Методы организации доступа к линиям связи 4 page

· Обучается в процессе работы (получает опыт).

Основными особенностями процесса управления в современных дис­петчерских системах являются следующие:

· Процесс SCADA применяется в системах, в которых обязательно наличие человека (оператора, диспетчера);

· Оператор несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует под­стройки параметров для достижения оптимальной производительности;

· Активное участие оператора в процессе управления происходит нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно
в случае наступ­ления критических событий (отказы, нештатные ситуации и пр.);

· Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

Основные функции, выполняемые практически любым СППО АСУ ТП, созданным на базе представленных на рынке промышленной автоматизации SCADА -систем:

· Сбор данных о параметрах процесса, поступающих от контроллеров или непо­средственно от датчиков и исполнительных устройств (значения температуры, давления и других параметров, положение клапана или вала исполнительного меха­низма);

· Обработка и хранение (архивирование) полученной информации. Под обработкой информации понимается выполнение функций фильтрации, нормализации, масштабирования, линеаризации и других для приведения данных к нужному формату;

· Графическое представление в цифровой, символьной или иной форме информа­ции о ходе технологического процесса. Это может быть представление значений переменных в виде графиков в функции времени (трендов), гистограмм и др.;

· Сигнализация изменений хода технологического процесса, особенно в предаварийных и аварийных ситуациях в виде системы алармов. При этом может осуществляться регистрация действий обслуживающего персонала в аварийных си­туациях;

· Формирование сводок, журналов и других отчетных документов о ходе технологического процесса на основе информации, собранной в архивах;

· Формирование команд оператора по изменению параметров настройки и режи­ма работы контроллеров, исполнительных устройств (пуск-останов, открытие-закрытие и других функции);

· Автоматическое управление ходом технологического процесса в соответствии с имеющимися в SCADA -системах алгоритмами управления (ПИД-регулирование, позиционное, нечеткое регулирование и др.). Данные функции обычно выполняются контроллерами, SCADA -системы рекомендуется использовать для решения задач невысокого быстродействия.

Таким образом, SCADA -системы являются мощным инструментом для разработ­ки СППО диспетчерского уровня АСУ ТП. При этом от разработчика не требуется больших знаний в области программирования на языках высокого уровня.

Наиболее распространенные, на сегодняшний день, SCADA -системы представлены в табл. 3.4.

При таком многообразии SCADA -продуктов на российском рынке естественно возникает вопрос об их выборе. Выбор SCADA -системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную поиску оптимального решения в условиях многокритериальности.

Таблица 3.4

SCADA -системы

Ниже приводится примерный перечень критериев оценки SCADA -систем, которые в первую очередь должны интересовать пользователя. В нем можно выделить три большие группы показателей:

· Технические характеристики;

· Стоимостные характеристики;

· Эксплуатационные характеристики.

При выборе SCADA -систем необходимо провести анализ программно-аппаратных платформ для них. Анализ перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ на вопрос, возможна ли реализация той или иной SCADA -системы на имеющихся вычислительных средствах, а также оценка стоимости эксплуатации системы (будучи разработанной в одной операционной среде, прикладная программа может быть выполнена
в любой другой, которую поддерживает выбранный SCADA -пакет). В большинстве SCADA -систем этот вопрос решен по-разному. Так, FactoryLink имеет весьма широкий список поддерживаемых программно-аппаратных платформ, приведенных
в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Программно-аппаратные платформы для SCADA -систем

В то же время, в таких SCADA -системах, как RealFlex и Sitex основу программной платформы принципиально составляет единственная операционная система реального времени QNX.

Подавляющее большинство SCADA -систем реализовано на MS Windows платформах. Именно такие системы предлагают наиболее полные и легко наращиваемые MMI -средства. Большинство разработчиков приоритетным считают дальнейшее развитие своих SCADA -систем на платформе Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживающие SCADA -системы на базе операционных систем реального времени (ОСРВ), начали менять ориентацию, выбирая системы на платформе Windows NT. Все более очевидным становится применение ОСРВ, в основном, во встраиваемых системах, где они действительно хороши. Таким образом, основным полем, где сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA -систем, стала MS Windows NT на фоне все ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3. xx /95,98.

При выборе SCADA -систем необходимо провести анализ имеющихся в них средств сетевой поддержки. Одной из основных черт современного мира систем автоматизации является их высокая степень интеграции. В любой из них могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д. Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA -система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP / IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.). Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все рассматриваемые SCADA- системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же, разный.

При выборе SCADA -систем необходимо учитывать, имеет ли выбираемая система встроенные командные языки (VBasic -подобные языки), позволяющие генерировать адекватную реакцию на события, связанные с изменением значения переменной,
с выполнением некоторого логического условия, с нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого фрагмента
с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного окна.

Большое значение имеет условие независимости SCADA -системы от типа базы данных, что позволяет менять базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное программное обеспечение, ориентированное на обработку данных.

Для специалиста-разработчика системы автоматизации, так же как и для специалиста-технолога, чье рабочее место создается, очень важен графический пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы SCADA -систем весьма похожи. В каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над выбранным объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, используя средства анимации.

Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней «внешние», независимо разработанные компоненты. Вопрос об открытости системы является важной характеристикой SCADA -систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA) вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д.

Современные SCADA -системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком
в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или же разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика.

Многие компании занимаются разработкой драйверов, ActiveX -объектов и другого программного обеспечения для SCADA -систем. Этот факт очень важно оценивать при выборе SCADA -пакета, поскольку это расширяет область применения системы непрофессиональными программистами (нет необходимости разрабатывать программы с использованием языков С или Basic).

При оценке стоимости SCADA -систем нужно учитывать следующие факторы:

· Стоимость программно-аппаратной платформы;

· Стоимость системы;

· Стоимость освоения системы;

· Стоимость сопровождения.

Показатели этой группы критериев наиболее субъективны. Это тот самый случай, когда лучше один раз увидеть, чем семь раз услышать. К этой группе можно отнести:

· Удобство интерфейса среды разработки – «Windows – подобный интерфейс», полнота инструментария и функций системы;

· Качество документации – ее полнота, уровень русификации;

· Поддержка со стороны создателей – количество инсталляций, дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и т.д.

Если предположить, что пользователь справился и с этой задачей – остановил свой выбор на конкретной SCADA -системе, то далее начинается разработка системы контроля и управления, которая включает следующие этапы:

· Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации;

· Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов
с «горячим резервированием» и т.п.;

· Создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации;

· Приведение в соответствие параметров прикладной системы с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, программируемые логические контроллеры – ПЛК) с внешним миром (датчики технологических параметров, исполнительные устройства и др.);

· Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции.

3.4.3. SCADA -система Trace Mode

Trace Mode – это 32-разрядная SCADA -система, имеющая сертификат Госстандар­та РФ и широкое распространение в России и странах СНГ. Trace Mode является интегрированной SCADA / HMI и SoftLogic системой, когда разработка приложений для операторских станций и контроллеров производится в рамках одного проек­та на базе единого ПО. За счет использования принципов автопостроения проекта сокращаются время его разработки и стоимость.

Архитектура системы Trace Mode – это клиент-серверная архитектура с исполь­зованием общей модели объектов DCOM для ОС Windows NT /2000/ XP. Основу Trace Mode составляет мощный сервер и БД реального времени. Связь с клиентски­ми модулями, приложениями SCADA -систем, УСО и СУБД осуществляется через стандартные интерфейсы DCOM, OPC, HTTP, DDE, T - COM, ActiveX, SQL / ODBC.

Основные функции системы Trace Mode 5:

· Модульная структура с числом каналов от 128 до 64 000×16;

· Встроенная поддержка российских контроллеров Ремиконт, Ломиконт, Ш711, КРУИЗ, МФК, ЭК2000 и др.;

· Поддержка международного стандарта на средства программмирования контрол­леров IEC 61131-3;

· Библиотека драйверов контроллеров фирм Rockwell Automation, Siemens, Schneider Electric, Moeller, PEP, Fisher Rosemount
и др.;

Средства программирования PC - base контроллеров MIC 2000, ROBO, Lagoon, TREI и др.;

· Встроенная система более 150 алгоритмов АСУТП, в том числе алгоритмы фильтрации, ПИ- и ПИД-регулирования, нечет-кое и позиционное регулирова­ние, ШИМ-преобразование и др.,
а также адаптивная настройка регуляторов;

· Открытость для встраивания пользовательских алгоритмов и форм отображения ActiveX;

· Возможность резервирования локальных сетей, датчиков, архивов с автомати­ческим восстановлением после сбоя.

Суть автопостроения, ускоряющего разработку проекта, заключается в автома­тическом генерировании баз каналов операторских станций и контроллеров на осно­ве информации о числе точек ввода-вывода, номенклатуре контроллеров и УСО, характере связи между ПК и ПЛК.

Благодаря автопостроению, разработка АСУ ТП сводится
к следующему:

· В рабочем поле Редактора базы каналов размещаются иконки (объекты) контроллеров и операторских станций;

· Указываются число сигналов ввода-вывода и наличие информационного обмена между узлами;

· Запускается автопостроение, которое автоматически формирует базы каналов проекта.

Разработка графического интерфейса осуществляется с помощью Редактора представления данных (аналогичного Редактору базы каналов), который позволяет создавать мнемосхемы технологических объектов и динамические объекты (гистограммы, тренды, бегущие дорожки и пр.). Библиотека объектов включает емкости, теплообменники, кнопки и др. Пользователь может на языке Visual Basic (VB) напи­сать собственные формы как ActiveX и встроить их в Trace Mode. Возможна отладка проекта из редактора Trace Mode в режиме реального времени.

По протоколам TCP / IP, IPX / SPX, DCOM, DDE / NetDDE, OPC и др. осуществ­ляется связь с офисными приложениями Excel, Access, MS SQL Server, Oracle, SyBase, BaseStar, R /3, программами ПАРУС и ГАЛАКТИКА на уровне АСУП.

Основу ПО диспетчерского уровня управления составляют модули реального времени (МРВ). МРВ Trace Mode – это сервер реального времени, осуществляющий прием данных с контроллеров, управление процессом, визуализацию информации, расчет ТЭП, ведение ар­хивов (с дискретностью 0,001 с).

Trace Mode содержит средства для разработки АРМ руководителя с помощью модулей Supervisor, которые предоставляют руководителю всю необходимую инфор­мацию о параметрах
и состоянии технологического процесса.

Trace Mode позволяет создавать резервированные многоуровневые АСУ ТП мас­штаба предприятия на базе ведущих сетевых ОС с обменом по протоколу NetBios, NetBEUI, IPX / SPX, TCP / IP. Сетевые комплексы допускают структурирование с выделением следующих уровней: контроллерного, диспетчерского
и административ­ного (рис. 3.6).

Оформление отчетов о ходе технологического процесса осуществляется с помо­щью Сервера документирования. Сервер принимает данные от удаленных модулей и обрабатывает их в соответствии со сценариями. Готовые отчеты могут быть за­писаны
в файл, выведены на печать, экспортированы в СУБД или представлены в Internet. Для обмена информацией по сети Internet используется Web -сервер Trace Mode. Технология тонкого клиента позволяет осуществлять визуализацию процесса, формировать тренды и алармы, формировать управляющие воздействия с помощью Web -броузера.

Рис. 3.6. Структура многоуровневой АСУ ТП предприятия
на базе SCADA -системы Trace Mode

Trace Mode поддерживает технологии телеуправления через GSM и SMS. GSM -активатор для Windows NT предоставляет пользователям на сотовые телефоны от­четы тревог, позволяет передавать с сотового телефона команды управления, полу­чать информацию по запросу с сотового телефона.

Пример визуализации технологического процесса гидрирования бензола и его управления показан на нескольких экранных формах, созданных в среде SCADA -система Trace Mode (рис. 3.7–3.11). На рис. 3.8 показана мнемосхема технологического процесса, а на рис. 3.9, 3.10, 3.11 – экранные формы для настройки регуляторов. После щелчка по кнопке, расположенной в строке «Настройка регуляторов» (см. рис. 3.6), на экран выводится рис. 3.9.

Рис. 3.7. Окно выбора статуса рабочей станции и выполняемой задачи

Рис. 3.8. Мнемосхема процесса гидрирования бензола

Рис. 3.9. Экранная форма выбора регуляторов

После щелчка по кнопке соответствующего регулирующего устройства он замещается экраном его настройки (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Экранная форма настройки регулятора

В нем можно изменять настройки регулятора, вводить ограничение на изменение сигнала задания и выхода на клапан, определить зону нечувствительности. На графике отображаются изменения параметра, задания и выходного сигнала на клапан.

Для просмотра графиков изменения контролируемых переменных процесса во времени необходимо щелкнуть по клавише . При этом выводится экран просмотра графиков (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Экранная форма просмотра графиков

Для управления регулирующими клапанами необходимо щелкнуть по символу соответствующего клапана. В результате этого появится окно (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Окно «ручного» изменения положения клапана

В верхней части окна расположены позиция клапана и блок кнопок. Щелчком по кнопке можно закрыть окно. Щелчком по кнопке вызывается графическое окно, отражающее величины в виде кривых. Для возврата необходимо щелкнуть по кнопке .

Блок индикаторов отражает состояние ограничения соответственно задания и выходного сигнала регулятора. При назначенном ограничении соответствующий индикатор зажигается красным цветом.

Кнопка является одновременно индикатором состояния. Щелчок по кнопке переключает регулятор в автоматический режим, а кнопка принимает вид .

Для клапанов, имеющих сигнализацию конечного положения, предусмотрен индикатор , отражающий состояние клапана закрыто (красный) или открыто (зеленый).

Кнопки (меньше) и (больше) служат для изменения в режиме Авт. величины задания регулятору, а в режиме Дист. – величины выходного сигнала, поступающего на клапан. Кнопки с одной стрелкой увеличивают (уменьшают) величины на 1 %, а с двумя стрелками – на 10 %.

Для управления отсечным клапаном необходимо щелкнуть по символу соответствующего клапана. В результате этого появится окно (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Окно управления отсечным клапаном

Для клапанов, имеющих сигнализацию конечного положения, предусмотрен индикатор , отражающий состояние клапана закрыто (красный) или открыто (зеленый).

3.4.4. SCADA -система Genie 3.0

Пакет Genie 3.0 является инструментальной средой для создания ПО систем сбо­ра данных и оперативного диспетчерского управления (SCADА), исполняемого в среде Windows 3. х /95/98. Применяется для проектирования небольших АСУ ТП масштаба участка или цеха. Genie имеет модульно-ориентированную, открытую, ин­тегрированную архитектуру (рис. 3.14). Открытость архитектуры позволяет легко реализовать взаимодействие Genie
с другими приложениями для совместного доступа к данным
в реальном масштабе времени. Управление всеми данными Genie в реальном масштабе времени, а также хранение и обработку данных осуществляет Центр об­работки данных (Date Center). Пакет состоит из двух основных программных моду­лей: Построитель стратегии GENIE (GENIE. EXE) и Исполнительная среда GENIE (GWRUN. EXE). Построитель стратегии используется для проектирования и тести­рования проектов (стратегий), а Исполнительная среда – только для исполнения стратегий. Стратегия – это совокупность одной или нескольких задач вместе с одной или большим количеством экранных форм, а также одним сценарием. Простейшая стратегия имеет одну задачу с одной экранной формой и не имеет основного сце­нария. Задача, экранная форма
и основной сценарий являются тремя основными элементами проектирования стратегий.

Рис. 3.14. Архитектура SCADА -системы Genie 3.0

Экранная форма представляет собой набор элементов отображения и элементов управления. Элементы отображения – это график, текстовая строка, индикатор и др. К элементам управления относятся кнопка, аналоговый, движковый или инкрементный регулятор.

Пиктограммы блоков и элементы являются стандартными блоками для постро­ения стратегии. Соединения между функциональными блоками могут устанавли­ваться посредством видимых в окне Редактора задач связей, называемых «провод­ником». Соединение между пиктограммой блока и элементом отображения или меж­ду двумя элементами отображения невидимы, и поэтому они называются «связями».

Построитель стратегий GENIE предоставляет пользователю для проектирования АСУ ТП четыре различных редактора:

· Редактор задач (Task Designer);

· Редактор форм отображения (Display Designer);

· Редактор отчетов (Report Designer);

· Редактор сценариев (Script Designer).

Они используются для редактирования задач, экранных форм отображения, от­четов и основных сценариев соответственно.

Редактор задач (Task Designer) предназначен для реализации прикладных алгоритмов создаваемой системы. Разработка системы сводится к размещению поль­зователем функциональных блоков в окне задачи и установлению между ними свя­зей, определяемых алгоритмом обработки данных. Genie 3.0 обеспечивает возмож­ность разработки и одновременного исполнения до 8 задач. Более сложная задача может быть разбита на несколько простых задач меньшего объема, что упрощает процесс разработки и увеличивает производительность при исполнении, поскольку при каждом сканировании должно быть обработано меньшее число функциональ­ных блоков.

Редактор форм отображения (Display Designer) предназначен для созда­ния динамических графических форм отображения, связанных с исполняемой стра­тегией сбора данных и управления. При необходимости создания графического ин­терфейса оператора возможно использование специальных инструментов рисования и элементов отображения, таких как насосы, клапаны, круги, прямоугольники, сег­менты и т.п. Кроме того, пользователь может конфигурировать цвета и размеры указанных графических примитивов. Также Genie предоставляет команды «Сгруп­пировать» и «Разгруппировать», позволяющие объединять графические примитивы в единое изображение.

Редактор отчетов (Report Designer) предназначен для разработки и генера­ции отчетов. Пользователь может разрабатывать формат отчета с использованием специального инструмента табличной формы и определять расписание для автома­тической печати отчета. К другим функциям Редактора отчетов относятся: сбор данных, конфигурирование формата отчетов, генерация отчетов событий, генера­ция отчетов тревог.

Редактор сценариев (Script Designer) предназначен для управления задача­ми, вычислениями и анализом данных в реальном масштабе времени. Genie предо­ставляет средства разработки программных сценариев, совместимых с языком Visual Basic. По­скольку Visual Basic является одним из самых популярных и простых для изучения языков программирования, его наличие в пакете позволяет значительно упростить и повысить эффективность разработки проекта с использованием Genie.

Центр обработки данных (Date Center) является набором библиотек дина­мической компановки (DLL -библиотек) и предназначен для хранения и обработки данных, связанных с работой стратегии под управлением исполнительной среды Genie. Центр обработки данных поддерживает три способа взаимодействия пакета Genie с другими Windows -приложениями:

· Интерфейс прикладного программирования (СAPI);

· Механизм динамического обмена данными (DDE);

· Механизм связывания и внедрения объектов (OLE Automation).

Для взаимодействия Genie с аппаратными средствами в реальном масшта­бе времени используются драйверы ввода-вывода (I / O Drivers). Драйверы ввода-вывода поддерживают все аппаратные средства промышленной автоматизации фир­мы Advantech, включая модули сбора данных и управления ADAM
и др., РС -совместимый модульный контроллер MIC -2000, устройства удаленного сбора дан­ных и управления серий ADAM -4000 и ADAM -5000/485, а также устройства ADAM -5000/ CAN промышленной шины CAN с протоколом DeviceNet.