что такое инженер асу
Инженер АСУ ТП
Чем занимается инженер АСУ ТП
В функционал специалистов данной профессии входят:
проведение изысканий для усовершенствования применяемого автоматизированного и роботизированного оборудования;
подготовка технических заданий на подготовку средств автоматизации для производственных линий и отделов компаний;
анализ эффективности применяемых средств автоматизации и роботизации, устранение выявленных недостатков;
контроль за правильностью эксплуатации оборудования, входящего в структуру АСУ ТП.
Наиболее востребована профессия инженера АСУ ТП в промышленности, приборостроении, машиностроении и строительстве.
Структура систем АСУ ТП
В состав программно-технических комплексов АСУ ТП входят три уровня оборудования, соединенные передающими данные и команды управления сетями:
средний уровень состоит из программируемых логических контроллеров и терминальных модулей (PLC, PAC, RTU и других), передающих информацию от высшего уровня к полевому. Управление контроллерами осуществляется при помощи предварительно написанных циклических алгоритмов (прием данных – обработка – выдача управляющих команд). Чаще всего программируемые логические контроллеры задействуются в работе станков с ЧПУ;
на высшем уровне проводятся визуализация, мониторинг и сбор данных, которые осуществляются диспетчером через персональный компьютер. При этом, если контролируется работа локального агрегата, для компьютеров разрабатывается ПО человеко-машинного интерфейсе (HMI-панели), а для контроля над системой агрегатов, машин и механизмов используются комплексы диспетчеризации (SCADA-системы), для которых инженером АСУ ТП также создается программное обеспечение.
Программируемые логические контроллеры, контроллеры для управления сервоприводами, телеметрические и ПК-совместимые контроллеры, предназначенные для автоматизации технологических процессов, также работают на базе ПО, созданного инженером АСУ ТП.
Как стать инженером АСУ ТП
Обучение профессии инженера АСУ ТП можно пройти на курсах, предлагаемых ЦРК БИ (ЦЕНТР РАЗВИТИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ В БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКЕ) НИУ ВШЭ. В рамках данных курсов любой желающий сможет научиться работать с аппаратными и программными средствами систем АСУ ТП, с технологиями проектирования систем, со средами программирования и метриками оценки трудоемкости разработки ПО.
Должностная инструкция инженера по автоматизацированным системам управления производством
I. Общие положения
1. Инженер по автоматизированным системам управления производством относится к категории специалистов.
— инженера по автоматизированным системам управления производством назначается лицо, имеющее высшее профессиональное (инженерно-экономическое или техническое) образование без предъявления требований к стажу работы либо среднее профессиональное (инженерно-экономическое или техническое) образование и стаж работы в должности техника I категории не менее 3 лет или других должностях, замещаемых специалистами со средним профессиональным (инженерно-экономическим или техническим) образованием, не менее 5 лет.
3. Назначение на должность инженера по автоматизированным системам управления производством и освобождение от нее производится приказом директора предприятия по представлению начальника отдела автоматизированной системы управления производством.
4. Инженер по автоматизированным системам управления производством должен знать:
4.1. Постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы по вопросам организации автоматизированных систем управления производством.
4.2. Перспективы развития предприятия.
4.3. Организацию экономического планирования и оперативного регулирования производства.
4.4. Структуру предприятия, производственные и функциональные связи между его подразделениями.
4.5. Задачи и содержание АСУП.
4.6. Порядок разработки проектов АСУП и ее подсистем, технических заданий, технических и рабочих проектов.
4.7. Экономико-математические методы.
4.8. Основы теории экономической кибернетики.
4.9. Средства вычислительной техники, коммуникаций и связи.
4.10. Порядок постановки задач, их алгоритмизации.
4.11. Методы определения экономической эффективности внедрения АСУП.
4.12. Стандарты унифицированной системы организационно-распорядительной документации.
4.13. Порядок разработки и оформления технической документации.
4.14. Основы экономики, организации производства, труда и управления.
4.15. Основы трудового законодательства.
4.16. Правила и нормы охраны труда.
5. Инженер по автоматизированным системам управления производством подчиняется непосредственно начальнику отдела автоматизации и механизации производственных процессов.
6. На время отсутствия инженера по автоматизированным системам управления производством (отпуск, болезнь, пр.) его обязанности исполняет лицо, назначенное в установленном порядке. Данное лицо приобретает соответствующие права и несет ответственность за надлежащее исполнение возложенных на него обязанностей.
II. Должностные обязанности
Инженер по автоматизированным системам управления производством:
1. Выполняет работу по проектированию и внедрению автоматизированных систем управления производством (АСУП) на основе применения совокупности экономико-математических методов, современных средств вычислительной техники, коммуникаций и связи, элементов теории экономической кибернетики.
2. Изучает систему и методы управления и регулирования деятельности предприятия, его производственных и функциональных подразделений, определяет возможности формализации элементов действующей системы и целесообразности перевода соответствующих процессов на автоматизированный режим.
3. Осуществляет подготовку необходимых данных и участвует в составлении технического задания на проектирование АСУП и ее отдельных этапов и подсистем, в разработке технических и рабочих проектов.
4. Формулирует постановку задач, выполняет работу по их алгоритмизации, выявляет возможности типизации решений отдельных элементов системы, подготавливает предложения о применении в проектировании АСУП типовых блоков и участвует в их создании.
5. Изучает разработанные проектными организациями и действующие на других предприятиях системы автоматизированного управления производством с целью использования передового опыта проектирования и эксплуатации АСУП.
6. Принимает участие в работе по совершенствованию документооборота на предприятии, формулирует требования к содержанию и построению технической и организационно-распорядительной документации, используемый в системе автоматизированного управления производством.
7. Разрабатывает технологические схемы обработки информации по установленным задачам АСУП с учетом организационного и технического обеспечения по всем подсистемам.
8. Подготавливает проекты методических материалов, инструкций и другой технической документации, связанной с созданием и использованием фондов информационного использования АСУП.
9. Участвует в работе по отладке, опытной эксплуатации и поэтапномуа введению в действие комплекса технических средств АСУП.
10. Осуществляет авторский надзор и периодический контроль входящей и исходящей документации.
11. Изучает причины отказов и нарушений в системе, разрабатывает предложения по их устранению и предупреждению, по повышению качества и надежности АСУП.
12. Оказывает методическую помощь подразделениям предприятия в подготовке данных для АСУП, по оформлению необходимых документов и расшифровке информации, обработанной средствами вычислительной техники.
III. Права
Инженер по автоматизированным системам управления производством имеет право:
1. Знакомиться с проектами решений руководства предприятия, касающимися его деятельности.
2. Вносить на рассмотрение руководства предложения по совершенствованию работы, связанной с предусмотренными настоящей должностной инструкций обязанностями.
3. Сообщать непосредственному руководителю о всех выявленных в процессе исполнения своих должностных обязанностей недостатках в производственной деятельности предприятия (его структурных подразделениях) и вносить предложения по их устранению.
4. Запрашивать лично или по поручению непосредственного руководителя от руководителей подразделений предприятия и специалистов информацию и документы, необходимые для выполнения его должностных обязанностей.
6. Требовать от руководства предприятия оказания содействия в исполнении им его должностных обязанностей и прав.
IV. Ответственность
Инженер по автоматизированным системам управления производством несет ответственность:
Инженер АСУ ТП
Инженер АСУ ТП
Это ключевой специалист на любом современном технологическом предприятии. В зону его ответственности входит создание и поддержание работоспособности систем технического управления технологическими процессами.
Расшифровывается или переводится название данной специальности как – инженер автоматизированных систем управления технологическим процессом.
Инженер АСУ ТП – это специалист с высшим техническим образованием. Из-за специфики своей деятельности должен обладать обширным набором квалификаций: от программирования до пониманий физических процессов, протекающих на производственных линиях.
Что должен уметь?
Инженер АСУ ТП должен одновременно обладать навыками разных специальностей:
Программирование, алгоритмизация, базы данных, информационные каналы связи – это лишь базовая часть IT-направлений, которыми должен обладать такой специалист.
Также он должен хорошо разбираться в электротехнике для понимания процесса формирования управляющих и информационных сигналов, связывающих программный код и физический технологический процесс.
Таким образом, это специалист, который, в виде автоматизированных систем управления технологическим процессом, создаёт инструмент, позволяющий технологическому персоналу контролировать и управлять технологическим процессом в автоматизированном режиме, ведь в самом названии специальности, есть слово «система».
В АСУ ТП система – это комплекс программных, аппаратных средств, предназначенных для управления технологическим процессом.
Где учиться?
Из-за большого объёма необходимых квалификаций, обычно инженер АСУ ТП – это выпускник высших учебных заведений по направлениям, связанным с техническим управлением. На данных направлениях затрагиваются основные и углубленнее навыки и знания необходимых квалификаций.
Однако и инженеры других специальностей (программисты, технологи) могут стать инженерами АСУ ТП, пройдя курсы повышения квалификации или переподготовки специалистов.
Нередко слесаря по КИПиА становятся инженерами АСУ ТП.
Чем отличается слесарь по КИПиА от инженера АСУ ТП?
Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике (КИПиА) — это специалист, занимающийся эксплуатацией и ремонтом оборудования автоматизированных систем управления, что в себя включают и обязанности инженера АСУ ТП, но в обязанности последнего включены и многие другие производственные необходимости.
Имея некоторый опыт в автоматизированных системах управления, слесарю по КИПиА возможно проще стать инженером АСУ ТП, пройдя необходимое обучение.
Какие функции выполняет АСУ ТП и для чего она предназначена?
Из чего состоит автоматизированная система управления технологическим процессом и как она работает?
Часто АСУ ТП делят на 3 уровня:
На нижнем уровне обобщают всё, что непосредственно взаимодействует с технологическим процессом: датчики, которые измеряют параметры процесса, исполнительные механизмы, которые воздействуют на процесс. Слесарь по КИПиА занят только на этом уровне, что его и отличает от инженера АСУ ТП.
На среднем уровне располагается оборудование, которое управляет технологическим процессом — программируемые логические контроллеры (ПЛК). На контроллерах реализованы алгоритмы управления, по которым они и производят управляющие воздействия не технологический процесс.
Что входит в обязанности на среднем уровне?
На этом этапе инженеру АСУ ТП нужна квалификация программиста и знание технологии.
Программист, кто это?
Как программист, инженер реализует алгоритмы в программный код. Алгоритмы составляют технологи и проектировщики, они досконально знают физику технологического процесса, но не обладают квалификацией программиста.
Разработанные ими алгоритмы инженер АСУ ТП должен перенести в программный код для загрузки в ПЛК.
Верхний уровень, что это, если нижний и средний уровень обеспечивают автоматическое управление технологическим процессом?
Верхний уровень необходим для взаимодействия человека с технологическим процессом. Инженер АСУ ТП создаёт на нём человеко-машинный интерфейс, базы данных и другие инструменты обработки информации.
Какие особенности присущи современным инженерам АСУ ТП?
Развитие науки и техники не стоит на месте — появляются новые технологии, новые тенденции и принципы. Современный специалист должен быть в курсе всех новых технологий, касающихся управления в технических системах, осваивать их и быть готовым внедрять.
Как объект КИИ (критической информационной инфраструктурой) АСУ ТП может относиться к любым категориям значимости: от третьей категории для небольших объектов до первой категории для крупных и важных объектов автоматизации. Он должен уметь различать категории значимости и применяемые для каждой категории технологии и оборудование.
Подводя некоторый итог, можно ответить на вопрос: как стать инженером АСУ ТП и где учиться?
Есть несколько путей:
Промышленное программирование, или Пара слов об АСУ ТП
Есть такая профессия — производство автоматизировать. Аббревиатура АСУ ТП означает «автоматизированная система управления технологическим процессом» — это система, состоящая из персонала и совокупности оборудования с программным обеспечением, использующихся для автоматизации функций этого самого персонала по управлению промышленными объектами: электростанциями, котельными, насосными, водоочистными сооружениями, пищевыми, химическими, металлургическими заводами, нефтегазовыми объектами и т.д. и т.п.
Фактически, каждый человек, живущий не в лесу и пользующийся благами цивилизации, использует результаты труда предприятий, на которых функционируют АСУ ТП.
Иногда на эту тему проскакивают статьи и на хабре. Обычно они не пользуются особой популярностью, но всё же я хочу написать несколько обзорных статей об АСУ ТП в надежде рассказать хабравчанам что-то интересное (а возможно, кому-то даже полезное) и привлечь на хабр больше своих коллег.
Сначала пара слов о себе. Я только начинаю свой жизненный путь в автоматизации, опыт работы без малого два года. За это время побывал на нескольких газовых месторождениях, сейчас работаю на нефтяном.
Поскольку область обширная, несмотря ни на что развивающаяся, местами противоречивая и спорная, буду стараться обобщать не в ущерб достоверности, но не могу избежать перекоса в свою область — то оборудование, софт и сферу, с которыми лично я сталкивался.
Итак, программно-технический комплекс АСУ ТП делится на три уровня: верхний (компьютеры), средний (контроллеры), нижний (полевое оборудование, датчики, исполнительные механизмы). Про нижний уровень рассказывать не буду — слишком уж это далеко от от тематики хабра, да и статья получится слишком большая.
Верхний уровень
Верхний уровень — это серверы и пользовательские ПК (у нас они называются АРМ — автоматизированное рабочее место). Сюда выводится состояние технологического процесса, и отсюда при необходимости оператором подаются команды на изменение его параметров. Для упрощения разработки создано большое количество SCADA-систем (от англ. supervisory control and data acquisition — диспетчерское управление и сбор данных). Это в некотором роде расширенный аналог IDE, в котором скомпилированная «программа» и выполняется.
Системы SCADA
Вообще, если отброс ить академизм, то на предприятии для всех кроме асушников скада выглядит вот так: 
А если совсем не повезёт, то вот так: 
Подразумеваются два режима функционирования: режим разработки и режим выполнения (runtime). Не обязательно эти режимы взаимоисключающи: можно редактировать проект на одном АРМе, инженерном, заливать его, он обновится на пользовательских. Это очень важно — изменять проект без простоев и отключений, потому что технологический процесс прерывать нельзя, и операторы всегда должны иметь возможность его контролировать. В скаде создаются графические интерфейсы, настраиваются источники данных с полевых устройств, она отвечает за взаимодействие пользователя (оператора, диспетчера, технолога) с происходящим на производстве, а также за архивирование всех нужных данных в БД.
Архивирование — одна из обязательных функций, очень важно иметь возможность «вернуться назад во времени» для разбора полётов в случае чего-то непредвиденного либо для глобального анализа при медленных, длительных процессах. Например, недавно геологи попросили меня выгрузить табличкой данные по давлению нефти на скважинах за последний год.
Периодически скада складывает все собранные данные в БД. Их потом можно посмотреть в виде графиков (называем их трендами), а при необходимости, если оговорено в ТЗ на АСУТП, реализуется выгрузка в виде отчётов в эксель или ещё как-нибудь. Архивация сделана по-разному: в MS SQL; MS Access; в ту же MS SQL, но по своему хитрому алгоритму с дополнительной архивацией; а у кого-то вообще в свою собственную бинарную БД.
Особым пунктом в скадах идёт информирование оператора: текущие сообщения и аварийные. Они тоже обязательно архивируются. В общем виде сообщения делятся на текущие и важные (аварийные). Текущие прячут подальше, но журнал аварийных всегда выводится на экране оператора. К текстовым аварийным сообщениям привязываются звуковые, чтобы кто-нибудь не проспал ЧП 🙂
Рынок SCADA
Самыми распространёнными, по-моему, считаются скады производства Invensys Wonderware, Iconics, Siemens, Indusoft, AdAstra, Emerson, Rockwell Automation.
Я лично работал с виндовыми: Invensys Wonderware InTouch и более мощной System Platform, с Iconics Genesis32 — и с (пока ещё?) малоизвестной B&R APROL под SLES (формально, это не совсем скада, а покруче — из-под апрола программируются и сами контроллеры).
По поисковым запросам, например, SCADA, HMI можно посмотреть примеры интерфейсов и мнемосхем.
Внешний вид и юзабилити по приоритету, увы, находятся на последнем месте. Причём, это касается не только рантайма, но и разработки. Для разработки в каждой скаде существуют как минимум дефолтные библиотеки символов — от кнопок и прочих контролов до графических изображений насосов, труб, задвижек, ёмкостей. Здесь-то и могли бы умные разработчики SCADA-пакетов (не путать с нами, асушниками — разработчиками проектов в этих пакетах) добиться принципиального преимущества над конкурентами, сделав продуманные библиотеки, из которых бы даже самый далёкий от дизайна и юзабилити инженер при всём нежелании делал бы гуманные интерфейсы и мнемосхемы. К сожалению, сейчас эта сфера идёт по пути экстенсивного развития, по которому развивалась IT до недавнего времени — наращивание функционала, добавление плюшек, больше, выше, сильнее, harder, better, stronger, и о пользователях пока думают мало.
Средний уровень
Средний уровень — ПЛК, программируемые логические контроллеры. Здесь всё достаточно просто, чаще всего физически ПЛК состоят из отдельных модулей. Для программирования у каждого ПЛК есть своя среда разработки, иногда она объединена со средой для создания SCADA.
Состав ПЛК
Контроллер B&R серии X20
Зачем нужен блок питания — понятно. БП сделан отдельным именно модулем, а не устройством, чтобы гарантировать совместимость с данной линейкой ПЛК. Чаще всего входное напряжение у БП 220 В переменного тока, выходное — 24 В постоянного тока.
Процессорный модуль — это голова ПЛК. Внутри у него, само собой, ЦПУ, ОЗУ и ПЗУ, сервисный порт для прошивки и, возможно, коммуникационный порт (ethernet, RS232/422/485, Profibus, etc). Иногда коммуникационный порт используется и как сервисный. Иногда на модуле есть переключатель (у Allen Bradley ещё круче — там натуральный ключ с замочной скважиной) для перевода ПЛК в различные режимы работы. Отдельной кнопки включения/выключения нет, в лучшем случае — тот переключатель, иначе, если есть питание — ПЛК запускается, а выключается и перезагружается «по-варварски» отключением питания.
Контроллер Allen Bradley серии CompactLogix
Дискретные и аналоговые модули обрабатывают соответствующие сигналы. Входные модули принимают эти сигналы с поля, выходные — формируют их.
Дискретный сигнал — это обычно напряжение цепи 24 вольта. Есть 24 — это «1», нет — «0». Бывают модули на 220В, есть модули с проверкой целостности цепи. Дискретные сигналы, приходящие с поля, могут информировать, например, о состоянии насоса включен/выключен. Управляющие дискретные сигналы могут запускать либо останавливать этот насос. Оптимизация здесь не оправдана, поэтому на запуск будет отдельная цепь, на останов — отдельная.
Модули I/O одного типа могут быть объединены: например, один модуль с 16 дискретными входами и 16 дискретными выходами.
Аналоговые входные сигналы — это приходят показания с датчиков. Здесь чаще всего используется токовая петля 4-20 мА, в соотетствие которой ставятся пределы измерения датчика. Начинается от 4 мА для диагностирования обрыва цепи (если меньше 4 мА, значит где-то что-то не в порядке с проводкой).
Рассмотрим на примере уровня жидкости в резервуаре. Стоит уровнемер, он измеряет уровень от 0 до 2 метров. Тогда: уровень 0 метров — это 4 мА, уровень 2 метра — это 20 мА. Промежуточные значения калибруются по ситуации, не всегда 1 метр соответствует 4+(20-4)/2=12 мА, может быть небольшая погрешность, уровень в 1 метр может быть какие-нибудь 12,7553 мА.
Аналоговые выходные — то же, только на управление. Не встречал чтобы использовалось, т.к. всегда существуют наводки. В измерении это допустимая погрешность, в управлении — нет. Да и неудобно это. Вместо них используется цифровая передача данных по различным протоколам через коммуникационные модули.
Температурные модули замеряют сопротивление в цепи либо термо-ЭДС. Если на них подключаются термометры сопротивления — при нагревании металла его сопротивление, по законам физики, повышается, соответственно определяется температура. Если подключается термопара (два спаянных проводника из разных металлов, при нагревании стыка возникает разность потенциалов между другими концами), замеряется напряжение.
Интерфейсные (или коммуникационные) модули предоставляют нам порты под RJ45, DB9, DB15, просто клеммники или что ещё бог производителю на душу положит. Помимо реализации непосредственно интерфейса (физического разъёма под коннектор, физического уровня модели OSI) они также реализуют протокол обмена через этот разъём.
Протоколы и интерфейсы
Протоколов напридумывали и используют кучу: ModBus (RTU, TCP, ASCII), Profibus, Profinet, CAN, HART, DF1, DH485 и т.д. Некоторые особо хитрые производители реализуют свои протоколы поверх общепринятых.
Я достаточно тесно знаком с интерфейсами RS232/485 и протоколами Modbus. RS232 это всем знакомый COM-порт, с тремя основными линиями: Tx (transmit, передача), Rx (recieve, получение) и GND (ground, земля). RS485 это асинхронный полудуплексный последовательный интерфейс по 2 проводам (совмещённые Tx/Rx+ и Tx/Rx-) или 4 проводам (отдельно Tx+, Tx-, Rx+, Rx-) с разностью потенциалов на каждой паре от 2 до 10 вольт.
А модбас это в общем-то нехитрая штука, с проверкой целостности пакета по чексумме, подтверждением доставки и корректности запроса — или ответом, почему запрос неверен. В сети модбас есть два вида устройств: master — инициирует обмен; slave — выполняет запросы мастера. Пакет от мастера расходится ко всем слейвам, которые сравнивают адрес назначения со своим, если сходится, то смотрят следующие два байта — это команда работы с регистрами памяти — чтение/запись (за исключением нескольких редко используемых служебных команд), потом байты адреса и непосредственно данных, в конце чексумма. Достаточно подробно и понятно расписано на википедии.
Программная начинка
Первое, что нужно сказать, программа в ПЛК выполняется циклически с определённой частотой. Возможности зависят от контроллера, обычно это где-то 20, 50, 250 мс, 1, 2, 3, 4, 5 с. Естественно, это не гарантирует выполнение кода именно за такой промежуток времени, нельзя большие программы пихать в цикл 20 мс, к началу следующего цикла предыдущий должен быть завершён.
Второе, это языки программирования. По идее программируются ПЛК на языках, определённых стандартом МЭК61131:
Это «по идее». Но, например, Siemens придерживается своего наименования языков, а у B&R есть возможность писать на ANSI C.
Самые используемые контроллеры, безоговорочно, у Siemens и Allen Bradley (последним, к слову, принадлежит Rockwell Automation со своей линейкой SCADA-пакетов RSView). За ними по пятам идут Schneider Electric; ОВЕН; General Electric; AutomationDirect; ICP DAS; Advantech; Mitsubishi Electric; B&R.