Автоматизированная система управления технологическими процессами¶

АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическими процессами) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для контроля, регулирования и управления технологическим оборудованием и производственными процессами без постоянного участия человека или с его минимальным вмешательством. Относится к классу автоматизированных систем управления и применяется в энергетике, нефтегазовой, химической, металлургической, пищевой промышленности, на транспорте и в коммунальном хозяйстве.

¶История

Предшественниками АСУ ТП были системы автоматического регулирования, появившиеся в промышленности в XIX — первой половине XX века: регуляторы давления, температуры, уровня, центробежные регуляторы паровых машин. В 1930–1950-е годы развивались системы телемеханики и диспетчеризации, позволявшие передавать сигналы с удалённых объектов на центральный пункт.

Перелом наступил с распространением электронных вычислительных машин. В 1950–1960-е годы в СССР и за рубежом появились первые управляющие вычислительные комплексы для химических и металлургических производств. В 1970-е годы возникли программно-управляемые контроллеры, а затем промышленные логические контроллеры (ПЛК), ставшие основой распределённых систем управления. В 1980–1990-е годы сформировалась архитектура с полевым уровнем (датчики и исполнительные механизмы), уровнем контроля и управления (ПЛК, SCADA) и уровнем диспетчерского управления. С 2000-х годов развиваются интегрированные системы, объединяющие АСУ ТП с системами управления предприятием (MES, ERP) и промышленным интернетом вещей.

¶Классификация

АСУ ТП различают по нескольким признакам.

По степени автоматизации:

• автоматические — работают без участия оператора;
• автоматизированные — предполагают участие человека в принятии решений;
• автоматизированные с элементами искусственного интеллекта — используют алгоритмы прогнозирования и оптимизации.

По архитектуре:

• централизованные — управление сосредоточено в одном вычислительном узле;
• распределённые — функции распределены между контроллерами;
• гибридные.

По характеру процесса:

• непрерывные (нефтепереработка, энергетика);
• дискретные (сборочные линии, упаковка);
• периодические (химические реакторы, пищевые производства).

¶Состав и устройство

Типовая АСУ ТП включает три уровня.

Нижний (полевой) уровень — датчики (температуры, давления, расхода, уровня, положения), исполнительные механизмы (клапаны, приводы, насосы), а также средства связи.

Средний уровень — промышленные контроллеры, модули ввода-вывода, коммуникационные шлюзы. Здесь реализуются алгоритмы регулирования, блокировок и защит.

Верхний уровень — автоматизированные рабочие места операторов, серверы, SCADA-системы (диспетчерское управление и сбор данных). Здесь отображается состояние процесса, ведутся архивы, формируются отчёты и тревоги.

Связь между уровнями обеспечивают промышленные сети: Modbus, Profibus, Profinet, EtherCAT, Foundation Fieldbus и другие.

¶Функции

Основные функции АСУ ТП:

• сбор и первичная обработка данных;
• автоматическое регулирование параметров;
• сигнализация и оповещение об отклонениях;
• противоаварийные защиты и блокировки;
• архивирование и протоколирование;
• диагностика оборудования;
• формирование отчётности;
• интеграция с вышестоящими системами.

¶Применение в России

В России АСУ ТП применяются на объектах электроэнергетики (тепловые, гидро- и атомные станции), в нефтегазодобыче и транспортировке, металлургии, химии, целлюлозно-бумажной промышленности, на транспорте и в системах водоснабжения. Значительная часть проектов реализуется с использованием как зарубежных, так и отечественных программно-аппаратных платформ. В 2010-е годы усилилось внимание к импортозамещению: разрабатываются российские контроллеры, SCADA-системы и инженерное программное обеспечение.

¶Надёжность и безопасность

К АСУ ТП предъявляются повышенные требования по надёжности, поскольку отказ системы может привести к аварии, травмам, экологическому ущербу и финансовым потерям. Применяются резервирование контроллеров и каналов связи, горячее резервирование серверов, дублирование питания, тестирование алгоритмов защит. Отдельное направление — кибербезопасность: защита промышленных сетей от несанкционированного доступа, сегментация, контроль целостности программного обеспечения.

¶Проектирование и жизненный цикл

Создание АСУ ТП включает этапы: обследование объекта, разработку технического задания, проектирование, изготовление шкафов и монтаж, программирование, пусконаладку, обучение персонала, сопровождение и модернизацию. Жизненный цикл систем может достигать 15–25 лет, при этом вычислительные средства обновляются чаще, чем полевые устройства.

¶Тенденции

Современные направления развития: цифровизация производств, промышленный интернет вещей, предиктивная диагностика, безлюдные технологии, интеграция с системами управления предприятием, применение машинного обучения для оптимизации режимов. Растёт значение кибербезопасности и стандартизации протоколов.

Источники: технические регламенты и стандарты в области автоматизации, отраслевые обзоры по промышленной автоматике, учебные и справочные издания по АСУ ТП, публикации профильных организаций.