Часть I. Автоматизированные информационно-управляющие системы

Основные понятия

Использование автоматизированных информационно-управляющих систем является магистральным направлением повышения эффективности эксплуатации оборудования на предприятиях.

Особенностью современных автоматизированных информационно-управляющих систем является то, что они строятся как единые интегрированные системы, охватывающие всю хозяйственную деятельность предприятия. В общем случае в этой роли в настоящее время выступают интегрированные корпоративные системы (ERP-системы), осуществляющие планирование и управление ресурсами предприятия (Enterprise Resource Planning). На рис. 1.1 представлена типовая структура корпоративной информационной системы управления предприятием.

Ядром системы является корпоративная ERP-система, состоящая из модулей продаж, закупок, управления запасами, управления персоналом, управления производством, планирования и бухгалтерского учета. Система предоставляет руководству предприятия следующие информационные материалы: информацию о заказах, информацию о закупках, данные о запасах, численность, з/плата, технические отчеты, планы, календари, финансовую отчетность. Информация в ERP-системах поступает от систем нижнего уровня, среди которых необходимо выделить следующие автоматизированные системы: система на основе которой разрабатывается конструкторская документация на продукцию (САПР-К), система автоматизированного технологического проектирования производства (САПР-Т), автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) и автоматизированная система контроля и диагностики (АСКиД). Информация от указанных систем собирается в информационных базах данных – PDM и MES-системы (АСУ ПП – автоматизированная система управления производственными процессами). Информация от АСКиД используется в АСУ ремонтно-технического обслуживания (АСУ РТО). Из других автоматизированных систем необходимо отметить геоинформационную систему предприятия (ГИС), которая позволяет в наглядном виде отобразить информацию о предприятии на картографической схеме.

Интегрированные информационно-управляющие системы предприятия в общем случае имеют три уровня[1] (рис. 1.2): ERP-системы (Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия), MES-системы (Manufacturing Execution System или Manufacturing Enterprise Solutions) и SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими процессами).

Система ERP служит для автоматизированного управления административно-финансовой и административно-хозяйственной деятельностью предприятия. Ее основное назначение – стратегические задачи управления предприятием в целом. Характерными примерами ERP-систем являются системы R/3 (SAP), BAAN V (BAAN), Oracle Application (Oracle Corporation), MFG/PRO (QAD), People Soft (People Soft Inc/), One-World (J.D.Edvards), BPCS (System Software Associates), Syteline (Symix Systems).

В данных ERP-системах автоматизации подлежат наиболее легко автоматизируемые процессы: документооборот, учет и управление персоналом, финансовая отчетность и т.п.

 

Рис. 1.1. Типовая структура корпоративной информационной системы управления предприятием[2]

Рис. 1.2. Иерархическая структура АИУС предприятия

 

MES-система – это система управления производством продукции. Ее основное назначение – оперативное планирование /перепланирование, оптимизация производственных графиков, оперативное управление процессом производства, управление сроками поставок, качеством в реальном масштабе времени. Имея оперативные данные, MES-системы активно взаимодействуют с ERP-системами. Для решения задач оперативного планирования в MES-системах строится динамическая компьютерная модель производства. Эта модель реализует непрерывное имитационное моделирование материальных потоков внутри цеха в соответствии с технологическими маршрутами.

Применяемый в MES-системах аппарат расчета производственных расписаний позволяет учесть взаимосвязь всех элементов оперативного плана, обеспечить выбор альтернативных технологических маршрутов и адаптивный режим управления материальными потоками.

В части, касающейся управления производственными процессами, MES-системы отличаются от ERP тем, что в MES расчет производственных расписаний строится на основе множества критериев.

Различные комбинации критериев позволяют рассчитывать десятки вариантов производственного расписания, использовать их как средство моделирования производственных процессов и выбирать наиболее эффективный сценарий выполнения текущего плана.

Четкой границы между автоматизированными системами управления предприятием (MES-системами) и АСУ ТП (SCADA-системами) нет. Имеется перекрывание их функций в силу взаимных связей производства (рис. 1.3). Объем и степень доступа к технологической информации зависят от типа программного обеспечения, используемого в управленческих структурах предприятия, категории сотрудников-потребителей данной информации. SCADA-системы решают следующие задачи: визуализация технологического процесса; сбор данных с различных источников измерительной информации, например, с использованием протоколов DDE (Dynamic Data Exchange), OPC (OLE for Process Control) и фирменным протоколам; поддержка языка SQL для создания, удаления, чтения, записи, модификации информации в таблицах БД. В SCADA-системах принципиально важной является работа в реальном масштабе времени.

Выделяются следующие способы интеграции подсистем уровней MES и SCADA: использование БД, в том числе в качестве буфера между различными подсистемами, что позволяет обеспечивать оперативный обмен данными между подсистемами; применение класса продуктов, главным назначением которых является импортирование объектов из одной подсистемы и экспортирование их в другую подсистему; использование готовых решений для предприятий.

 

Рис. 1.3.Взаимодействие АСУ П и АСУ ТП предприятия

 

От SCADA-систем требуется выполнение следующих функций: сбор данных от программируемых логических контроллеров (ПЛК); первичная обработка данных о технологических процессах; архивация данных; представление мнемосхем энергетического объекта в статике и динамике; представление графиков (трендов) измеряемых величин, параметров, режимов; сообщения о неисправностях и авариях; печать протоколов и отчетов; ввод в систему управления команд операторов; связь с другими автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов; решение прикладных задач на основе текущих измерительных данных. К SCADA-системам предъявляются следующие основные требования: надежность системы (технологическая и функциональная); безопасность управления; точность обработки и представления данных; простота расширения системы.

Общая структура SCADA-систем представлена на рис. 1.4.

Основными тенденциями развития технических средств АСУ ТП (аппаратных и программных) являются следующие:

1) использование открытой архитектуры аппаратных и программных средств. Открытая архитектура позволяет независимо от специфики технологических процессов выбирать совместимые компоненты от различных производителей, в результате чего расширяются функциональные возможности системы, снижается ее стоимость и облегчается ее эксплуатация;

 

 

Рис. 1.4.Сетевое взаимодействие SCADA-системы

 

 

2) использование сетевых технологий на всех уровнях иерархии системы. На системном уровне здесь используются локальные сети промышленных компьютеров, что позволяет создавать распределенные системы управления. На полевом уровне перспективным является использование полевых специальных сетей с интеллектуальным полевым оборудованием (Fieldbus).

Общий анализ SCADA-систем позволяет сформулировать некоторые их характерные особенности: автоматизированная разработка рабочих мест операторов, дающая возможность создания технологического программного обеспечения системы автоматизации разработчиками, не владеющими в полной мере особенностями системного программирования вычислительных процессов; наличие средств сбора информации от устройств нижнего уровня автоматизации; наличие средств управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях; средств архивирования и хранения измерительной информации с возможностью ее последующей обработки; средств обработки первичной измерительной информации; средств визуализации текущей исторической информации в виде таблиц, графиков, гистограмм, динамических мнемосхем, анимационных изображений; печать отчетов и протоколов произвольной формы в заданные моменты времени; ввод и передача команд и сообщений оператора в ПЛК и другие устройства системы.