5. Ієрархічні системи управління. Якщо однорівнева структура АСУТП не забезпечує необхідного режиму функціонування складного технологічного об'єкта, то систему управління можна побудувати як багаторівневу - у вигляді окремих підсистем, між якими встановлені відносини підпорядкування. Кожна підсистема має ЕОМ, що працює в одному з описаних вище режимів. Функції управління можуть бути розподілені між рівнями, наприклад, наступним чином. Нижній (перший) рівень управління безпосередньо керує технологічними операціями.
Другий рівень виконує функції розрахунку і оперативного коректування режимів технологічних операцій. Третій рівень управління представляє собою центральну керуючу підсистему, вирішальну завдання розрахунку і оперативного коректування технологічного режиму всього процесу в цілому.
Розглянуті п'ять типів структур АСУТП розрізняються способом включення ЕОМ у контур управління. Три останніх типу структур повністю виключають оператора з основного контуру управління, тому системи, побудовані на їх основі, можна віднести до класу автоматичних. Для складних процесів на великих виробничих комплексах будуються системи управління, що поєднують описані способи включення ЕОМ у контур управління. Така система поділяється на підсистеми, для кожної з яких в залежності від можливостей її математичного опису та економічно доцільності обрана певна структура.
Комплекс підсистем можна реалізувати або на одній ЕОМ, що розділяє час між підсистемами, або на декількох ЕОМ, кожна з яких обслуговує відповідну підсистему, або на обчислювальної мережі, що складається з великого числа міні-чи мікро-ЕОМ.
Важливою складовою частиною АСУТП, багато в чому визначає її функціональні можливості, є математичне забезпечення (МО), яке можна розділити на функціональний і загальносистемне. Функціональне математичне забезпечення утворюється комплексом програм, безпосередньо виконують функції управління даним процесом. Загальносистемне МО у поєднанні зі спеціальними апаратними засобами дозволяє управляти ресурсами ЕОМ, здійснювати спілкування оператора та ЕОМ, використовувати стандартні програми при вирішенні функціональних завдань, виконувати діагностування елементів ЕОМ. У сучасній термінології загальносистемне МО прийнято називати операційною системою (ОС). Компонентами ОС є чотири комплекси програм: управління ресурсами; програмні засоби спілкування оператора та ЕОМ, діагностичні програми, стандартні програми.
Управління ресурсами. ЕОМ має ресурси чотирьох видів: часом центрального процесора, пам'яттю, зовнішніми пристроями та програмним забезпеченням. Час центрального процесора розподіляється між функціональними програмами шляхом переключення з однієї програми на іншу, яке виконується або за заздалегідь складеним розкладом, або без нього. Розклад будується на підставі вимог до управління технологічним процесом і являє собою порядок і час виконання функціональних програм. Перемикання без розкладу відбувається під дією сигналів переривання, джерелами яких можуть бути технологічний процес і оператор. Отримавши сигнал переривання, ОС зупиняє виконання поточної програми, але таким чином, щоб надалі можна було повернутися до її виконання у тому місці, де вона була перервана. Зауважимо, що розклад регламентує лише виконання функціональних програм, причому воно може вимагати одночасного виконання кількох програм, які можна здійснити при мультипрограмування і режимі поділу часу.
Засоби спілкування оператора та ЕОМ (інтерфейс користувача). Для спілкування оператора та ЕОМ розробляється спеціальна мова, що складається з обмеженого набору команд, що представляють собою слова природної мови. Команди вводяться через клавіатуру дисплея. Функціями програмних засобів спілкування є переклад мови оператора на машинну мову, інтерпретація команди, а потім спільно з іншими програмами ОС планування і реалізація дій, необхідних даною командою.
Діагностичні програми. Головна мета діагностики - підвищення експлуатаційної надійності АСУТП за рахунок швидкого виявлення нормального функціонування ЕОМ і відшукання що відмовив.
Стандартні програми. Хоча кожна АСУТП має ряд специфічних рис і тому носить індивідуальний характер, у багатьох з них потрібне проведення стандартних технічних розрахунків та операцій над даними. Тому в складі ОС існує бібліотека стандартних програм, не призначених безпосередньо для виконання операцій управління.
Вона використовується програмістами при створенні функціональних і службових програм АСУТП.
1.8.4 Поняття автоматизованого технологічного комплексу (АТК)
АТК призначений для випуску продукції в автоматизованому режимі. Основна його відмінність від АСУТП полягає в тому, що в АТК технологічне обладнання і технічні засоби системи управління складають єдине ціле, вони спільно розробляються і експлуатуються, один без одного вони працювати не можуть. Такий підхід дозволяє спростити систему за рахунок кращої взаємодії її частин і підвищити якість її роботи. В даний час АТК широко застосовуються в промисловості при випуску продукції, технологія виробництва якої включає в себе складні фізико-хімічні перетворення або небезпечна для виробничого персоналу.
1.8.5 Поняття автоматизованої системи управління підприємством (АСУП)
АСУП призначена для управління всією діяльністю підприємства в автоматизованому режимі. Вона включає в себе системи управління технологічними процесами, запасами сировинних матеріалів, паливо енергетичних ресурсів, комплектуючих виробів, напівфабрикатів, готової продукції, економічною діяльністю підприємства, автоматизованої підготовки документації підприємства і звітних документів, тобто АСУП включає в себе ряд систем автоматизації, об'єднаних в єдину мережа потоками інформації. Такий підхід дозволяє скоротити витрати праці на передачу інформації (звітів, розпоряджень, планів тощо) між підрозділами підприємства, скоротити час їх підготовки, уникнути багатьох помилок, ввести в активний режим роботи систему управління якістю на підприємстві.
В даний час АСУП отримують широке поширення на підприємствах одночасно з впровадженням локальних мереж на базі персональних комп'ютерів. Особливо широко цей підхід до автоматизації використовується на підприємствах з великою номенклатурою продукції, що випускається, великою кількістю зв'язків з іншими підприємствами.
1.8.6 Поняття гнучких автоматизованих виробництв (ГАП) та інтегрованих виробничих комплексів (ІПК)
Гнучкі автоматизовані виробництва - це якісно більш досконалий етап в комплексній автоматизації виробництва. Це система автоматизації, що охоплює все виробництво від проектування виробів і технологій до виготовлення продукції і доставки її споживачу. Ця тенденція веде до створення високоавтоматизованих цехів і заводів-автоматів, де засоби обчислювальної техніки застосовуються у всіх ланках виробництва. Верстатобудівники почали випускати промислово серійні гнучкі автоматизовані виробництва (ГАП) на базі обробних центрів і гібкопереналажіваемих автоматичних ліній.
Автономне розвиток АСУ (обробка інформації), САПР, АСУТП, систем управління гнучким автоматизованим виробництвом (СУГАП), промислові роботи не дають бажаного ефекту у підвищенні продуктивності. Так, наприклад, САПР, АСТПП, АСУП підвищують продуктивність праці приблизно вдвічі, СУГАП приблизно уп'ятеро, а інтегрований комплекс - у десятки разів. Тому був взятий курс на інтеграцію, особливо в області ГАП.
Основою заводу з повністю автоматизованим виробничим циклом є інтегрований виробничий комплекс (ВПК), що включає системи автоматизації передпроектних наукових досліджень (АСНИ), проектування конструкції виробів (САПРК) і технологічних процесів (САПРТП), проектування технологічної підготовки виробництва (АСТПВ), гнучке автоматизовані виробництво ( ГАП), систему автоматизованого контролю (Аски). Призначенням ІПК є проведення всіх робіт циклу від дослідження до виробництва на основі використання загальної інформаційної бази і безпаперовій технології передачі інформації по складових цього циклу за допомогою локальних обчислювальних мереж.
Особливо ефективним є застосування ВПК і ГАП в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва в умовах частої змінюваності номенклатури продукції і скорочення часу її випуску. Комплексна автоматизація виробництва на базі ВПК і ГАП дозволяє:
- У 7-10 разів підвищити продуктивність праці;
- Скоротити тривалість виробничого циклу;
- Підвищити технічний рівень і якість продукції, що випускається;
- Знизити матеріало-і енергоємність продукції;
- Збільшити коефіцієнт змінності обладнання;
- Вивільнити значну частину працюючих на виробництві;
- Скоротити виробничі площі.
Крім того, число різних класів технічних систем подвоюється в середньому кожні 10 років, обсяг науково-технічної інформації, використовуваної в конструкторських розробках, подвоюється кожні 8 років, час створення нових виробів зменшується у два рази кожні 25 років при одночасному скороченні терміну їх морального старіння. Це обумовлює пропорційне зростання обсягів проектування (приблизно в 10 разів кожні 10 років), а при збереженні ручної технології конструювання необхідно мати такі ж темпи зростання числа фахівців. Однак, оскільки насправді їх число може зростати в 3 рази кожні 10 років, крім того, зростає складність проектованих систем і кількість варіантів, якими вони можуть бути реалізовані, використання обчислювальної техніки при проектуванні нових виробів є необхідним.
Гнучка виробнича система (ГПС) (гнучке автоматизоване виробництво - ГАП) - сукупність у різних поєднаннях обладнання з ЧПК, роботизованих технологічних комплексів, гнучких виробничих модулів, окремих одиниць технологічного обладнання та систем забезпечення їх функціонування в автоматичному режимі протягом заданого інтервалу часу, що володіє властивістю автоматизованої переналагодження при виробництві виробів довільної номенклатури в установлених межах значень їхніх характеристик.