Инкубатор:Программное обеспечение в АСУ ТП

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Программное обеспечение в АСУ ТП 

Как только появились первые средства автоматизации, производители аппаратного и программного обеспечения пытаются определить, как будет развиваться автоматизация в будущем.  Для этого предлагаются различные решения и подходы по совершенствованию автоматизированного процесса управления. Практически все функции при автоматизации реализуется программно, вся информация проходит соответствующую  обработку в управляющем вычислительном комплексе. Именно поэтому важнейшим компонентом АСУ ТП является программное обеспечение. Оно представляет собой комплекс различных программ, обеспечивающих функционирование всех цифровых вычислительных средств АСУ ТП (контроллеры, серверы, рабочие и инженерные станции), а также решающих все функциональные задачи на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы.

У каждого предприятия своё направление работы, специфика, оборудование. Программное обеспечение АСУ ТП на предприятии разрабатывается в зависимости от поставленных задач. Существуют стандартные пакеты, которые необходимо только настроить на конкретное предприятие.

Программное обеспечение АСУ ТП его виды Комплекс программ АСУ ТП состоит из двух типов:

Первый тип , это общее программное обеспечение — подходит для всех технических средств и не привязывается к какому-либо одному объекту. К этому типу относят операционные системы, SCADA-системы, пакеты программ для контроллеров, компиляторы, редакторы. Программное обеспечение покупается и поставляется, как и другие технические средства.

Второй тип, специальное программное обеспечение — это программы, разработанные для конкретной АСУ ТП, и они отвечают за следующие этапы:

Планирование ресурсов предприятия. Организационная стратегия интеграции производства и операций. Управления трудовыми ресурсами и финансами. К этому виду относятся ресурсы, полученные из SCADA-системы. Это графический интерфейс, который позволяет построить и отобразить технологические процессы. Все эти программные продукты обеспечивают работу отдельного предприятия.

Программное обеспечение АСУ ТП. Типовая структура. В производственных АСУ ТП системы обычно строятся по трехуровневому принципу.

Верхний это уровень визуализации, диспетчеризации (мониторинга) и сбора данных (HMI/SCADA); средний (уровень контроллеров) состоит из программируемых логических контроллеров, реле, счетчиков); Нижний уровень (полевой уровень) АСУ ТП представляет собой различные датчики (сенсоры) и исполнительные механизмы. Непосредственно разработка программ проводится по отдельности для среднего и верхнего уровня АСУ ТП. Для среднего уровня составляются алгоритмы управления технологическим оборудованием. На среднем уровне на контроллеры поступают данные со всех технологических процессов конкретного предприятия. Данные обрабатываются и передаются на верхний уровень.

Для верхнего уровня разрабатывается специальное программное обеспечение, алгоритмы сбора и обработки информации. 

В процессе разработки учитываются все необходимые параметры, возможные величины их изменения и структура логических цепочек технологических процессов. На верхнем уровне системы на рабочих станциях и серверах собирается информация со всех контроллеров, обрабатывается, хранится, ведется история.

Для того чтобы обе системы функционировали как единое целое, происходит сложный процесс комплексной интеграции программного обеспечения верхнего и среднего уровня АСУ ТП.

Средний уровень АСУ ТП Средний уровень принимает полевые данные и выдает команды управления на нижний уровень. Управление в ПЛК осуществляется по заранее разработанному алгоритму, который исполняется циклически (прием данных – обработка – выдача управляющих команд).

Важнейшим элементом АСУ ТП являются сети, по которым передаются данные и команды управления. Часто нижний и средний уровни АСУ ТП объединяются «полевой шиной», которая представляет собой сеть с гарантированным временем доставки пакетов, что позволяет создать распределенную систему управления (РСУ – DCS=Distributed Control System), работающую в режиме РВ (РВ — реального времени).

Средний уровень АСУ ТП обеспечивает контроль параметров технологических процессов и непосредственное управление оборудованием. Кроме этого, именно на среднем уровне реализуются такие возможности современных АСУ ТП, как автоматический пуск и остановка оборудования с целью предотвращения аварийных ситуаций. Контроллеры среднего уровня АСУ ТП обеспечивают первичную обработку информации, которая поступает с оборудования, и отслеживают нарушение параметров технологических процессов или их соответствие заданным величинам.

Непосредственный контроль производственных процессов и их параметров (вес компонентов смеси, их расход, давление, частота вращения и другие) осуществляется системой датчиков. Сигналы от датчиков поступают в соответствующие контроллеры, в которых происходит сравнение параметров сигнала датчика с запрограммированными параметрами.

Различия между контроллерами в первую очередь основаны на встроенном языке программирования и дополнительных функциях аппаратной части.

В зависимости от показателя датчика, и его соответствия заданным параметрам, контроллер передает сигнал на другие компоненты системы для выполнения необходимых действий.

Последовательность прохождения сигнала основана на программном обеспечении среднего уровня АСУ ТП. Одновременно информация поступает на верхний уровень АСУ ТП для дальнейшего анализа, визуализации и, при необходимости, вмешательства диспетчера или оператора в технологический процесс.

Верхний уровень программного обеспечения АСУ ТП. Конечно же, самый верхний уровень любой автоматизированной системы – это человек. Однако в современном мире верхний уровень – это ПК и серверы. На них поступает не только информация о параметрах технологических процессов, и моментах срабатывания автоматики безопасности, но также информация о внешнем вмешательстве персонала в работу установки.

По сути, верхний уровень АСУ ТП — это уровень визуализации, диспетчеризации (мониторинга) и сбора данных. Он представлен специализированным программным обеспечением, которое обеспечивает обратную связь между диспетчером или оператором и элементами нижних уровней АСУ ТП. На этом уровне задействован человек, т.е. оператор (диспетчер). Человек-оператор входит в систему как одно из функциональных звеньев верхнего уровня управления.  Если он осуществляет контроль локального агрегата (машины), то для его осуществления используется так называемый человеко-машинный интерфейс (HMI, Human-Machine Interface). Если оператор осуществляет контроль,  за распределенной системой машин, механизмов и агрегатов, то для таких диспетчерских систем часто применим термин SCADA (Supervisory Control And Data Acqusition — диспетчерское управление и сбор данных, англ.).

В обоих случаях верхний уровень АСУ ТП обеспечивает сбор, а также архивацию важнейших данных от ПЛК, их визуализацию. То есть наглядное (в виде мнемосхем, часто анимированных) представление на экране параметров происходящего процесса.

SCADA-системы SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать автоматическое управление технологическими процессами в режиме реального времени.

Достоинство SCADA главным образом в том, что она может предоставить необходимую информацию через показатели, которые собраны абсолютно с разных точек хозяйствующего объекта в реальном времени. Только в таком режиме можно оптимизировано управлять предприятием, делая его работу непрерывной, без простоев, сбоев и возможных аварийных ситуаций. Предшественниками SCADA когда-то были всем известные сигнализации и телеметрии.

Преимущества SCADA-системы Прикладное программное обеспечение на базе SCADA/HMI дает несколько преимуществ:

Работает со многими языками программирования; Обеспечивает уже готовыми модулями для разработки программного приложения. (COTS — Commercial Off The Shelf). Это самый лучший вариант для разработки прикладного программного обеспечения. Это дает следующие возможности:

Возможность использования Scada-систем для АСУ ТП конкретного предприятия без дополнительного программирования. Двухсторонний обмен информационными данными между верхним и нижним уровнем. Возможность управления аварийными сигналами. Возможность введения дополнительных функций управления помимо того, что дает Scada-система. Регулирование заданного алгоритма работы производственного процесса. Возможность архивирования наиболее важных показателей работы предприятия. Детальная визуализация информационных данных. Система блокировки не правильного введения команд со стороны оператора. Ограничение доступа к пульту диспетчерского управления. В основе всех Scada-пакетов лежат стандартные пакеты программного обеспечения.

Среди популярных технологий проектирования АСУ ТП отмечены следующие:

Создание структуры АСУ ТП на базе конкретной Scada-системы. При этом всегда оставляется возможность в случае неисправности ввести в действие резервную систему управления. Создание прикладного программного обеспечения на базе конкретной Scada-системы для каждого отдельного узла управления на предприятии. Это касается не только технологических процессов, но и других областей деятельности предприятия. Например, бухгалтерского учета, складской системы и т.п. Настройка и корректировка прикладного программного обеспечения, созданного на базе конкретной Scada-системы, в режиме эмуляции и в режиме реального времени. Программное обеспечение SCADA-системы Уникальное достоинство Scada-системы заключается в ее открытости. Однако возможны и закрытые варианты. Открытая система всегда лучше тем, что несмотря на все совершенство данной системы, она все равно имеет ограничение с точки зрения функциональности, поэтому требует доработок и внесения собственного программного обеспечения.

Перед IT-специалистами стоит задача установить как много больше необходимых драйверов, для свободной работы системы, для увеличения скорости передачи информации.

Это очень важная функция прикладного программного обеспечения. От скорости получения информации может зависеть весь дальнейший ход событий. Например, очень важно своевременно перевести сигнальные данные на диспетчерский пункт, чтобы предотвратить аварийные случаи на предприятии и т.п. Также драйвера расширяют свободу действия всех интеграторов АСУ ТП на предприятии и увеличивают круг ее пользователей.

Открытый характер Scada-системы делает ее наиболее конкурентоспособной среди продукции данного характера. Она является универсальной, поэтому и популярной среди предприятий разных сфер промышленности. С помощью нее можно без проблем интегрировать с другими программными приложениями более низкого уровня управления.

Самым важным моментом при создании АСУ ТП является организация такой системы управления, которая обеспечивала бы надежность и оперативную отработку аварийных ситуаций как в самой системе управления, так и в технологическом процессе.

Аварийное сигнализирование и отработка аварийных ситуаций в технологическом процессе в большинстве SCADA-систем выделяются в отдельный модуль с наивысшим приоритетом. Надежность же системы управления достигается за счет горячего резервирования.

Можно зарезервировать все: сервер, его отдельные задачи, сетевые соединения и отдельные (или все) связи с аппаратурой. Резервирование происходит по интеллектуальному алгоритму: чтобы не создавать удвоенную нагрузку на сеть, основной сервер взаимодействует с аппаратурой и периодически посылает сообщения резервному серверу, который сохраняет в памяти текущий статус системы. Если основной сервер выходит из строя, резервный берет управление на себя и работает до тех пор, пока основной не приступит к работе. Сразу после этого базы данных основного сервера обновляются данными резервного. И управление возвращается основному серверу.

SCADA-системы открыты Для дальнейшего расширения и усовершенствования и имеют для этих целей встроенные языки высокого уровня, чаще всего Visual Basic, либо допускают подключение программных кодов, написанных самим пользователем. Кроме того, к системам можно подключать разработки иных фирм, объекты ActiveX, стандартные библиотеки DLL Windows.

Для реализации этих технологий разработаны специальные инструментальные средства и специализированный интерфейс. SCADA-система может быть интегрирована с самыми разными сетями: другими SCADA-системами, офисными сетями предприятия, регистрирующими и сигнализирующими сетями (например, охрана и пожарная сигнализация) и т.п.

Для эффективной работы в этой разнородной среде SCADA-системы используют стандартные протоколы NETBIOS и TCP/IP. Одно только упоминание протокола TCP/IP уже говорит о том, что SCADA-системы могут работать и в Интернете, тем более что все более актуальной становится передача оперативной и статической информации о процессе на Web-узлы.

SCADA АСУ ТП В заключение нужно сделать обозначение, что понятие АСУ ТП изначально шире, чем SCADA. Когда иногда говорят о SCADA-системах, подразумевая АСУ ТП, это не совсем правильно. SCADA разрабатывались именно как системы, позволяющие предоставлять оператору информационные услуги на верхнем уровне управления технологическим процессом. Но они не могут обеспечить полностью автоматизированное управление, сверху донизу хотя бы по той простой причине, что это всего лишь программный продукт, устанавливаемый на персональном компьютере. А любой технологический процесс требует, кроме того, еще разнообразного специфического оборудования и происходит он в реальной жизни, а не в виртуальной среде.

Однако сложившаяся практика построения автоматизированных систем управления достаточной сложности свидетельствует о том, что применение SCADA-систем в проектировании АСУ ТП значительно упрощает жизнь разработчикам и позволяет организовать надежное и качественное управление при эксплуатации систем.


Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]