property Management System
• «Автоматизированная система управления операционным риском» это программное обеспечение, содержащее комплекс средств, необходимых для решения задач управления операционными рисками предприятий: от сбора данных до предоставления отчетности и построения прогнозов.