Причины появления АСУТП
Исторически АСУТП впервые использовали там, где человеческий труд был невозможен. В основном это было связано с агрессивной окружающей средой (очень высокая температура, сильная загазованность и т. д.). В этих условиях человек находиться не мог, и поэтому устанавливались приборы, которые дистанционно снимали показания с датчиков: температуру, давление, расход, управляли исполнительными механизмами.
В основном это были пневматические и гидравлические системы, которые обладали большой инерционностью, то есть время отклика на воздействия измерялось несколькими десятками секунд. Решались задачи локального управления. Отчеты о ходе процесса регистрировались на бумажном носителе. Анализ проводился вручную на основе предыдущего накопленного опыта.
Применение электронных систем сдерживалось их ненадежностью. Основой для создания систем управления технологического оборудования служили ЭВМ класса СМ и ЕС с модулями удаленного ввода/вывода. Данные системы применялись в основном для контроля (индикации) параметров в связи с тем, что малейшая неисправность в работе ЭВМ приводила к потере всех данных, обрабатываемых данной машиной. Замена неисправных модулей производилась только после отключения ЭВМ от электропитания, с потерей всех данных о процессе. Вышеперечисленное не позволяло пользоваться ЭВМ для создания систем управления технологическими процессами.
Толчком к бурному развитию электронных систем управления послужила разработка
микропроцессоров и сетевых протоколов и оборудования на их основе. Появилась
возможность децентрализовать функции управления, осуществить функцию горячего
резервирования оборудования и программного обеспечения. Резко возросла надежность
систем управления.
Электронные системы управления на базе распределенных сетей начали применяться
для управления технологическими процессами в начале 80-х годов. Их применение
позволило в значительной степени реализовать модели как базового управления,
так и улучшенного управления "advanced control", подразумевающего
многосвязанное управление несколькими технологическими объектами. Начали создавать
автоматизированные системы управления технологическими процессами с использованием
моделей оптимального управления.
В конце 80-х годов первые электронные системы управления технологическими процессами класса DCS (Distributed Control Systems) стали поступать на российские предприятия в составе комплексных поставок технологического оборудования импортного производства. Преимущества, которые они имели по сравнению с традиционными, были сразу же оценены эксплуатационным персоналом: надежность, неприхотливость в обслуживании, информативность. Подобные системы стали закупаться для реконструируемых объектов, обычно для основных технологических установок на предприятии. Качество работы систем управления стало в большей степени определяться полевыми приборами, работающими с данными системами, поскольку интеллектуальный потенциал и надежность, заложенная в этих системах, с лихвой перекрывала потребности. Технический аспект внедрения систем управления преобладал.
Одновременно бурное развитие получило внедрение систем управления финансовой деятельностью предприятия на базе распределенных сетей и персональных компьютеров. Остро встал вопрос, как передать истинные данные с технологических установок на уровень управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия, а заодно и решить проблемы внутризаводского баланса и управления производством. Данная задача решалась и решается по сей день внедрением систем диспетчерского управления на базе появившегося в начале 90-х годов нового класса распределенных систем управления SCADA.
На сегодня можно констатировать, что такие системы разработаны концептуально. Их зрелость, в свою очередь, подкреплена наличием на рынке аппаратных и программных средств для реализации в полном объеме задач, связанных с управлением производством. Выявились лидеры рынка поставки систем управления технологическими процессами, как аппаратных средств, так и программных. Наличие межсистемных стандартных протоколов позволяют создавать системы управления любой сложности вне зависимости от производителя программных и аппаратных средств. Создание эффективных систем АСУТП из плоскости технической перешло в плоскость экономическую.
АСУП и АСУТП
В условиях нестабильного рынка сложно оценивать экономическую эффективность внедрения и рассчитывать окупаемость систем управления. Это и есть основной фактор, сдерживающий внедрение АСУТП на промышленных предприятиях. Руководители предприятий неохотно идут на модернизацию действующих предприятий: "работают себе, и ладно". Прибыль можно извлекать и на действующем оборудовании, и только отсутствие запасных частей к старым системам управления, производство которых прекращено, вынуждает переходить на новые электронные системы управления. Еще одна причина перехода - это вновь вводимые производства, которые требуют изначально некоторого опыта ведения технологического процесса, отсутствие которого можно заменить интеллектом, вложенным в систему управления и систему противоаварийной защиты на стадии ее разработки специализированными фирмами.
Еще сложнее оценить экономическую эффективность внедрения АСУП на предприятии, поскольку данные системы напрямую не участвуют в процессе производства, а лишь дают оперативную информацию руководителям предприятия для принятия решения. В конечном случае принятые руководителями решения и определяют эффективность предприятия, качество выпускаемого товара и его конкурентоспособность. Внедрение АСУП на предприятиях идет более энергично. Связано это с тем, что затраты на АСУП представляются менее значительными, да и трудно себе представить сегодняшний офис предприятия без локальной сети и компьютеров. Попытки предприятий автоматизировать своими силами или с привлечением сторонних организаций финансово-хозяйственную деятельность предприятий без изменения бизнес-процессов не решают основных задач предприятия. Такие попытки длятся десятилетиями и превращаются в гонку по замене техники и программного обеспечения каждые два года.
Выход из создавшейся ситуации - комплексная проработка вопросов внедрения АСУТП и АСУП на предприятии, разработка независимыми специализированными предприятиями мастер-плана (ТЭО) с точно поставленными целями автоматизации и этапами ее реализации .Подобная практика существует на предприятиях в индустриально развитых странах, ни одно предприятие не может получить кредит в банке или инвестиции спонсоров на реконструкцию предприятия без согласованного и утвержденного на предприятии мастер-плана.
Данные мероприятия позволяют предприятию перейти от остаточного принципа финансирования к плановому с соответствующим бюджетом. "Мировая практика показывает, что один доллар, вложенный в АСУТП, дает три доллара прибыли, а один доллар, вложенный в АСУП, - двадцать восемь долларов. Но если не вкладываться в АСУТП, прибыли от АСУП может не быть".
Поддержка АСУТП
В прежние времена на многих производственных предприятиях существовали целые подразделения, которые занимались АСУТП. В основном системы имели низкую степень надежности, поэтому вся деятельность этих подразделений фактически сводилась к замене вышедших из строя плат и их ремонту, а также к периодической переустановке операционной системы и прикладного ПО. Сегодняшний уровень качества подобных систем и требований к этим системам настолько высок, что обслуживания этих систем практически не требуется. По словам Вячеслава Анцукевича, первого заместителя генерального директора ООО "Систематика", грамотно спроектированные и внедренные в производство системы DCS импортного производства в начале 90-х годов успешно эксплуатируются до сегодняшнего времени, показывая высокую надежность и неприхотливость в эксплуатации.
Порой персонал предприятия, выделенный для обслуживании подобных систем, за многие годы отсутствия проблем с системой управления теряет квалификацию. Тем не менее стопроцентная надежность принципиально недостижима.
Мировая практика показывает, что все созданные системы кем-то обслуживаются. В данном случае иметь собственный персонал невыгодно, поэтому логичнее отдать поддержку АСУТП на аутсорсинг сторонней фирме, которая будет обслуживать одновременно несколько предприятий, тем самым поддерживая квалификацию и окупая собственное существование. Кстати, поддержка систем управления сторонними фирмами способствует модернизации предприятия, поскольку заказчик должен решать - ремонтировать оборудование или заменить новым. Как правило, доминирует последнее решение, ремонт и последующее обслуживание устаревшего оборудования стоит дороже.
Проекты
"Проекты по АСУТП достаточно затратные, но быстро реализуются, если идет нормальное финансирование. Сложность проектов по АСУТП заключается в том, что, как правило, внедрение идет в условиях дефицита времени, поэтому уделяется много времени на проектирование и отработку штатных и внештатных ситуаций.
От качества выполненного проекта по АСУТП напрямую зависит успешность внедрения по срокам и функционалу. На стадии проработки проекта решаются все вопросы, и на момент пуска система точно соответствует проектной документации и требованиям эксплутационного персонала. Ошибки проектирования могут привести к порче дорогостоящего технологического оборудования, экологическим последствиям и даже к человеческим жертвам.
Поэтому к персоналу, выполняющему проект по АСУТП, предъявляются жесткие требования. Знания сотрудников должны распространяться не только на предметную область (электроника, программирование), но на и знание технологии автоматизируемого процесса. Соблюдение технологической дисциплины при выполнении проектов по АСУТП - основа успешного внедрения систем управления.
Российские реалии
По мнению Вячеслава Анцукевича, тенденции развития автоматизации промышленных предприятий в России и развитых странах прямо противоположны. А именно, если на Западе вся автоматизация шла "снизу", то есть от технологических процессов, то в России автоматизация идет "сверху" - от АСУП к АСУТП. "Верхний уровень у нас на мировом уровне, а "внизу", на уровне "поля", - ручной труд", - отмечает Вячеслав Анцукевич. Почему это происходит? Ответ достаточно прост - АСУП требует меньше капитальных вложений, а проекты по АСУТП стоят миллионы долларов. Зачем вкладывать миллионы, когда и так все работает, тем более что стоимость рабочей силы незначительна в себестоимости товара, и применение механизмов необоснованно? Однако в последнее время наметилась тенденция к увеличению спроса на системы АСУТП. Собственник хочет знать реальную картину по производимому товару, его качеству. В первую очередь создаются автоматизированные системы, управляющие коммерческими узлами учета поступающего сырья и отгружаемой продукции.
На сегодняшний день при приеме и отгрузке жидких и газообразных продуктов используются косвенные методы измерения массы товаров, что при различных методах и расчетах приводит к естественным и вносимым погрешностям. Погрешности при передаче собственности - практически на уровне 1-1,5%. Внедрение автоматизированных систем коммерческого учета позволяет исключить вносимые погрешности и вести учет по прямым методам измерения, чтобы погрешности при передаче собственности сократились до уровня 0,2-0,5%. Эффективность подобных систем очень высока при низких сроках окупаемости. Подобные системы прекрасно интегрируются в АСУП, тем самым значительно повышая их эффективность и окупаемость.
