Основы автоматизированной системы управления

Что такое автоматизированная система управления

Понятие об автоматизированных системах возникло еще в предвоенные годы, но первые попытки их активного внедрения в процессы управления стали осуществляться в 1950-е годы. Особенно успешно данные опыты происходили в США.

В Советском Союзе процессами автоматизации активно занимались Анатолий Китов, Владимир Исаев, Сергей Соболев и другие ученые. Благодаря их энтузиазму на некоторые военные и промышленные предприятия стали внедряться АСУ.

Вначале этот термин использовался в контексте автоматизации технологических процессов, но позже он стал применяться и в других областях, включая управление предприятиями, транспортными системами и т.д. Впоследствии концепция АСУ стала широко распространяться по всему миру.

В нашей стране АСУ стали применяться с 1960-х годов, но по-настоящему широко они стали использоваться только по мере повсеместного распространения компьютерных технологий, то есть с 1990-х.

В настоящее время разрабатываются АСУ для управления любыми видами деятельности — от производственных предприятий до государственных учреждений и коммерческих организаций.

В зависимости от конкретной задачи и сферы применения с их помощью можно управлять различными машинами и технологическими процессами.

Главные преимущества использования АСУ:

1. Увеличение производительности и качества — позволяет автоматизировать процессы, что уменьшает число ошибок и повышает эффективность работы.
2. Снижение затрат — оптимизирует использование ресурсов, уменьшает количество необходимых сотрудников, снижает количество брака и отходов, что в итоге уменьшает затраты на производство.
3. Обеспечение надежности — контролирует процессы в реальном времени и оперативно реагирует на возникающие проблемы, что уменьшает вероятность аварий и сбоев.
4. Повышение безопасности — позволяет автоматизировать опасные процессы, что уменьшает риски для работников и окружающей среды.
5. Улучшение планирования — собирает и анализирует данные о производственных процессах, что помогает улучшить планирование производства и принимать более обоснованные решения.

Несмотря на то, что АСУ обладают многими преимуществами, их использование также имеет свои минусы:

1. Высокие затраты — разработка и внедрение может требовать значительных затрат на приобретение оборудования, программного обеспечения, обучение персонала и т.д.
2. Уязвимость к кибератакам — автоматизированные системы часто подвергаются взломам и другим видам кибернетических угроз, что может привести к утечке конфиденциальной информации и нарушению работы системы.
3. Риск сбоев и отказов — если система неправильно настроена или не поддерживается должным образом, это приводит к сбоям и отказам, что может негативно сказаться на работе всей организации.
4. Зависимость от технологий — при использовании могут возникать проблемы при переходе на новые версии программного обеспечения или при обновлении оборудования.
5. Риск потери рабочих мест — автоматизация может привести к сокращению численности сотрудников, поскольку многие задачи могут быть выполнены компьютером без участия человека.

Классификация

Автоматизированные системы управления могут классифицироваться по разным признакам и категориям.

По отрасли применения:

• промышленные;
• сельскохозяйственные;
• медицинские;
• образовательные;
• научные;
• военные и т.д.

По функциональному направлению:

• производственные;
• технологические;
• управленческие;
• информационные;
• финансовые и т.д.

По степени автоматизации:

• полностью автоматизированные;
• с частичной автоматизацией;
• с программным управлением.

По масштабу применения:

• объектов среднего и малого масштаба;
• объектов крупного масштаба.

По типу используемых технических средств:

• на базе ПЭВМ;
• на базе микроконтроллеров;
• на базе ПЛК (программируемых логических контроллеров) и т.д.

По типу управления:

• локальные, работающие в пределах одного объекта;
• распределенные, объединяющие несколько объектов;
• глобальные, охватывающие несколько распределенных АСУ.

По характеру функций:

• дискретные;
• аналоговые;
• дискретно-аналоговые.

По степени централизации:

• централизованные;
• децентрализованные;
• распределенные.

Какую задачу решают

Основная задача АСУ заключается в том, чтобы упростить и ускорить выполнение задач, которые ранее осуществлялись вручную. Также они могут повысить точность и надежность работы, поскольку основаны на программном обеспечении, которое может обрабатывать данные и выполнять действия с высокой степенью точности и скорости.

Кроме того, АСУ позволяют сократить расходы на персонал и повысить эффективность использования ресурсов, таких как материалы и оборудование.

Автоматизированные системы управления используются для решения различных задач в разных сферах деятельности. В промышленности АСУ позволяют автоматизировать и контролировать производственные процессы, управлять технологическим оборудованием, управлять складскими запасами и многим другим.

Применение АСУ позволяет существенно повысить эффективность управления организацией, сократить затраты на ресурсы и улучшить качество предоставляемых услуг.

Функции

Автоматизированные системы управления выполняют множество функций в зависимости от сферы применения и конкретной системы.

Можно выделить несколько общих функций, которые осуществляют практически все АСУ:

1. Сбор и обработка информации — собирает данные из различных источников, проводит их анализ, обработку и хранение.
2. Управление процессом — непосредственно управляет самыми различными процессами, в том числе технологическими.
3. Мониторинг и диагностика — осуществляет наблюдение за процессом и диагностику возможных неисправностей или ошибок.
4. Контроль и регулирование — обеспечивает оперативный контроль за параметрами процесса и возможность регулирования этих параметров.
5. Аналитика — может проводить анализ данных и выявлять закономерности, что позволяет принимать обоснованные управленческие решения.
6. Оптимизация — оптимизирует процессы для повышения эффективности работы и экономии ресурсов.
7. Визуализация — может представлять информацию в удобном для восприятия виде, например, в виде графиков, диаграмм, карт или других элементов визуализации.
8. Прогнозирование — предоставляет информацию о текущем состоянии системы и ее производительности, а также позволяет проводить прогнозирование ее работы.

Структура и подсистемы

Структура АСУ является довольно сложной и включает в себя множество компонентов и подсистем, которые согласованно работают для обеспечения эффективного управления технологическими процессами и оборудованием.

Обычно АСУ включает в себя несколько основных компонентов:

1. Аппаратное обеспечение — физические компоненты, такие как компьютеры, серверы, контроллеры, сенсоры, преобразователи и другие устройства, используемые для сбора, обработки и передачи данных.
2. Программное обеспечение — комплекс программ, который обеспечивает функционирование АСУ. В его состав могут входить операционные системы, базы данных, технологические приложения, алгоритмы и многие другие компоненты.
3. Сенсоры и устройства ввода-вывода — устройства, которые используются для получения информации о состоянии системы (температура, давление, уровень жидкости, скорость вращения и т.д.), а также для управления технологическим оборудованием (выключатели, клапаны, насосы, двигатели и т.д.).
4. Системы связи и передачи данных — средства связи, которые используются для передачи данных между компонентами АСУ и удаленными пользовательскими устройствами.
5. Человеческий фактор — персонал, который обеспечивает работу АСУ. Может включать в себя инженеров, программистов, операторов, технических специалистов и других работников.
6. Средства мониторинга и диагностики — устройства и программные компоненты, которые используются для мониторинга работы АСУ и выявления возможных проблем и сбоев в системе.
7. Средства управления и контроля — программные и аппаратные компоненты, которые обеспечивают управление технологическими процессами и контроль их выполнения.

АСУ может содержать различные подсистемы. Их количество и характер зависят от конкретного назначения.

Все подсистемы делятся на два типа:

• обеспечивающие;
• функциональные.

Обеспечивающие подсистемы включают в себя следующие компоненты:

1. Аппаратная подсистема — обеспечивает функционирование аппаратного обеспечения системы.
2. Система связи и передачи данных — осуществляет передачу информации между различными компонентами АСУ.
3. Система энергопитания — обеспечивает питание всей системы.

Функциональные подсистемы АСУ включают в себя различные структуры, которые выполняют специфические задачи в соответствии с конкретными требованиями.

Могут варьировать в зависимости от поставленных задач, но обычно включают в себя следующие компоненты:

1. Производственная подсистема — используется для мониторинга и контроля за рабочими процессами в производственной среде.
2. Финансовая подсистема — предназначена для автоматизации финансовых процессов в организации. Включает в себя модули для учета финансовых операций, контроля бюджета, управления дебиторской и кредиторской задолженностью, анализа финансовой деятельности и другие инструменты, которые позволяют улучшить эффективность финансовых операций.
3. Кадровая подсистема — является средством автоматизации бизнес-процессов, связанных с управлением персоналом. Включает учет рабочего времени, обработку кадровых данных и т.д.
4. Складская подсистема — отвечает за управление запасами и инвентаризацию товаров на складе.
5. Ресурсная подсистема — интегрирует данные и бизнес-процессы различных подсистем, связанных с управлением ресурсами предприятия.
6. Маркетинговая подсистема — используется для управления отношениями с клиентами, включая автоматизацию процессов продаж, продвижение товаров и улучшение качества обслуживания.
7. Подсистема управления контентом — используется для управления и публикации содержимого на сайтах и других цифровых каналах связи.
8. Подсистема информационной безопасности — обеспечивает контроль и защиту цифровых ресурсов и информации от несанкционированного доступа и кибератак.

Признаки

АСУ обладает следующими основными признаками:

1. Автоматизация процессов — заменяет ручную работу операторов, что увеличивает скорость обработки информации и снижает количество ошибок.
2. Интеграция компонентов — объединяет различные подсистемы и компоненты в единую систему, обеспечивая их взаимодействие и совместную работу.
3. Принцип открытости — должна иметь возможность интеграции с другими системами, а также обеспечивать обмен данными между ними.
4. Универсальность — должна быть универсальной, то есть иметь возможность использоваться в различных отраслях.
5. Принцип надежности — должна быть надежной, то есть обеспечивать бесперебойную работу и минимизировать возможность сбоев.
6. Принцип экономичности — должна быть экономичной, то есть обеспечивать оптимальное сочетание затрат на ее создание и эксплуатацию.
7. Принцип адаптивности — должна быть адаптивной, то есть способной изменять свое поведение в зависимости от изменения условий внешней среды и требований пользователей.
8. Принцип информационной безопасности — должна обеспечивать защиту информации, обрабатываемой в процессе ее работы, от несанкционированного доступа и утечки.

Способы управления автоматизированными системами

Существует несколько способов управления автоматизированными системами:

1. Ручное — при этом оператор самостоятельно контролирует работу АСУ и вручную вводит нужные параметры для ее работы. Этот способ управления подходит для малых систем или для случаев, когда управление процессом требует высокой точности.
2. Автоматическое — в этом случае управление процессом полностью автоматизировано. Компьютер самостоятельно принимает решения на основе заранее заданных правил и алгоритмов. Этот способ подходит для больших и сложных систем, когда необходимо быстро реагировать на изменения в процессе.
3. С помощью программно-логических контроллеров (ПЛК) — это специализированные компьютеры, предназначенные для контроля и управления производственными процессами. Используются для управления различными механизмами, электрическими и электронными устройствами.
4. На основе искусственного интеллекта — это способ управления, когда система использует алгоритмы и модели машинного обучения для анализа данных и принятия решений. Этот способ подходит для сложных систем, где требуется анализ больших объемов информации и принятие решений на основе этих данных.
5. Дистанционное — это управление системой из удаленного места с помощью специального программного обеспечения и интернет-соединения. Этот способ подходит для систем, которые находятся в удаленных или опасных местах, где присутствие человека нежелательно или невозможно.