Автоматизация производства — это не хаотичный набор датчиков, проводов
и компьютеров. Это чётко организованная система, которая работает по уровням.
Понимание этих уровней — основа для любого, кто хочет разбираться
в АСУ ТП: от студента до инженера. В этой статье объясним, как устроена архитектура АСУ ТП, какие есть уровни, что на них происходит и как они взаимодействуют.
1. Нижний уровень — где всё начинается
Этот уровень ещё называют полевым или аппаратным. Здесь происходит самое важное — сбор данных и физическое управление оборудованием.
Что сюда входит:
Датчики
- Измеряют физические параметры: температуру, давление, уровень, расход, вибрации и др.
- Примеры: датчик уровня воды, термопара, расходомер.
Исполнительные механизмы
- Получают команды и физически влияют на процесс.
- Это могут быть: насосы, электродвигатели, клапаны, задвижки, нагреватели и т. д.
Датчик «видит» изменение, а исполнительный механизм — «действует»
в ответ.
Например, при повышении температуры выше нормы — открывается клапан охлаждения.
Здесь всё работает в режиме реального времени, и сбой на этом уровне — это реальная авария.
2. Средний уровень — мозг и контроль
На среднем уровне сосредоточена логика управления. Это уровень контроллеров и SCADA-систем.
Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
- Получают данные с датчиков.
- Сравнивают их с заданными уставками.
- Выдают команды исполнительным устройствам.
- Работают быстро и надёжно, в жёстких условиях.
Пример:
ПЛК получает от датчика сигнал, что уровень в резервуаре ниже нормы —
и включает насос.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)
- Система визуального контроля.
- Через неё оператор видит графики, тренды, аварии, состояние оборудования.
- Можно задать параметры, подтвердить сигналы, посмотреть отчёты.
HMI-панели тоже относятся к этому уровню — это интерфейс между человеком и контроллером.
Этот уровень позволяет управлять процессом, реагировать на отклонения, следить за производством.
3. Верхний уровень — бизнес и аналитика
Этот уровень не управляет техникой напрямую, но решает задачи предприятия в целом: планирование, отчётность, оптимизация.
MES (Manufacturing Execution System)
- Система диспетчеризации и производственного управления.
- Видит, что происходит в реальном времени, и планирует процессы.
- Контролирует партии продукции, смены, качество, выполнение заказов.
ERP (Enterprise Resource Planning)
- Это уже уровень бизнеса и бухгалтерии.
- Управляет снабжением, закупками, логистикой, затратами.
- Получает агрегированные данные из MES, чтобы бизнес или производство знало: что, когда и как производится.
На этом уровне руководители смотрят не температуру в печи, а стоимость партии, эффективность линий, загрузку производства.
4. Как уровни взаимодействуют
Иерархия уровней — это не изолированные блоки, а связанная структура.
Вот как они общаются:
1. Снизу вверх — данные:
- Датчики передают информацию в контроллеры.
- ПЛК передают данные в SCADA и MES.
- MES формирует отчёты для ERP.
2. Сверху вниз — команды:
- ERP планирует заказы.
- MES формирует задания для производственных линий.
- ПЛК управляют оборудованием по этим заданиям.
Пример:
ERP получает заказ на выпуск партии. MES планирует смену, даёт задание контроллерам. ПЛК включают насосы, SCADA отображает всё оператору, датчики контролируют параметры.
5. Примеры архитектур в реальных проектах
Нефтехимический завод
- Нижний уровень: датчики давления, температуры, клапаны на линиях.
- Средний уровень: ПЛК контролируют насосы, SCADA — показывает оператору весь процесс.
- Верхний уровень: MES координирует партии продукции, ERP управляет поставками сырья и отгрузкой.
Газораспределительная станция
- Нижний уровень: датчики расхода, давления, клапаны.
- Средний уровень: контроллеры регулируют подачу газа, SCADA даёт тревоги при утечке.
- Верхний уровень: MES управляет графиками поставок, ERP — расчётами
с клиентами.
Заключение
Трёхуровневая архитектура АСУ ТП — это основа автоматизации. Она позволяет не просто «включать и выключать оборудование», а строить полноценную систему управления предприятием — от датчика до директора.
Понимание уровней АСУ ТП помогает видеть не только провода
и контроллеры, но и общую логику цифрового производства.