Контрольно-измерительные приборы и автоматизация представляют собой несущий каркас современной технологической цивилизации. Это дисциплина, превращающая эмпирические наблюдения в точные количественные данные, а данные — в алгоритмические команды. Без этого непрерывного цикла «измерение — анализ — воздействие» были бы немыслимы ни тонкие химические синтезы, ни устойчивая работа энергосистем, ни массовое производство товаров с высочайшими требованиями к качеству. Сущность автоматизации заключена в передаче функций управления и контроля от человека техническим средствам, действующим по заранее определённой, в том числе и адаптивной, программе.
Основу любого автоматизированного технологического процесса составляют средства измерения. КИП — это органы чувств системы. Они непрерывно или дискретно контролируют физические величины: давление, температуру, расход, уровень, концентрацию, влажность, электрические параметры. Конструктивно приборы разделяются на показывающие, регистрирующие, сигнализирующие и интеллектуальные, совмещающие функции измерения, первичной обработки данных и передачи информации в цифровом виде. Особое место занимают анализаторы состава и качества веществ — хроматографы, спектрофотометры, pH-метры, — которые обеспечивают контроль над ключевыми параметрами продукции.
Преобразование измеренной величины в удобный для передачи, обработки или регистрации сигнал является задачей измерительного преобразователя. Трансмиттеры (передатчики) тока, напряжения, сопротивления или цифрового кода стандартизируют выходной сигнал, делая его универсальным для последующей аппаратуры. Развитие микроэлектроники привело к появлению «умных» преобразователей с самодиагностикой, возможностью дистанционной настройки и коррекцией показаний. Это повысило надёжность и снизило погрешность измерительных трактов.
Контрольно измерительные приборы и автоматизация
Собранные данные стекаются к устройству управления — контроллеру. Это вычислительное ядро системы, запрограммированное на поддержание заданных технологических параметров. Логика его работы определяется алгоритмами регулирования, простейшим из которых является ПИД-регулятор, учитывающий текущее отклонение, его интегральную сумму и скорость изменения. Современные программируемые логические контроллеры способны реализовывать чрезвычайно сложные многоуровневые программы управления, обрабатывая тысячи сигналов от полевых устройств.
Исполнительные механизмы завершают контур автоматического регулирования, оказывая непосредственное физическое воздействие на управляемый объект. К ним относятся регулирующие клапаны с электрическими, пневматическими или гидравлическими приводами, частотные преобразователи для управления оборотами электродвигателей, сервомеханизмы и позиционеры. Точность, быстродействие и надёжность этих устройств в конечном счёте определяют качество всего процесса. Их выбор диктуется условиями эксплуатации: агрессивностью среды, рабочими давлениями, требованиями к герметичности.
Человеческий интерфейс — операторские станции и диспетчерские пункты — обеспечивает визуализацию технологического процесса, позволяет вручную вмешиваться в его ход, изменять уставки, реагировать на аварийные события. SCADA-системы собирают информацию с контроллеров, отображают её в виде мнемосхем, графиков и тенденций, формируют архивы и отчёты. Это уровень принятия стратегических решений, где анализ исторических данных помогает оптимизировать режимы работы, снижая энергозатраты и сырьевые потери.
Тенденцией последних десятилетий является глубокая интеграция КИП и систем автоматизации в единые информационные архитектуры предприятия. Полевые устройства с поддержкой промышленных сетей становятся сетевыми узлами, передающими данные непосредственно на уровень управления цехом или даже корпоративной ERP-системой. Это стирает границы между оперативным управлением и бизнес-планированием, позволяя в реальном времени соотносить технологические параметры с экономическими показателями.
Таким образом, эволюция от простейших манометров и термостатов к киберфизическим системам кардинально изменила облик промышленности. Автоматизация на базе точных измерений обеспечивает воспроизводимость качества, радикально повышает производительность и безопасность, высвобождая человеческий интеллект для задач проектирования, анализа и творческой оптимизации. Это более не вопрос конкурентного преимущества, а обязательное условие существования любого сложного производства в современном мире.