автоматизированные системы управления дорожным движением
Современное дорожное движение невозможно сравнить с тем, что присутствовало на дорогах еще каких-то пятьдесят лет назад. Огромный трафик городов требует обновления подхода к управлению дорогами и движением. Для этого и существует АСУДД. Расшифровывается аббревиатура как Автоматизированная Система Управления Дорожным Движением. Ее необходимо рассматривать как целостно, так и с учетом отдельных компонентов, которые синхронизировано собирают и передают информацию о состоянии дорог, трафика и даже погодных условий.
Последние годы во многих городах России внедряются все больше компонентов АСУДД. Таким образом, уменьшаются риски человеческой ошибки и оптимизируются процессы управления движения в целом. Стоимость установки системы полностью окупается отсутствием необходимости подключать дополнительные аналитические отделы, а главным преимуществом внедрения и проектирования АСУДД становится улучшение инфраструктуры города.
Общее определение и функции АСУДД
АСУДД – это многокомпонентная система, которая состоит как из программных, так и из аппаратных компонентов. Они собирают и анализируют информацию о дорожном движении (или используют для своей работы данные, переданные от другого компонента общей системы). В зависимости от компонентного состава подобной системы, она может выполнять разнообразные функции.
К основным задачам АСУДД относятся:
- Мониторинг текущих погодных условий в конкретных точках расположения и удаленно.
- Контроль качества дорожного покрытия в местах установки комплекса.
- Управление дополнительными инфраструктурными компонентами территории: распыление химических составов при неблагоприятных погодных условиях, включение и отключение освещения или разного рода информационных табло в вечернее время.
- Постоянный обмен информации и выгрузка аналитических данных на удаленные сервера или в облако в автоматическом режиме.
- Передача визуализированной информации в режиме реального времени.
Используется для видеосообщения с контрольным пунктом и оператором. - Возможность прогнозирования дорожной ситуации с учетом уже полученной за определенный отрезок времени информации.
Используется для видеосообщения с контрольным пунктом и оператором.Состав системы варьируется, но к основным компонентам относят устройства для измерения метеоусловий, программное обеспечение, контролирующее работу аппаратов, непосредственные контроллеры для сбора информации на дорогах, дополнительные табло.
Ниже мы детально рассмотрим все возможные составляющие подобной системы и их возможности для оптимизации процесса управления дорожным движением в России.
Состав АСУДД
Изначально основной задачей такого комплекса было просто видеонаблюдение за трафиком на местах. Данные, собранные видеокамерами, передавались операторам для последующего мануального контроля и управления. Дополнительное развитие системы позволило добавить дополнительные контроллеры, собирать четкие и более информативные данные и даже предпринимать те или иные меры непосредственно на дороге (например, для управления светофорами на базе полученной информации от системы видеонаблюдения).
В чем особенности современной АСУДД системы? Она идеально адаптирована для работы в условиях активного трафика и для синхронизации всех составляющих компонентов. Например, используемые камеры для фото и видео фиксации текущего дорожного движения подходят для работы в сложных климатических условиях и недостаточности освещения, они автоматически передают информацию и фиксируют скорость, плотность транспортного потока. Если совместно с системой видеонаблюдения в рамках АСУДД используется программно-аппаратный комплекс для автоматического управления светофорами, то их работа может измениться в зависимости от полученных от компонента видеонаблюдения данных.
Компонент метеоанализа, к примеру, может собирать данные о состояниях дорог и погодных условиях не только для адаптации работы светофоров, но и для информирования участников дорожного движения. Это легко реализуется при наличии информационного табло, являющегося системой АСУДД.
Обратите внимание, что описанные ниже состав компонентов Автоматизированной системы –не обязательный и не исчерпывающий.
Программно-аппаратный комплекс подбирается и проектируется в зависимости от разных факторов, начиная от интенсивности трафика, и заканчивая расположением транспортной развязки.
Ниже мы рассмотрим наиболее популярные и часто используемые элементы АСУДД, которые используются в Европе и некоторых городах Российской Федерации.
Автоматическая система управлением работой светофорного объекта
Основная задача такого рода объекта – снижение временных потерь для участников дорожного движения и постоянная оптимизация работы светофора на базе собранных аналитических данных. Особенно важна работа такого светофора на перекрестке, где заранее практически невозможно просчитать оптимальную длительность фаз.
Какими параметрами автоматически управляет этот компонент АСУДД:
- Продолжительность одной фазы светофора.
- Длительность всего цикла (из двух или трех цветов).
- Сдвиг (максимальный размер и длительность) – актуальный параметр в случае наличия нескольких удаленных компонентов для управления светофорами для их совместной работы.
Как это работает в реальности? Обязательный элемент каждой АСУДД – детектор транспорта и трафика. Он в режиме реального времени передает на систему управления светофорными объектами информацию о трафике. Сама система анализирует полученные данные, и по проработанным заранее алгоритмам оптимизирует условия для работы светофора и улучшает трафик.
Говоря о статистике, то после использования подобного объекта в европейских странах, более чем на 30% выросла пропускная способность дорожного участка, количество потребляемого автомобилями топлива (в пробках оно выше) снизилось на 1/5, а время в пути упало практически вдвое!
Видеонаблюдение
Очевидно, что задача этого компонента – сбор и передача видеоинформации о текущем состоянии дорог. Система видеонаблюдения в составе АСУДД передает данные об интенсивности трафика, контролирует и собирает информацию о дорожно-транспортных происшествиях и максимально быстро сообщает о них ответственному оператору. Фото и видео фиксирование помогает оперативно собирать информацию о нарушениях правил дорожного движения и позволяет сотрудничать с правохранительными органами для взимания штрафов, поиска угнанных автомобилей.
Этот компонент реализован в большинстве крупных городов России, однако часто он работает не в рамках целостной АСУДД, а разобщенно, что существенно снижает его возможные преимущества и коэффициент полезного действия.
Мониторинг транспортного потока (АСМПТП)
Этот компонент необходим для сбора информации о транспортной обстановке. Данные передаются в собранном виде, массив информации дополнительно анализируется для выявления потенциально интересных для дальнейшей оптимизации потока фактов и событий.
Системы мониторинга фиксируют и обрабатывают следующие параметры транспортного потока:
- Загруженность трафика. Как правило, измеряется общее количество транспортных средств за заданный период времени.
- Средняя скорость проезжающих транспортных средств в разрезе временного промежутка (данные собираются регулярно, предоставляя полную картину в ночное и дневное время суток).
- Показатель заполненности дорожного полотна автомобилями. Измеряется как вся дорога, так и отдельные полосы.
В зависимости от собираемых параметров, отличается и строение самих датчиков. Так, если в компоненте установлено три датчика, то он может фиксировать скорость, габариты автомобилей и общее их количество на исследуемом участке за заданный временной промежуток. В детекторах устанавливаются микроволновые, ультразвуковые и инфракрасные датчики, которые отвечают за сбор информации по одному определенному параметру. Так как детекторы устанавливаются ближе к обочине, информация чаще собирается по полосам, а затем полученные данные обрабатываются, высчитывая среднее по всему участку дороги.
Центр управления дорожным движением
ЦУДД – один из центральных компонентов современных АСУДД. Это отдельное физически доступное помещение для размещения сотрудников, ответственных за контроль и управление компонентами АСУДД, мониторинг их состояния.
Часто в одном центре осуществляется управление несколькими независимыми Автоматизированными системами управления и отдельными аспектами транспортной инфраструктуры в районе.
Метеостанции
Автоматическая метеостанция отвечает за сбор информации о текущих погодных условиях, их анализ и обработку. Компонент не только определяет температуру воздуха, но и собирает данные о текущем состоянии дорожного покрытия. Так, тонкий лед (так называемый «черный»), возникающий на скоростных трассах и заморозках, становится причиной большого количества дорожно-транспортных происшествий, так как полотно с таким льдом практически не отличается от обычного асфальта на большой скорости. Сбор информации метеостанциями позволяет выводить предупреждающие сообщения для участников дорожного движения на специальные информационные табло, минимизируя количество потенциальных ДТП.
Сложные метеостанции способны измерять до нескольких десятков параметров текущих погодных условий. Вся информация передается на сервер или облако в АСУДД. При критических погодных условиях система может запустить режим работы при дожде, штормовой угрозе (в зависимости от настроенных протоколов). При этом, вмешательство человека, а соответственно, задержки переключения работы АСУДД – минимальны.
Даже самые простые метеостанции, помимо температуры воздуха, измеряют атмосферное давление, влажность воздуха, видимость, количество и интенсивность осадков, состояние дорожного покрытия, температура дорожного покрытия, ветер, толщину слоя осадков (при наличии).
Как предоставляются услуги?
Заказчиками проектирования систем АСУДД в России являются государственные учреждения. Исполнитель определяется на конкурсной (тендерной основе). Интегратор-поставщик самостоятельно осуществляет проектирование и развертывание системы АСУДД, отвечает за ее поддержку и последующую оптимизацию.
В последующем, после установки системы Автоматизированного управления дорожным движением, существенно сокращаются расходы на поддержание транспортной инфраструктуры, ее создание, обновление и поддержку.
Для оценки успешности внедрения проекта АСУДД используют следующие параметры:
- Время, потраченное машинами на задержки на въездах и выездах.
- Средний расход топлива транспортных средств (уровень выброса).
- Показатели скорости движения автомобилей.
- Пропускная способность конкретного участка транспортной развязки.
- Показатели безопасности дорожного движения.
Проект АСУДД регулярно измеряют по описанным выше параметрам для анализа прибыльности его развертывания.
Выводы
Современная интеллектуальная систем дорожного движения – необходимость для качественной организации транспортной развязки в крупных городах. Статистически, АСУДД окупаются после установки благодаря сокращению расходов на поддержку старой инфраструктуры управления дорожным движением.
Более того, повышаются показатели безопасности на дороге, увеличивается пропускная способность отдельно взятого дорожного участка и общее состояние дорожной инфраструктуры в населенном пункте.
Подробнее об услуге.
аббревиатура и её расшифровка, характеристики, назначение системы
…
Вконтакте
Google+
Мой мир
Структурная схема АСУ
В структуре любой автоматизированной системы управления можно выделить следующие компоненты:
- Основная часть – включает в себя математическое и информационное обеспечение и техническую часть.
- Функциональна часть – подразумевает конкретные управленческие функции и ряд взаимосвязанных программ.
Системы могут быть элементарными или масштабными и сложными.
Это интересно: какие бывают творческие профессии, современные виды и особенности.
Принято различать две структурные разновидности таких систем — автоматизированная система управления техническим процессом (АСУТП) и система организационного управления (АСОУ).
Различия среди этих систем заключаются в характеристиках объекта, которым система будет управлять. АСУТП выстраиваются для управления сложными техническими объектами, механизмами, аппаратами, машинами. АСОУ призваны контролировать функционирование коллективы людей. Соответственно применению АСУ, будут различаться и способы передачи информации – это могут быть документы или разнообразные физические сигналы.Существует также аббревиатура САУ – система автоматического управления. Её особенность заключается в том, что она некоторое время может действовать без вмешательства человека.
Применяются такие системы для управления отельными небольшими объектами.
Применение и основные функции АСУ
АСУ нашли широкое применение в разнообразных сферах промышленного производства. Основные функции систем сводятся к следующему:
- Автоматизация управления технологическим процессом. Благодаря действию контроллера системы оптимизируется взаимодействие всех компонентов, происходит экономия топлива и энергии, улучшаются другие показатели процесса.
- Сбор, регистрация, обработка и выдача информационных данных, касающихся оборудования и процесса в целом. Информация собирается с датчиков системы контроллером и отображается в форме мнемосхемы.
- Распознавание и регистрация аварийных ситуаций и любых отклонений от процесса. При возникновении экстремальной ситуации система даёт сигнал оператору или производит устранение неполадок автоматически, чтобы предотвратить развитие аварии.
- Предоставление необходимой информации оператору в виде графических и числовых данных. Информационные данные можно вывести на экран монитора в виде таблиц, графиков, схем. При необходимости эти данные можно распечатать с помощью соответствующих устройств.
- Управление автоматически или с рабочего места оператора.
- Регистрация всех действий оператора и сохранение их в заархивированном виде в базах данных. Все данные имеют строгую хронологическую привязку, что позволяет при необходимости установить причину возникновения аварийной ситуации и сделать соответствующие выводы.
- Многоуровневая защита информации с помощью парольных систем. Доступ к данным такой автоматизированной системы обычно бывает строго ограничен и предоставляется только специально подготовленным сотрудникам с высшим техническим образованием. Кроме того, предоставляется доступ определённого уровня руководителю и действующим операторам. Для каждого сотрудника вводится индивидуальный пароль, который даёт ему полную ответственность за проведение технологического процесса. Руководитель получает доступ к информации в режиме просмотра.
Информационные данные можно вывести на экран монитора в виде таблиц, графиков, схем. При необходимости эти данные можно распечатать с помощью соответствующих устройств.
Руководитель получает доступ к информации в режиме просмотра.Основные принципы АСУ
Впервые принципы действия автоматизированных систем управления, порядок их разработки и создания были сформулированы В.М. Глушковым.
- Принцип новых задач. Назначение АСУ – решение новых управленческих задач, а не механизация системы управления как таковая. Конкретный состав таких задач зависит от конкретного объекта, который подлежит управлению. Если речь идёт о системе автоматизированного управления целой отраслью промышленности, на первый план выходит задача согласования синхронизации работы всех задействованных звеньев, перспективы и планирование.
- Принцип системного подхода. Проектировка АСУ основывается на системном подходе как к анализу объекта, так и к процессам управления. В этом случае глубокому системному анализу подлежат не только технические вопросы, но и экономические, и организационные. Таким образом, внедрение АСУ предоставляет возможность оптимизировать экономические и производственные показатели.
- Принцип первого руководителя. Вся разработка и утверждение требований к системе, а также процесс внедрения её на практике относятся к сфере компетенции основного руководителя объекта – например, министра или директора предприятия.
- Принцип непрерывного развития. Математическое и программное обеспечение автоматизированной системы управления должно быть выстроено таким образом, чтобы при необходимости можно было легко внести изменения в системные процессы и критерии управления.
- Принцип единства информационной базы. На автоматических носителях постоянно происходит накопление и обновление информации, которая необходима как для решения отдельных узких задач, так и для проведения управленческого процесса в целом. При этом нецелесообразное дублирование каких-либо данных в системе исключается. Обработка информации должна производиться таким образом, чтобы любая вновь поступающая информация о каких-либо изменениях в кратчайшие сроки вводилась в базу данных и обрабатывалась оптимальным образом.
- Принцип комплексности задач и рабочих программ. Практически все технические и программные процессы взаимосвязаны между собой, поэтому не могут рассматриваться как отдельно существующие единицы. Попытка решать такие задачи по отдельности может привести к существенному снижению эффективности процесса в целом.
- Принцип типовой разработки. При разработке конкретной автоматизированной системы очень важно, чтобы она оказалась подходящей для максимального количества целей и была востребована многими заказчиками. Каждая система должна быть до определённых пределов типизирована, но при этом не приводить к усложнению решений для потребителя.
Информационная база АСУ
Информационной базой АСУ можно назвать всю совокупность информации, размещённой на машинных носителях и необходимых для нормального функционирования системы.
Как правило, вся информационная база подразделяется условно на три сектора – генеральный, производный и оперативный.
- Генеральный сектор объединяет в себе все данные, которые являются общими для всех поставленных задач. Размещение таких данных не ориентируется на выполнение какой-либо одной управленческой функции. Если объект достаточно крупный, генеральный сектор может содержать значительные объёмы и занимать много места на запоминающих устройствах, что не всегда удобно. Особенную сложность в этом случае может вызвать мультипрограммная обработка наряду с недостаточно мощными техническими средствами. В генеральном секторе обязательно должны отражаться все устойчивые изменения в работе системы.
- Производный сектор призван решить указанную выше задачу. Он отражает специфику конкретного объекта, особенности функций, которые выполняются в каждый конкретный отрезок времени и целый ряд других показателей системы. Любой производный сектор формируется из генерального сектора.
- Для обработки текущей информации и фиксации промежуточных результатов предусмотрен оперативный сектор. Здесь же можно обнаружить первичная вводная информация об обслуживаемом объекте. Эти данные могут поступать по каналам связи или содержаться на съёмных носителях. Далее данные могут переноситься в производный и генеральный секторы.
Эти данные могут поступать по каналам связи или содержаться на съёмных носителях. Далее данные могут переноситься в производный и генеральный секторы.Технические характеристики АСУ
Под технической базой АСУ принято понимать все технические средства, которые применяют для сбора, накопления и обработки информации, а также для её отображения и передачи. Сюда же можно отнести и исполнительные узлы системы, которые воздействуют на объект управления.
Основные технические элементы и оборудование АСУ – это электронно-вычислительная техника, которая обеспечивает накопление и обработку всех данных, циркулирующих внутри системы. Такая техника позволяет моделировать производственные процессы и строить предложения для управления.
Для построения и управления АСУ применяются два типа электронно-вычислительной техники — учётно-регулирующий и информационно-расчётный.Информационно-расчётное оборудование находится на высшей иерархической ступени в управленческой системе.
Их задачей является решение всех вопросов, связанных с централизованным управлением объектом. Для таких механизмов характерно высокое быстродействие, наличие системы прерываний, переменная длина слова, слоговая обработка вводных данных.
Нижний уровень системы управления, как правило, отдаётся учётно-регулирующим механизмам и оборудованию. Эти механизмы, как правило, размещаются непосредственно на участках или в производственных цехах. В их задачу входит сбор вводных данных от объектов управления и первичная обработка этой информации с последующей передачей её в информационно-расчётное отделение и получением плановой директивной информации. Кроме того, учётно-регулирующая часть оборудования занимается локальными расчётами и вырабатывает управляющие воздействия на объекты управления в случае возникновения отклонений от расчётных функций. Эта часть системы управления имеет хорошо развитую связь с большим количеством источников информации и устройств регулирования.
Механические средства сбора и отображения информации
Если системой предусмотрен сбор и обработка информации с участием человека, в неё включаются различные регистраторы, которые позволяют получать исходные данные непосредственно с рабочих мест.
Сюда же относятся всевозможные температурные датчики, таймеры, измерители количества произведённых деталей и прочее подобное оборудование. Монтируются также автоматические фиксаторы отклонений в производственном процессе, которые регистрируют и передают в систему сведения об отсутствии материалов, инструментария, транспортных средств для отправки изготовленных продуктов, а также неправильности в работе станков. Подобная аппаратура устанавливается не только в производственных помещениях, но и на складах для хранения сырья и готовой продукции.
К средствам отображения данных относятся все устройства, позволяющие вывести информацию в наиболее доступном для человека виде. Сюда относятся всевозможные мониторы, табло и экраны, печатающие устройства, терминалы, индикаторы и пр. Эти устройства связаны напрямую с центральным процессором вычислительной машины и могут выдавать информацию либо регламентировано, либо эпизодически – по запросу оператора или же в случае возникновения аварийной ситуации.
В состав технической базы автоматизированных систем управления входят также разнообразные виды оргтехники, контрольно-измерительные и учётные приборы, которые обеспечивают нормальное функционирование основных технических узлов.
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./176815.jpg)
Функции АСУ ТП:
- Управление и контроль,
- Анализ и планирование,
- Сбор, учет, хранение данных,
- Автоматическая защита,
- 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.
Заказать разработку АСУ ТП
Заказать разработку АСУ ТП любой сложности вы можете в специализированной компании ООО «Олайсис». Специалисты нашей компании имеют опыт разработки АСУ ТП как для одной установки, так и для целого производственного комплекса, в том числе на территориально-распределенных объектах.
Выполняем весь цикл работ: от технического задания до ввода в эксплуатацию, гарантируя надежность и отказоустойчивость готовой системы автоматизации. В разработке АСУ ТП мы стремимся учитывать все особенности объекта и обеспечивать систему развитым инструментарием. Наши системы приносят высокий экономический эффект и в краткие сроки окупают затраты владельцев. Опыт реализации проектов для самых разных отраслей промышленности позволяет нам выполнять разработку и внедрение широкофункциональных АСУ ТП в разумные сроки.
Автоматическая система управления — это что такое? Технологическое обслуживание, принципы и функции
Избавление производственных и функциональных процессов от непосредственного участия человека позволило сократить затраты на обслуживание управляемого объекта и в некоторых областях улучшить качество выпускаемого продукта. Несмотря на активное развитие электроники, многие системы пока еще остаются зависимыми от операторов, что обуславливается также и сложностями внедрения новых моделей производственного контроля. На сегодняшний день автоматическая система управления – это одна из самых перспективных форм осуществления производственной деятельности, которая, впрочем, ставит перед пользователями и новые технологические задачи.
Теория и принципы автоматизации
Изначально концепция автоматического управления развивалась как один из разделов технической механики. В частности, специалисты в этом направлении разрабатывали принципы управления электрическими машинами и паровыми котлами, но не выходя за рамки электротехники.
По мере своего развития теория систем автоматического управления стала определять функциональные органы рабочей структуры в качестве полноценных объектов, влияющих на производственный процесс. Таким образом была выявлена целая общность взаимосвязанных процессов управления, заключенных в одну динамическую модель. На современном этапе развития теоретики автоматических систем изучают принципы их построения, а также закономерности процессов, протекающих внутри готовых моделей. На качество работы, точность и гибкость в плане адаптации систем оказывают влияние такие факторы, как условия работы, назначение устройства, конструкционные особенности и т. д.
Построение систем автоматизации
В процессе разработки управляющих систем на базе автоматики центральное место отводится созданию алгоритма функциональной структуры. На первом этапе построения собираются необходимые исходные данные, среди которых свойства управляемого объекта, задачи управления, характер внешних воздействий, требования к точности контроля и т.
д.
Далее прорабатываются технико-эксплуатационные качества контроллера управления автоматическими системами. Устройство этой части как центрального функционального органа напоминает технический исполнительный механизм, который будет сообщать команды управляемому объекту. На данной инфраструктуре замыкается цепь рабочих элементов системы, свойства которой определяются один раз вначале и могут менять отдельные значения также в заданных диапазонах. На этом и основывается принцип неизменяемой структуры системы управления. Она остается неизменной в том смысле, что ее характеристики устанавливаются до непосредственного построения управляющего алгоритма.
Компенсирующий эффект в системах автоматизации
Принцип компенсации закладывается в алгоритм системы управления в целях повышения точности контроля и сокращения вероятности ошибок. Необходимость реализации компенсирующих контуров в алгоритме связана с несовершенством прямого автоматического контроля. Например, в процессе подачи сигналов оператор может регулярно менять конфигурацию действующих команд в соответствии с учетом мельчайших воздействий на систему.
Автоматика, в свою очередь, просчитывает лишь ограниченные наборы условий и текущие свойства объекта.
Как же строится работа системы автоматического управления с эффектом компенсации? Возможные отклонения регулируемой величины от требуемых значений нивелируются путем воздействия через обратную связь. Специально для выполнения подобных корректировок управляющие контуры дополняются вспомогательными командными линиями, которые в постоянном режиме стабилизируют динамические свойства системы. На этих принципах работают многоконтурные системы с многосвязным управлением или одновременной регулировкой нескольких параметров целевого объекта.
Классификации автоматического управления
Управляющие системы этого типа в основном различаются по целям контроля, способу передачи команд и видам контурной связи. Изначально ставились задачи поддержки определенных законов измерения. В этой группе можно выделить системы программного управления, следящие устройства и другие механизмы, функционирующие строго по определенным параметрам.
Сегодня же, по мере развития интеллектуальных принципов контроля, усложнились и задачи автоматических систем управления – это может быть целый комплекс задач, для решения которых используются не только заложенные оператором данные, но и динамические показания, выведенные по алгоритмам с применением и значений от сопряженного измерительного оборудования.
По способам трансляции команд и управления в целом выделяют самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучаемые системы. Непосредственно взаимодействие между компонентами управляющего устройства может базироваться на аналоговых контурах и современных беспроводных модулях.
Простые и сложные системы автоматизации
Разница между методами реализации алгоритмов управления позволяет обозначить принципиальные отличия в существующих системах автоматики. В качестве простейшего примера можно привести регулятор частоты вращения электродвигателя. Управляющим объектом выступает центробежный регулятор, управляемым – сам двигатель, а регулирующее воздействие осуществляется через настройку позиции дроссельной заслонки.
И ключевая задача управления, и принцип ее реализации достигаются путем простейшего действия в процессе контроля вала вращения, связанного с маховым механизмом.
Структурная схема управления сложными системами требует в ходе разработки не только учета теоретических методов вычисления, но и подключения принципов моделирования. Могут задействоваться цифровые вычислительные машины, которые позволят просчитать автоматические системы управления процессами разного порядка. Кроме прямых эксплуатационных показателей в таких конфигурациях учитываются и косвенные факторы влияния наподобие нелинейности координат. Для сложных систем важны принципы гибкого динамического управления и обеспечение чувствительности контуров взаимодействия подсистем.
Функциональные задачи
В результате анализа целей управления формируется набор конкретных технологических функций, которые могут быть представлены в виде отдельных задач или комплекса операций. В общем виде элементы функционального действия основываются на следующих задачах:
- Прогнозирование и планирование.
- Контроль, учет и анализ.
- Регуляция и координация.
На низших структурных звеньях реализуется точечный функционал автоматической системы управления – это операции формирования конкретных воздействий на подконтрольный объект. В частности, задачи обработки информации могут быть представлены хранением, поиском, отображением и преобразованием данных.
Техническое обеспечение автоматического управления
Хотя главной целью построения автоматических контроллеров является управляющий функционал, даже простейшие системы в обязательном порядке включают средства измерения и учета. От информационных датчиков, вычислительных машин и сенсоров на контроллеры поступают рабочие данные. Это показатели, на основе которых микропроцессоры, в частности, дают команды исполнительным механизмам. Например, автоматическое управление техническими системами на физическом уровне может реализовываться через электромагнитные устройства с элементами запорной арматуры. Более широкий охват имеют электродвигательные исполнительные средства, контролирующие работу оборудования, агрегатов и различной техники.
Техобслуживание автоматики
Поддержка исправного или работоспособного состояния элементов управляющего комплекса невозможна без проведения своевременного технического обслуживания. Это набор профилактических и ремонтных мер, который утверждается разработчиком системы или главным инженером на эксплуатирующем предприятии. В большинстве случаев техническое обслуживание систем автоматического управления предполагает выполнение следующих мероприятий:
- Проверка внешнего состояния аппаратуры и механических агрегатов.
- Чистка оборудования без вскрытия и монтажа.
- Проверка работоспособности блокирующих механизмов и заземления.
- Проверка надежности фиксирующих узлов – монтажных скоб, зажимных элементов, метизов, присоединения разъемов и полумуфт.
- Проверка состояния электротехнических источников питания.
- Ремонт, замена или восстановление поврежденных частей комплекса.
Обучение систем автоматического контроля и управления
Изменение условий работы большинства систем в современном мире обуславливает необходимость создания моделей их адаптации.
Конечно, подобные задачи могут выполняться и вручную, но такой подход противоречит самой концепции автоматического управления. Поэтому создаются новые теории обучения, адаптации и самоорганизации контролирующих систем. Наиболее перспективными направлениями в этой области можно назвать системы обратной связи, устройства распознавания образов и теорию искусственного интеллекта. Объединяются же принципы обучения в каждом из этих случаев тем, что система самостоятельно выбирает тактику дальнейших действий исходя из широкого спектра данных о своем состоянии – на сегодняшний день уже стандартными стали сведения о температуре, влажности, вибрациях и т. д.
Заключение
Цели, которые ставят перед собой разработчики современных устройств контроля и управления, вышли далеко за пределы простых задач саморегуляции механизмов. В нынешнем понимании перспективная автоматическая система управления – это многофункциональный комплекс, способный выполнять задачи проектирования и обслуживать процессы коллективной коммуникации между группами сотрудников.
Подобные системы требуют немалых затрат на внедрение и дальнейшее обучение, но снижение производственных расходов уже в процессе эксплуатации оправдывает такие вложения. Другое дело, что в некоторых областях автоматические обучаемые системы готовы предлагать возможности, на которые пока еще нет достаточного спроса.
Современные АСУ ТП / Хабр
Здравствуйте!Прочитав интересную статью, мне захотелось поделиться своими знаниями и соображениями по поводу современных АСУ ТП. Описанное ниже относиться в большей степени к продукции таких фирм как Yokogawa, Siemens и Honeywell. Сразу хочу сказать, что у каждой из систем есть свои особенности, преимущества и недостатки, так что я описываю лишь общие характеристики современных АСУ ТП.
Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), применяемые на опасных производствах и предприятиях (химическая, нефтехимическая промышленности, ГЭС, ТЭС, АЭС и т.д.), как правило, состоят из распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ).
РСУ
РСУ представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из следующих элементов:
- Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА) – оборудование с помощью которого выполняется непосредственное наблюдение и управление технологическими процессами. Всевозможные клапаны, отсекатели, электрические задвижки, датчики давления, температуры, уровня, газоанализаторы, насосы, вакуум вытяжки и многие другие устройства относятся к КИПиА. По типу сигналы от КИПиА могут быть аналоговые (4-20мА, 0-5В и т.д.) и дискретные.
- Программируемый логический контроллер (ПЛК) – сердце АСУ ТП, состоит из дублированных источников питания, дублированных процессорных модулей и модулей входов-выходов. К модулям входов-выходов подключаются непосредственно датчики и регулирующее оборудование с поля. В процессорные модули загружена логика автоматического регулирования и защитных блокировок.
- Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), обычно представляет собой персональный компьютер, с установленной на нем ОС Windows (2000/XP) и специфичным программным обеспечением, с помощью которого осуществляется конфигурирование АСУ ТП. Такие компьютеры обычно разделяют на несколько типов: станция оператора, станция инженера, станция инженера КИПиА.
Станция инженера позволяет с помощью специализированного ПО изменять конфигурацию, логику выполнения ПЛК. Станции оператора – рабочее место технологов и начальника смены, которое позволяет выполнять мониторинг и регулирование технологического процесса. Права доступа у операторов могут быть разные, обычно рядовые операторы не имеют доступа к оборудованию, работа которого влияет на безопасность, самые большие полномочия есть у начальника смены (но все равно ниже, чем у инженера). При этом надо понимать, что со станции оператора перепрограммировать ПЛК нельзя. Станция инженера КИПиА, обладает более прикладными возможностями, обеспечивает контроль и диагностику полевого оборудования.
ПАЗ
Основная задача ПАЗ — перевод производства в безопасное состояние, при возникновении каких-либо проблем в работе РСУ (выход технологических процессов за установленные границы, отказ оборудования, нештатные ситуации). Как правило, система ПАЗ получает данные от дублированных датчиков (одной из самых надежных схем считается «2оо3», когда срабатывание любых 2 из 3 датчиков, установленных на одной контрольной точке, считается необходимым условием для срабатывания защитной блокировки) и управляет резервированным оборудованием. У системы ПАЗ нет станций оператора, есть только инженерная станция, с помощью которой выполняется конфигурирование ПЛК системы ПАЗ. Со станций оператора РСУ можно видеть как работает система ПАЗ, но нельзя ей управлять. Конечное оборудование не зависит от оборудования РСУ, к примеру, если на трубопроводе заклинил клапан РСУ, то отработает отсекатель системы ПАЗ.
Особенности АСУ ТП
Теперь хотелось бы отметить важные особенности современных АСУ ТП:
- При выходе из строя всех станций оператора управления технологическим процессом продолжается, если необходимо можно добавить условия при которых, отказ всех станций вызывает безопасный останов производства.
- Станции оператора подключены к сети производства, но как правило, не имеют доступа к сети Интернет, не имеют возможности подключать USB-носители, и не имеют дисковода. Так же, часто, станции оператора не имеет стандартной компьютерной клавиатуры, а снабжены специализированными клавиатурами, оснащенными только необходимыми функциональными клавишами.
- Станции инженера, как правило, вообще выключены, либо находятся в спящем режиме.
Выводы
Таким образом, заражение станции оператора вирусом маловероятно, но даже если это произошло, то никакой явной угрозы безопасности это не представляет. Конечно, бывают случаи, когда операторы, обходят запреты и ухитряются установить на свои станции игры и выйти в интернет, но это быстро пресекается лишением премий и другими административными методами. Если же предположить, что существует специализированный вирус, который знает особенности функционирования систем, и сможет гипотетически управлять технологическим процессом, вызывая тем самым негативные последствия, то в любом случае, при возникновении аварийной ситуации отработает система ПАЗ (которая не управляется со станций операторов) и переведет производство в безопасное состояние. Да, это будут миллионные убытки предприятию (останов производства), но в любом случае не техногенная катастрофа. Если говорить о вероятности заражения вирусом инженерной станции ПАЗ, то это, во-первых, должен быть супер интеллектуальный вирус, который сам перепрограммирует ПЛК, причем именно так, чтобы тот отказал в необходимый момент, во-вторых, инженеры ПАЗ, должны быть совершенно безголовые и рыть яму сами себе. Конечно, это не все факторы, которые делают заражением станции инженера ПАЗ маловероятным событием, могу привести еще несколько: постоянные сверки версии программ загруженных в ПЛК, постоянный контроль помещения с инженерными станциями, ну и конечно же, пароль, установленный на сам проект системы ПАЗ.
В итоге хочется сказать, что безопасности современных АСУ ТП, конечно, угрожают вирусы и прочие высокотехнологичные проблемы, такие как уход станций оператора в банальный BSOD, но они не так критичны как многие хотят это представить. Надо помнить, что за безопасностью следят системы ПАЗ, к конфигурированию которых подходят со всей осторожностью и ответственностью. Человеческий фактор всегда имеет место, но системы ПАЗ для того и создаются, чтобы свести негативное влияние данного фактора к минимуму.
С удовольствием отвечу на вопросы, если они возникнут.
UPD. Возможный сценарий атаки на SCADA систему аргументировано описал makran, которому, кстати, спасибо за инвайт.
Удачи!
Автоматизированная система управления и диспетчеризации АСУД, SCADA от svisitom.ru
Как работает диспетчеризация и мониторинг оборудования на примере производства
Технологический процесс выпуска продукции на производстве требует контроля множества параметров и показателей КИП. Необходимо хорошо отлажена система коммуникации сотрудников и сбора и передачи данных мониторинга оборудования. В большенстве случае разновидности технологий, возраст и износ парка производственного оборудования разных производителей, не позволяет организовать единую систему автоматизации управления диспетчеризацией АСУД.
Для объединения разнородных инженерных систем и агрегатов в едином информационном поле модуля Диспетчеризации svisitom.ru созданы специальные инструменты и разработаны наборы методов интеграции. Предлагаем рассмотреть один из этих методов.
1. Веб-сервис интегрируется с ПО оборудования, локальными системами сбора данных, и/или доустанавливаются контроллеры ViPORT, которые объединяют оборудование и инженерные системы в единую информационную систему.
2. Производится комплексная настройка и тестирование автоматизации системы управления диспетчеризацией и отрабатываются сценарии оповещения сотрудников службы эксполауатации и ремонта.
3. Система мониторит сосотояние оборудования и при отклонениях параметров и рисков возникновения аварийной ситуации создаёт системное событие с оповещением Исполнителей и Руководителей e-mail, push, sms.
4. Исполнитель прибывает к месту проведения работ. Проверка геопозиция выполняется базовым функционалом смартфона, или устройством ViPORT, одновременно обесечивающим резервную связь с сервером и управление доступом в техническое помещение.
5. Исполнитель поэтапно выполняет работу, имея доступ к технической справочной документации в приложении на смартфоне. При необходимости производит фотофиксацию и ставит электронную подпись.
6. Руководитель в режиме онлайн следит за ходом работ на интерактивной 3D схеме объекта. Схема отображает сводные данные по статусу и объёмам запланированных работ в т.ч. аварийным и нештатным.