Автоматизированная система управления технологическим процессом

Но, тем не менее, каждая SCADA - система  по-своему уникальна и, несмотря на поддержание стандартных функций, обладает присущими только ей особенностями.

1.9 Организация взаимодействия с контроллерами

Современные SCADA - системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют набор  драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.  
          Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA - системе в настоящее время используются следующие механизмы:

– ставший стандартом de facto динамический обмен данными (DDE);

– собственные протоколы фирм-производителей SCADA - систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;

– новый OPC - протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA - систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE.

Изначально протокол DDE применялся в первых человеко - машинных интерфейсах  в качестве механизма разделения данных между прикладными системами  и устройствами типа ПЛК (программируемые  логические контроллеры). Для преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие как AdvancedDDE или FastDDE - протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные решения приводят к ряду проблем:

– для каждой SCADA - системы пишется свой драйвер для поставляемого на рынок оборудования;

– в общем случае, два пакета не могут иметь доступ к одному драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен именно со своим драйвером.

Основная цель OPC стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении  механизма доступа к данным с  любого устройства из приложений. OPC позволяет  производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком распространении OPC - стандарта появятся следующие преимущества:

– OPC позволят определять на уровне объектов различные системы управления и контроля, работающие в распределенной гетерогенной среде;

– OPC устранят необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов;

– у потребителя появится больший выбор при разработке приложений.

С OPC - решениями интеграция в гетерогенные (неоднородные) системы становится достаточно простой. Применительно к SCADA-системам OPC серверы, расположенные на всех компьютерах системы управления производственного предприятия, стандартным способом могут поставлять данные в программу визуализации, базы данных и т. п., уничтожая, в некотором смысле, само понятие неоднородной системы.

1.10 Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода

Для организации взаимодействия с  контроллерами могут быть использованы следующие аппаратные средства:

– COM - порты. В этом случае контроллер или объединенные сетью контроллеры подключаются по протоколам RS-232, RS-422, RS-485;

– сетевые платы. Использование такой аппаратной поддержки возможно, если соответствующие контроллеры снабжены интерфейсным выходом на Ethernet;

– вставные платы. В этом случае протокол взаимодействия определяется платой и может быть уникальным. В настоящее время предлагаются реализации в стандартах ISA, PCI, CompactPCI.

Прикладные протоколы, используемые для организации взаимодействия с контроллерами, оставлены за границей этой книги.

 

 

1.11 Поддерживаемые коммуникационные  протоколы

DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен  данными) представляет собой коммуникационный  протокол, разработанный компанией Microsoft для обмена данными между различными Windows - приложениями. Этот протокол реализует взаимосвязи типа клиент - сервер между двумя одновременно исполняющимися программами.  
С целью расширения возможностей стандартного протокола DDE на локальную сеть компания Wonderware предложила NetDDE. Он позволяет приложениям, запущенным на объединенных в локальную сеть компьютерах, вести DDE - обмен. Позднее NetDDE лицензируется компанией Microsoft и поставляется в дистрибутивном пакете Windows. Следует отметить и то, что NetDDE допускает обмен информацией между приложениями на IBM PC и приложениями на машинах другого типа с операционной системой VMS или UNIX. Компания Wonderware предлагает и инструментальные средства для разработки DDE-серверов, в том числе и для не-Windows-платформ.  
Протокол SuiteLink был специально разработан фирмой Wonderware для того, чтобы удовлетворить таким требованиям, как целостность данных, высокая производительность и простота диагностики. В основе протокола SuiteLink лежит протокол TCP/IP. SuiteLink не является заменой протоколам DDE, FastDDE и NetDDE. Новый протокол разработан для поддержания быстродействующих промышленных систем и обладает следующими характеристиками:

– передача данных осуществляется в формате VTQ (Value, Time, Quality - значение, время, качество), в соответствии с которым каждая пересылаемая клиенту единица информации сопровождается метками времени и качества данных;

– благодаря системному монитору операционной системы Windows NT (Performance Monitor) стал возможным расширенный анализ производительности по передаче данных, степени загрузки сервера, степени потребления ресурсов компьютера и сети, что особенно важно для проектирования и сопровождения больших распределенных промышленных сетей;

– поддержка обмена данными между приложениями происходит независимо от того, исполняются ли эти приложения на одном узле сети или на разных.

1.12 Тренды в SCADA – системах

Графическое представление значений технологических параметров во времени  способствует лучшему пониманию динамики технологического процесса предприятия. Поэтому подсистема создания трендов и хранения информации о параметрах с целью ее дальнейшего анализа и использования для управления является неотъемлемой частью любой SCADA - системы.

Тренды реального времени (Real Time) отображают динамические изменения параметра в текущем времени. При появлении нового значения параметра в окне тренда происходит прокрутка графика справа налево. Таким образом текущее значение параметра выводится всегда в правой части окна.

Тренды становятся историческими (Historical) после того, как данные будут  записаны на диск и можно будет  использовать режим прокрутки предыдущих значений назад с целью посмотреть прошлые значения. Отображаемые данные тренда в таком режиме будут неподвижны и будут отображаться только за определенный период.

1.13 Встроенные языки программирования

Встроенные языки программирования - мощное средство SCADA - систем, предоставляющее  разработчику гибкий инструмент для  разработки сложных приложений. Первые версии SCADA - систем либо не имели подобных языков, либо эти языки реализовывали небогатый набор функций. В современных версиях SCADA - систем функциональные возможности языков становятся существенно богаче. Явно выделяются два подхода:

– ориентация встроенных языков программирования на технологов. Функции в таких языках являются высокоуровневыми, не требующими профессиональных навыков программирования при их использовании. Количество таких функций в базовых поставках не исчисляется сотнями, хотя существуют свободно распространяемые библиотеки дополнительных функций;

– ориентация на системного интегратора. В этом случае в качестве языков чаще всего используются VBasic - подобные языки.

В каждом языке допускается расширение набора функций. В языках, ориентированных  на технологов, это расширение достигается с помощью дополнительных инструментальных средств (Toolkits). Разработка дополнительных функций выполняется обычно программистами - профессионалами.

Разработка новых функций при  втором подходе выполняется обычно разработчиками приложений (как и в традиционных языках программирования).

Полнота использования возможностей встроенных языков (особенно при втором подходе) требует соответствующего уровня квалификации разработчика, если, конечно, в этом есть необходимость. Требования задачи могут быть не столь высокими, чтобы применять всю "мощь" встроенного языка.

Во всех языках функции разделяются  на группы, часть из которых присутствует практически во всех языках: математические функции, функции работы со строками, обмен по SQL , DDE - обмен и т. д.

В разрабатываемом приложении создаются  программные фрагменты, состоящие  из операторов и функций языка, которые  выполняют некоторую последовательность действий. Эти программные фрагменты  связываются с разнообразными событиями  в приложении, такими как нажатие кнопки, открытие окна, выполнение логического условия (a +b > c). Каждое из событий ассоциируется с графическим объектом, окном, таймером, открытием/ закрытием приложения. Когда приложение содержит сотни окон, тысячи различных графических объектов, а с каждым из них связано несколько событий, в приложении может "работать" огромное количество отдельных программных фрагментов. Велика вероятность их "одновременной" активизации.

Каждая из функций во встроенном языке выполняется в синхронном или асинхронном режиме. В синхронном режиме выполнение следующей функции не начинается до тех пор, пока не завершилось исполнение предыдущей. При запуске асинхронной функции управление переходит следующей, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей функции.  
В связи с этим возникает несколько вопросов. С каким приоритетом исполняется каждый из фрагментов, допускается ли рекурсия при обработке событий и если да, то каков уровень вложенности? В SCADA - системах уровень вложенности пока не стандартизован, но оговаривается особо в рамках каждой из них.

 

 

 

 

 

 

2 Практическая часть

При создании систем диспетчеризации  возникает естественный вопрос: «На  оборудовании, каких фирм реализовать  данную систему? Какое программное  обеспечение пульта оператора выбрать?». Можно конечно воспользоваться уже зарекомендовавшими себя в Европе известными брендами для автоматизации зданий со своими SCADA- системами на основе протоколов Lon Works или Вас Net.

Но как показывает практика, этот подход не всегда работает в условиях России по ряду причин: высокая цена, наличие у конкретного производителя автоматики только некоторых систем и нежелание заказчика отдавать весь объём инженерных систем в одни руки. Вот и получается, что чаще всего мы имеем здание с инженерными системами, имеющими локальную автоматику различных производителей ни как не взаимодействующих между собой. Для объединения этих подсистем с помощью программного обеспечения использовалось в качестве центра системы Интеллектуальное здание SCADA система TRACE MODE, связывающая различное оборудование и протоколы.

Разработанный проект диспетчеризации  систем теплоснабжения, вентиляции, кондиционирования  и освещения был выполнен на SCADA TRACE MODE профессиональная версия. Проектом предусмотрено диспетчеризация следующего оборудования:

– ИТП (горячее водоснабжение, отопление и ХВС);

– учёт потребления тепло ресурсов;

– освещение дежурное;

– система вентиляции;

– системы кондиционирования.

 

 

 

 

Основные управляющие функции:

– представление информации, о ходе технологического процесса контролируемого объекта на цветных экранах мониторов в реальном масштабе времени в графическом виде, с использованием мнемосхем и анимации;

– дистанционное управление, поддержание режимов работы технологического оборудования инженерных систем;

– управление инженерными системами в случае возникновения пожара;

– контроль и регистрация действий оператора;

– диагностирования подсистем второго и третьего уровней (контроллеров и датчиков);

– конфигурирование и настройки контроллеров, сети передачи данных, каналов измерений;

– автоматизированной подготовки установленных отчётных документов. Основные информационные функции:

– централизованный контроль и изменение технологических параметров;

– визуализация технологических процессов в виде экранных форм (мнемосхема);

– контроль состояния и режимов работы оборудования;

– ведение баз данных технологических параметров и состояния оборудования, действий диспетчера с возможностью вывода исторической информации, отчёта тревог;

– предупредительная звуковая (речевая) сигнализация состояния оборудования, нештатных ситуаций;

– администрирование пользователей по ограничению доступа по работе с системой.

АРМ оператора разработан на базе TRACE MODE 6 Док МРВ+ фирмы Adаstra Research Group, Ltd. Создан удобный операторский интерфейс в графическом редакторе Инструментальной среды разработки TRACE MODE 6. Рабочее место представляет собой ПК с ЖК — монитором.

Для каждой из подсистем СДКУ систем теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования, имеется отдельный экран-мнемосхема. Кроме того, в проекте созданы экраны графиков, всплывающие экраны тревог и звуковая сигнализация аварийных и предупредительных ситуаций.

2.1 Общее описание и функции системы

В качестве ПО верхнего уровня СДКУ используется SCADA система TRACE MODE. В состав СДКУ входят следующие составные части:

– первичные датчики, приборы учёта для сбора и передачи информации, исполнительные механизмы с электроприводами, коммутационные элементы для управления;

– шкафы управления, обеспечивающие обработку информации, управление и интерфейсную связь с диспетчерским пунктом;

– автоматизированная рабочая станция (АРС) диспетчерского управления на базе персонального компьютера для централизованного контроля и управления инженерными системами с установленным программным комплексом на базе SCADA- системы TRACE MODE.

 2.2 Диспетчеризация горячего водоснабжения и отопления