Интеграция АСУТП и АСУП

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Октября 2013 в 08:00, лекция

Описание работы

Говоря о программном обеспечении систем автоматизации, нельзя оставить без внимания и процессы, связанные с внедрением бурно развивающихся информационных технологий и на вышестоящих уровнях управления промышленным предприятием. Конечно, эффективность функционирования предприятия определяется эффективностью работы его отдельных производственных подразделений, технологических установок (АСУТП). Но невозможно говорить об эффективности отдельной АСУТП в отрыве от системы управления предприятием в целом.

Файлы: 1 файл

Интеграция АСУП АСУТП.doc

— 360.50 Кб (Скачать файл)

В различных источниках этот архитектурный уровень управления называют по-разному. Это и понятно - конкретно заниматься созданием  интегрированных систем управления предприятием в России еще только начинают. А поэтому и отсутствие единой терминологии.

В мировой практике сформировалась и закрепилась идеология MES (Manufacturing Execution Systems). По определению APICS (American Production and Inventory Control Society) MES - это информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия. Более развернутое определение дала международная некоммерческая ассоциация MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association). MES-система - это АСУ производственной деятельностью предприятия, с помощью которой в режиме реального времени осуществляются контроль, документирование, планирование и оптимизация производственных процессов от поступления сырья до выпуска готовой продукции.

Используя фактические технологические  данные, MES-системы поддерживают всю  производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результативный отклик на изменяющиеся условия помогает эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимые для функционирования ERP-систем. Таким образом, MES-система - это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Отсюда следует, что интегрированную  автоматизированную систему управления промышленным предприятием можно представить  в виде четырех взаимосвязанных  уровней управления (рис. слева).

При этом каждый уровень управления характеризуется “своей” интенсивностью циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций.

 

  • Контур управления уровня САУ является самым жестким по времени реакции, которое должно измеряться долями секунд и миллисекундами.
  • Уровень АСУТП является самым интенсивным по объему информации, но, как правило, менее жестким с точки зрения времени. В SCADA-системах происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров и создается информационная база исходных данных для производственного уровня.
  • Оперативно-производственный уровень управления опирается на объективную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства. Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оперативного планирования и оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.). Временные циклы управления составляют минуты, часы, смены, сутки. Оперативное управление производством осуществляется специалистами, которые детально владеют производственной ситуацией (руководители производственных цехов, участков, главные технологи, энергетики, механики и др.). В связи с этим должно повышаться качество и эффективность принимаемых на этом уровне решений.
  • Стратегический уровень управления освобождается в этом случае от решения оперативных задач производства и обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производственного уровня становится минимальным и включает в себя агрегированную управляющую и отчетную информацию с типовыми временами контроля декада, месяц, квартал. Сюда же поступает информация об аварийных ситуациях, требующих немедленного вмешательства высшего управленческого персонала предприятия.

Задачи, решаемые на уровне управления производством:

  • Сбор, хранение и предоставление данных

Эта функция обеспечивает информационное взаимодействие различных  производственных подсистем для  получения, накопления и передачи технологической  и управлеческой информации, циркулирующей в производственной среде предприятия. Данные о ходе производства могут вводиться как автоматически с заданной периодичностью из АСУТП, так и вручную оперативным персоналом.

  • Диспетчеризация производства

Обеспечивает текущий  мониторинг и диспетчеризацию процесса производства, отслеживает выполнение операций, занятость оборудования и людей, контролирует в реальном времени выполнение работ в соответствии с планом.

  • Оперативное планирование

Эта функция обеспечивает оперативное  и детальное планирование работы, основанное на приоритетах, атрибутах, характеристиках и свойствах конкретного вида продукции, а также детально и оптимально вычисляет загрузку оборудования при работе конкретной смены.

  • Управление качеством продукции

Предоставляет данные измерений о качестве продукции, в том числе и в режиме реального времени, собранные с производственного уровня, обеспечивая должный контроль качества и привлекая внимание к отклонениям качественных показателей продукции от заданных.

  • Управление производственными фондами (техобслуживание)

Поддержка процесса технического обслуживания, планового и оперативного ремонта производственного и  технологического оборудования и инструментов в течение всего производственного  процесса.

На Западе использование MES-систем считается очевидным, и при решении задач комплексной автоматизации предприятия одновременно ищутся решения для трех взаимосвязанных уровней управления: АСУТП, MES и ERP. В России же подобные системы практически неизвестны и игнорирование их необходимой роли является причиной существенных проблем при создании комплексных систем автоматизации промышленных предприятий.

Разработчики инструментальных систем (в том числе и разработчики SCADA) предлагают использовать в целях  интеграции различные типы программных  продуктов. Ясно одно: поскольку речь идет о создании единого информационного пространства, одним из основных компонентов программного обеспечения уровня управления производством должны быть базы данных (БД) или архивы, ориентированные на хранение и обработку больших объемов данных реального времени из различных источников. Ведение архива и обработка запросов — это задачи сервера. Не менее важны и клиентские приложения, способные представлять информацию в требуемом виде и формате.

3. Базы данных реального времени

Важными компонентами, используемыми  на верхних уровнях, являются системы  управления базами данных (СУБД). Предприятия  с помощью СУБД преодолели проблемы, связанные с огромными объемами дублированной и иногда противоречивой информации, предоставляемой к тому же различными и зачастую несовместимыми друг с другом способами. Но использование традиционных реляционных баз данных, ориентированных на решение задач уровня АСУП, не всегда возможно в системах управления производственного уровня. Здесь можно выделить несколько основных ограничений.

  • Производственные процессы генерируют данные очень быстро. Чтобы хранить производственный архив системы, например, с 7500 рабочими переменными, в БД каждую секунду необходимо вставлять 7500 строк. Обычные БД не могут выдержать подобную нагрузку.
  • Объемы производственной информации огромны. Многомесячный архив завода с 7500 технологическими переменными требует под БД дисковую память объемом около 1 Терабайта. Сегодняшние технологии такими объемами манипулировать не могут.
  • SQL как язык не подходит для обработки временных или периодических данных, типичных для производственных систем. В частности, чрезвычайно трудно указать в запросе периодичность выборки возвращаемых данных.

Как результат преодоления этих ограничений появился новый класс продуктов - базы данных реального времени (БДРВ). При этом намечаются две концепции создания БДРВ: независимая, новая разработка БД и разработка БДРВ на основе известных реляционных БД, например, MS SQL Server.

    1. Industrial SQL Server (Wonderware)

IndustrialSQL Server и его особенности

IndustrialSQL Server - внутризаводской хранитель  архивной информации, включая данные  о событиях и соответствующих  реакциях. IndustrialSQL Server представляет  собой РБД, в которой учтены  источники, скорость поступления и объемы производственной информации (рис.3). Он позволяет осуществлять сбор и запись данных в сотни раз быстрее, чем это делают обычные БД на аналогичной платформе, и при этом занимает значительно меньше дискового пространства.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Industrial SQL Server в интегрированной системе управления.

Несмотря на то, что IndustrialSQL Server поставляется компанией Wonderware как самостоятельный  продукт, он в то же время является одним из главных компонентов  пакета FactorySuite2000, его стержнем. Будучи интегрированным со SCADA-системой InTouch, IndustrialSQL Server способен накапливать при помощи серверов ввода/вывода информацию практически от любых измерительных приборов и устройств сбора данных.

Информационные потоки IndustrialSQL Server и их направление являются стандартными для баз данных реального времени: с одной стороны - это данные, поступающие из различных источников для сохранения в БД по стандартным протоколам DDE, OPC, SuiteLink, с другой - данные, запрашиваемые потребителями через интерфейс SQL сервера.

Стандартным механизмом поиска информации на сервере IndustrialSQL Server является SQL, что гарантирует  доступность данных самому широкому кругу приложений. В подмножество языка SQL входит расширение, служащее для  получения динамических производственных данных из IndustrialSQL Server и позволяющее строить запросы на базе временных отметок. Все приложения, работающие с Microsoft SQL Server, могут также подключаться и к IndustrialSQL Server.

Для хранения данных реального времени  в IndustrialSQL Server используются исторические блоки или файлы специального формата. Основное требование к ним - обеспечение высокой скорости регистрации и повышенное сжатие данных.

В IndustrialSQL Server (версии 7.1 и  выше) наряду с доступом по SQL-запросам, добавлена возможность получения данных по протоколам OPC, DDE, SuiteLink.

4. Специализированные  программные средства

Для организации информационного  потока между технологическим уровнем  (АСУТП) и бизнес-системой ряд разработчиков  инструментальных систем (в том числе и SCADA) предлагают использовать специальный тип программных продуктов.

Наиболее популярные программные  продукты, способные решать задачи интеграционного уровня, приведены  в табл. 1.

                                                                                                Таблица 1

Наименование продукта

Фирма-производитель

ABB Simcon Inc.

Integrated Refinery Information

System (IRIS)

Aspen Technology

Aspen Tech's InfoPlus.21

Honeywell HI-Spec Sotution

Uniformance

Invensys Performance Solution

Integrated Control and

Infomation System (ICIMS)

Petrocom

Калькулятор

OSISoft

Plant Information System

(PI System)


 

Integrated Refinery Information System (IRIS) представляет собой интегрированный коммерческий пакет программных модулей. Он обеспечивает деятельность операторов, инженеров, планирование и управление с функциями хранения, представления и анализа технологических и лабораторных данных. Имеются библиотеки типовых приложений для конечных пользователей. Пакет включает также модули отчетов, расчета тепловых и материальных балансов, планирования, оптимизации, мониторинга окружающей среды, анализа данных, трендов и SQC-расчетов.

Ядро системы IRIS - реляционная база данных для хранения от 50 до 100 000 тегов за пять лет с минутным разрешением.

IRIS имеет распределенную клиент-серверную архитектуру, поддерживает платформы UNIX, RISC, Intel PC и стандартные технологии TCP/IP, OLE, DDE и MS Windows, обеспечивая персоналу предприятия доступ к данным системы IRIS и приложениям по сети LAN.

Aspen Tech's InFoPlus.21 - информационно-управляющая система, обеспечивающая инфраструктуру для сбора, целостности, управления, и представления технологических данных, в то время как ERP-системы интегрируют управленческие данные. Эта система также обеспечивает инфраструктуру для интегрированных приложений, таких как управление технологическими процессами, управление производством, управление качеством.

Aspen Tech's InFoPlus.21 интегрирует технологические данные в ERP-систему для совершенствования и улучшения поддержки принятия решений, обеспечивает качественными данными все подразделения предприятия.

Integrated Control and Infomation System (ICIMS) усиливает поддержку принятия решений, обеспечивая интеграцию между системой управления нижнего уровня, информационными системами управления производством, техническими информационными системами и системой управления бизнес-процессами.

ICIMS включает сетевую TCP/IP-архитектуру, архив истории, лабораторную информационную систему, электронную систему документации, финансовой отчетности, базирующихся на ERP-инструментах (SAP, BAAN или JD Erdwards).

Кроме перечисленных выше систем имеется  еще целая гамма программных  продуктов, ориентированных на конкретные технологические производства, например, нефтеперерабатывающие заводы, и предназначенных для решения отдельных задач этого уровня (системы расчета и согласования материальных балансов, системы управления движением нефти и нефтепродуктов в резервуарных парках, лабораторные информационные системы и т. д.). 

Программные продукты подобного класса совсем недавно появились в России. Тем не менее, уже проявляются  критерии для сравнения этих систем:

  • Количество интерфейсов к АСУТП (DCS, SCADA)
  • Масштабируемость системы
  • Характеристики алгоритма “сжатия” и восстановления данных
  • Требования к памяти
  • Возможность “горячего” резервирования серверов
  • Клиентские приложения – удобство работы
  • Количество одновременно поддерживаемых клиентов
  • Скорость обработки операций чтение/запись
  • Стоимостные характеристики

 

Список приведенных критериев  не претендует на полноту. Глубокий анализ программных продуктов этого  класса еще предстоит сделать  специалистам. Но об одной важнейшей  характеристике интегрированных информационных систем нельзя не сказать - наличие и число приложений для решения типовых задач производственного уровня.

Информация о работе Интеграция АСУТП и АСУП