Автоматизированные системы управления технологическим процессом

Современное производство и контроль качества всё реже зависят от мастерства и внимания отдельного оператора. На смену ручному управлению приходят автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) — интеллектуальные программно-аппаратные комплексы, которые берут на себя выполнение сложных технологических циклов.
 

Основная задача АСУ — взять на себя выполнение сложного технологического процесса по строго заданному алгоритму. Вместо того чтобы оператор вручную регулировал параметры, следил за временем и вовремя переключал режимы, он загружает в систему подробную программу. В ней прописаны все этапы: последовательность действий, целевые значения параметров, условия перехода между этапами и критерии остановки. После запуска АСУ берёт управление на себя, с высокой точностью поддерживая заданные уставки и отслеживая отклик системы на каждом шаге.

Истинная ценность раскрывается в способности к комплексному сбору и интеллектуальной обработке данных. Система не просто пассивно записывает показания с датчиков — она в реальном времени оцифровывает сигналы, строит динамические графики и вычисляет ключевые производные показатели. Все данные автоматически структурируются и сохраняются в централизованной базе, что полностью исключает ошибки ручного ввода, потерю информации и обеспечивает целостность данных на протяжении всего жизненного цикла изделия или эксперимента.
 

Из чего состоит АСУ ТП?
 

Уровень 1: Полевой уровень (Датчики и исполнительные механизмы). Это «органы чувств и мышцы» системы.

Здесь работают:
  •  Датчики – преобразователи физических величин (сила, перемещение, температура, давление, ток) в стандартный электрический сигнал. Без точных датчиков настройка автоматизации не имет смысла.
  •  А также есть исполнительные устройства: клапаны, приводы, реле, сервомоторы. Эта часть получает команды и совершают физическое действие (зажать образец, включить нагрев, переместить каретку).
 

Уровень 2: Уровень управления (Программируемые логические контроллеры — ПЛК)

Это «периферическая нервная система» и «спинной мозг» системы. ПЛК — специализированный промышленный компьютер, который:
•  Собирает данные со всех датчиков в реальном времени.
  •  Выполняет логику управления по заданной программе (лестничные диаграмды, функциональные блоки).
  •  Отдаёт команды исполнительным механизмам.
  •  Работает циклически с высокой надёжностью, 24/7.
 

Уровень 3: Уровень диспетчеризации (SCADA-система)

Это «кора головного мозга» для оператора. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) — программный пакет, который:
  •  Визуализирует весь технологический процесс на мнемосхемах и графиках.
Предоставляет интерфейс оператору для ручного управления, задания уставок, запуска программ.
  •  Собирает исторические данные с ПЛК в базу данных реального времени.
Формирует алармы и события, предупреждая о нарушениях технологического процесса.
  •  Генерирует стандартные оперативные отчёты.
  •  SCADA не управляет напрямую — она наблюдает и диспетчеризирует, давая человеку картину целого участка.
 

Уровень 4: Уровень планирования и анализа (MES-система)

Это центральная система предприятия, работающая над SCADA.  MES (Manufacturing Execution System) — управленческая информационная система, которая:
  •  Получает производственное задание от ERP-системы (уровень 5 — планирования ресурсов предприятия).
  •  Диспетчеризирует задания на конкретные единицы оборудования (станки, испытательные посты).
  •  Собирает все производственные данные (время цикла, параметры, результаты контроля, брак) в единую базу.
  •  Анализирует эффективность, выявляет узкие места, управляет качеством.
  •  Обеспечивает полную прослеживаемость каждой детали: что, когда, на каком оборудовании, с какими параметрами и результатами было сделано и испытано.
 

Таким образом, внедрение автоматизированной системы управления знаменует переход от ремесленного подхода, зависимого от мастерства конкретного оператора, к точной технологической дисциплине. Это обеспечивает абсолютную воспроизводимость результатов: процесс, проведённый сегодня, будет идентично повторён через месяц или год, независимо от человеческого фактора. АСУ не заменяет квалифицированного специалиста, а становится его сильным союзником, освобождая от рутинного контроля и исполнительских функций, что позволяет сосредоточить интеллектуальные ресурсы на глубоком анализе данных, интерпретации результатов и стратегическом совершенствовании процессов.
 

Как это работает
 

  1.  Постановка задачи 

Технолог загружает в систему программу на конкретную партию: «Наполнить 10 000 бутылок объёмом 1 литр напитком «А», температура +4°C, уровень наполнения — 1000±5 мл».
 

  2.  Исполнение алгоритма 

АСУ берёт управление на себя:

  •  Конвейерная лента подаёт пустые бутылки. Датчики фотоэлектрические фиксируют их присутствие и положение.
  •  ПЛК (программируемый логический контроллер) даёт команду пневматическому приводу остановить бутылку точно под разливочной головкой.
  •  Привод клапана открывается. Одновременно датчик массового расхода в реальном времени измеряет, сколько жидкости прошло.
  •  Как только достигнут объём 995 мл, АСУ начинает плавно закрывать клапан. При достижении 1000 мл клапан закрывается полностью. Точность обеспечивается миллисекундным циклом опроса датчиков ПЛК.
  •  Далее привод перемещает бутылку к этапу укупорки, а система готовится к следующему циклу.
 

  3. Сбор и анализ данных в реальном времени

SCADA-система на мониторе оператора отображает мнемосхему линии: работают все узлы, зелёным горят заполненные бутылки, цифры показывают текущую скорость — 120 бутылок в минуту.
По каждому циклу сохраняется полный лог: время, номер бутылки в партии, фактический объём налива (например, 999.8 мл, 1000.1 мл, 1000.0 мл), температура жидкости.

Система строит график контроля процесса (SPC-карту), например, «Фактический объём vs номер бутылки». Оператор видит, что все точки лежат в коридоре 1000±5 мл — процесс стабилен.
 

  4. Контроль качества и реакция на события

Если датчик уровня вдруг фиксирует, что две бутылки подряд заполнены менее чем на 990 мл, АСУ распознаёт это как отклонение.
Срабатывает аварийный сигнал: на экране SCADA мигает участок линии, звучит предупреждение. Система автоматически останавливает конвейер и отправляет уведомление мастеру.
Одновременно исполнительный механизм (отбраковывающий толкатель) убирает эти две некондиционные бутылки с линии в брак.
 

  5. Формирование отчётов и интеграция

По окончании партии АСУ автоматически генерирует отчёт-протокол: произведено 10 000 бутылок, средний объём 1000.05 мл, стандартное отклонение 0.3 мл, время работы линии 83 минуты, выявлено и отбраковано 2 бутылки.
Эти данные передаются в MES-систему (систему управления производством) и далее в ERP (систему управления ресурсами предприятия). Бухгалтерия видит выпуск продукции, отдел продаж — готовую партию на складе, а отдел качества имеет полную цифровую историю для сертификации каждой единицы товара.