Уровни АСУТП

Автоматизированная система управления предприятием (АСУТП), составляющая компонент Автоматизированной системы (АС) предприятия, в свою очередь подразделяется на 4 уровня:

• уровень технологического процесса (полевой уровень);
• уровень контроля и управления технологическим процессом (контроллерный уровень);
• уровень магистральной сети (сетевой уровень);
• уровень человекомашинного интерфейса.

Полевой уровень

   Полевой уровень формирует первичную информацию, которая обеспечивает работу всей АСУТП, на этот уровень адресно поступают и реализуются управляющие воздействия АСУТП.

Оборудование полевого уровня составляют первичные преобразователи (датчики), исполнительные органы и механизмы. 

Уровень контроля и управления процессом

  Уровень контроля и управления процессом выполняет функции сбора и первичной обработки дискретных и аналоговых сигналов, выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

  Оборудование среднего уровня составляют программируемые контроллеры, устройства связи с объектом (УСО), шкафы короссовые и шкафы с контроллерами и вспомогательными средствами автоматизации и вычислительной техники (защита от перенапряжений, от электромагнитных помех, барьеры искробезопасности, источники электропитания, в том числе бесперебойного, промежуточное реле, зажимы для подключения устройств полевого уровня и т.п.).

  Оборудование среднего уровня обеспечивает необходимое гальваническое групповое или индивидуальное разделение входных/выходных сигналов, аналого-цифровое, цифроаналоговое преобразование.

  Контроллеры функционируют в соответствии с алгоритмами реализации защит и блокировок, автоматического регулирования и программно-логического управления, команд оператора верхнего уровня.

  В некоторых случаях на среднем уровне устанавливаются станции управления с операторскими панелями управления, которые позволяют обслуживающему персоналу контролировать и вести технологический процесс в непосредственной близости от управляемого объекта в предусмотренных технологическим регламентом обстоятельствах или при неисправности устройств верхнего уровня АСУТП.

Уровень магистральной сети

  Уровень магистральной сети является связующим звеном между контроллерами и станциями оператора. Основой этого уровня АСУТП можно считать цифровую промышленную сеть, состоящию из многих узлов, обмен информацией между которыми производится цифровым способом.

  Стандартной промышленной сети в настоящее время не существует. Разработанные промышленные сети поддерживают, как правило, 1, 2, 7 уровни OSI-модели (описательная модель взаимосвязи открытых систем).

  1 уровень модели ISO/OSI - физический уровень обеспечивает необходимые функциональные, механические, электрические характеристики для установления, поддержания и разъединения физического соединения между объектами промышленной сети.

  2 уровень модели - канальный уровень обеспечивает гарантированную передачу информации (данных) между устройствами сети; управляет механизмами защиты и восстановления данных в случае ошибок при передаче.

  7 уровень модели - прикладной уровень обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя и управление взаимодействием этих программ с различными объектами промышленной сети ("объект", "оператор", "архив").

  Наиболее распространенные промышленные сети, которыми оснащаются программно-технические комплексы АСУТП: Modbus, Bitbus, Interbuss/CAN, Profibus, HART, Device Net, ASI, FIP и др.

  Для связи контроллеров и рабочих станций операторов в качестве промышленной сети в последнее время предлагается использовать сеть Industrial Ethernet. Ранее сеть Ethernet использовалась для сетей верхнего уровня АСУТП и связи его с АСУП.

Уровень человекомашинного интерфейса

  Уровень человекомашинного интерфейса обеспечивает трудовую деятельность человека-оператора АСУТП в системе "человек-машина" (СЧМ), в иностранной интерпретации "HMI-Human-Machine-Interfase" или "MMI-Man-Machine-Interfase".

  По ГОСТ 26387-84:

  "система "человек-машина" - система, включающая в себя человека-оператора СЧМ, машину, посредством которой он осуществляет трудовую деятельность, и среду на рабочем месте".

  "Человек-оператор СЧМ - человек, осуществляющий трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с объектом воздействия, машиной и средой на рабочем месте при использовании информационной модели и органов управления".

  На этом уровне взаимодействие оператора с технологическим процессом осуществляется через человекомашинный интерфейс, который реализуется в программных пакетах.

  Несколько лет назад программное обеспечение человекомашинного интерфейса разрабатывалос силами конкретного Заказчика с привлечением специализированных фирм. Разработка ПО АСУТП силами Заказчика занимала значительное время, не гарантировала ввода АСУТП на предприятии без риска из-за возможных ошибок в ПО; сопровождение внедренного ПО собственной разработки требовало постоянного участия высококвалифицированного персонала программистов, знакомого с разработанным ПО.

  В настоящее время существует большой рынок готового ПО для решения задач СЧМ.

Это рынок SCADA-систем диспетчерского управления и сбора данных (Supervisory Control And Data Acquisition). Сегодня вопрос стоит иначе, чем несколько лет назад: какую SCADA-систему выбрать для АСУТП, которую создают для пользователя-Заказчика. Современные SCADA-системы - качественные и проверенные на практике системы, имеющие фирменное сопровождение.

  При выборе SCADA-системы помимо других характеристик системы следует обратить внимание на возможность интеграции данной SCADA-системы в корпоративную информационную сеть предприятия, осуществление связи с системами MES, ERP, CPM, в частности с PI System, Орбита или Plant 2 Business и др.

  Наиболее распространенные в России SCADA-систкмы: In Touch, Genesis 32, Trace Mode, iFix, WinCC, Master SCADA, Genie, КРУГ-2000 и др.

О терминологии по уровням АСУТП

  В отечественной литературе приводятся различные структурные уровни систем управления и программных продуктов. Бывают уровни - нижний, средний и верхний; нулевой, первый, второй, третий, иногда четвертый. В составе уровней также имеются разночтения: датчики, исполнительные механизмы и контроллеры иногда объединяют в один уровень, но чаще контроллеры выделяют в отдельный уровень; сетевой уровень распределяется между полевым уровнем, контроллерным уровнем и уровнем человекомашинного интерфейса; все четыре уровня (перечисленные в данной статье) объединяются в один уровень - АСУТП, вторым (верхним) уровнем называют АСУП; программные продукты иногда вообще не учитывают полевого уровня.

  Полагаем, что принятая в статье терминология, учитывающая функциональные особенности уровней АСУТП, исключает путаницу в числовых и "высотных" (нижний, верхний) обозначениях и более четко определяет место конкретного уровня в общей структуре системы.