Технология интегрированной разработки АСУ ТП объединяет программирование, как операторского интерфейса, так и промышленных контроллеров.
Инструментальная система состоит из следующих редакторов:
– редактор базы каналов;
– редактор представления данных (РПД);
– редактор шаблонов.
Редактор базы каналов необходим для разработки структуры проекта, а также включает математические основы обработки данных и управления (распределенная база реального времени):
– описываются конфигурации всех рабочих станций, УСО, контроллеров;
– настраиваются информационные потоки между ними;
– описываются входные, выходные сигналы, их связь с устройствами сбора данных и управления;
– настраиваются законы первичной обработки данных, технологические границы;
– осуществляется настройка архивирования и сетевого обмена и т.д.
РПД предназначен для разработки графической составляющей проекта:
– создание статических рисунков технологического процесса;
– динамические формы отображения и управления накладываются на статику.
Редактор шаблонов используется для разработки шаблонов документов.
Кроме того, в интегрированную среду разработки TRACE MODE® 6 встроены:
– редактор программ;
– построитель связей с СУБД;
– редактор паспортов оборудования (EAM);
– редактор персонала (HRM);
– редактор материальных ресурсов (MES).
3.4. Исполнительные модули TRACE MODE 6 SOFTLOGIC–SCADA/HMI в распределенной АСУТП
Общие сведения
Исполнительные (runtime) модули TRACE MODE® 6 и T–FACTORY.exe™ обеспечивают функционирование в реальном времени проектов АСУТП и АСУП, созданных в интегрированной среде разработки. Соответственно, исполнительные модули системы охватывают следующие уровни АСУ:
– операторский интерфейс (SCADA/HMI);
– промышленные контроллеры (SOFTLOGIC);
– промышленная база данных реального времени;
– систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);
– систем управления персоналом (HRM);
– систем управления производством (MES).
Исполнительные модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE®, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) – в комплекс T–FACTORY.exe™. Все исполнительные модули TRACE MODE прекрасно интегрированы между собой и образуют единую платформу для управления производством.
Исполнительные модули TRACE MODE 6 и T–FACTORY 6 условно делятся на серверы (узлы) и клиенты (консоли). Это деление несколько условно, так как консоль TRACE MODE 6 в ряде системных конфигураций может выполнять функции обычно присущие серверам (пересчет базы каналов, исполнение программ и т.д.), а серверы могут осуществлять функции операторского интерфейса, что часто считается прерогативой клиентских программ. И клиентское и серверное программное обеспечение разрабатывается в единой интегрированной системе разработки и имеет единую базу распределенных переменных, к атрибутам которых могут свободно обращаться любые исполнительные модули TRACE MODE. Подобная архитектура дает удивительную гибкость в разработке распределенных систем управления, так как позволяет создавать АСУ в различных архитектурах (по выбору):
– локальная;
– распределенная клиент–сервер;
– распределенная DCS (distributed control system);
– телемеханическая;
SCADA TRACE MODE имеет встроенную систему горячего резервирования, поэтому каждый ее компонент может быть легко снабжен горячим резервом.
Сервер реального времени
Основным сервером реального времени уровня SCADA/HMI в TRACE MODE 6 является Монитор реального времени (МРВ). МРВ TRACE MODE 6 осуществляет прием данных с контроллеров, плат ввода / вывода и систем телемеханики (RTU) через встроенные протоколы, драйверы, OPC– или DDE–клиенты. В МРВ TRACE MODE 6 встроены бесплатные драйверы для 2197 PLC, PC–based контроллеров, модулей удаленного ввода–вывода и плат УСО. Кроме того, каждый сервер SCADA/HMI имеет встроенную поддержку протоколов M–LINK (RS 485/232) и I–NET для связи с исполнительными модулями Micro TRACE MODE класса SOFTLOGIC, работающими в PC–based контроллерах.
Монитор реального времени TRACE MODE 6 производит первичную обработку информации, поступающей из контроллеров или систем телемеханики (фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.), управление и регулирование технологических процессов, перераспределение данных по локальной сети (I–NET TCP/IP), визуализацию информации на анимированных мнемосхемах и графиках изменения параметров (HMI), расчет в реальном времени статистических параметров процесса (SPC – statistical process control), ведение исторических архивов, управление собственной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL™ 6, генерирование отчетных документов, обеспечение связи с СУБД и приложениями через SQL/ODBC и встроенный OPC–сервер (поставляется опционально).
Существуют МРВ с различным сочетанием вышеперечисленных свойств. Кроме того, в состав SCADA TRACE MODE входят версии МРВ с автоматическим горячим резервированием, адаптивным регулированием, со встроенным OPC–сервером, GSM–серврером и т.д.
В состав МРВ входит графическая HMI–консоль, обеспечивающая визуализацию информации о технологическом процессе на динамических мнемосхемах. Монитор реального времени обладает мощными графическими возможностями:
– фотореалистичная объемная графика;
– поддержка «прозрачности» фигур и наложения текстур;
– поддержка графических слоев;
– масштабирование экранов;
– технология 3D FAST+ ускоряющая загрузку графических экранов в реальном времени;
– возможность динамизации любого графического объекта;
– мультипликация;
– графики изменения параметров реального времени;
– исторические графики изменения параметров неограниченной глубины;
– окна событий.
SCADA–сервер МРВ TRACE MODE 6 располагает собственной, многопоточной, основанной на приоритетах системой реального времени. При работе в обычном режиме минимальное время реакции МРВ TRACE MODE 6 составляет 0.01 с (10 мс). Однако, время реакции может быть сокращено в несколько раз при использовании специальных каналов типа FAST, обработка которых осуществляется с циклом 2–4 мс.
Система реального времени МРВ 6 гибко настраивается путем перераспределения временных ресурсов вычислительного ядра, либо приоритетов отдельных задач. В соответствующем диалоге интегрированной среды разработки можно настраивать приоритеты таких параметров как;
– основной поток;
– прием и посылка по IP;
– операторский интерфейс;
– обмен с УСО через драйвер;
– обмен с УСО через MODBUS;
– OPC и DDE обмен и т.д.
SCADA TRACE MODE располагает системой автоматической синхронизации сетевого времени, что позволяет однозначно привязывать технологические события в распределенной системе к временной шкале.
Возможно, осуществлять ON LINE редактирование проекта (добавлять или изменять формы отображения информации, не прерывая работы в реальном времени). Также в реальном времени, возможно, добавлять или убирать «перья» графиков изменения параметров, осуществлять перепривязку, менять цвет и стиль линии.
Система управления тревогами МРВ обеспечивает автоматическое генерирование аналоговых (отклонение величины от заданной), цифровых (изменение состояния), составных (сочетание нескольких событий) и генерируемых пользователем алармов. Все алармы разбиваются по приоритетам и записываются в отчет тревог.
Выделенный сервер документирования
Глобальный сервер документирования TRACE MODE® предназначен для подготовки документов в распределенных информационных системах (АСУ ТП или АСУП), включающих как узлы TRACE MODE и T–Factory, так и иные приложения (SCADA, контроллеры, СУБД, MES–, EAM– и ERP–системы и т.д.).
В отличие от TRACE MODE МРВ с генератором отчетов (ДокМРВ+), Глобальный сервер документирования устанавливается на выделенном ПК. Он может получать информацию с неограниченного числа ПК, контроллеров и генерировать документы произвольной формы по неограниченному числу шаблонов и сценариев, задаваемых в Интегрированной системе разработки TRACE MODE.
Подготовленные документы можно сохранять на диске в формате HTML с возможностью вывода на печать.
Для повышения надежности работы АСУ ТП или АСУП, использующих Глобальный сервер документирования, можно осуществлять резервирование серверов. Функция автоматического горячего резервирования встроена в сервер документирования Double Force.
Выделенный сервер промышленной СУБД РВ SIAD/SQL 6
Мониторы реального времени+ (МРВ+) SCADA TRACE MODE 6 располагают встроенной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL 6. Однако, ведение исторического архива на ПК, где работает МРВ+ не всегда целесообразно. В случае, если:
– МРВ+ обрабатывает большое число каналов;
– HMI–консоль перегружена графическими функциями;
– в системе предъявляются повышенные требования к безопасности данных о процессе (необходима физическая изоляция сервера СУБД РВ);
– требуется снять нагрузку с МРВ+ для ускорения временных показателей АСУТП;
то рекомендуется создавать выделенный сервер СУБД РВ SIAD/SQL 6 на отдельном ПК. Этот архив является общим для всего проекта. В него через сеть могут сохранять данные все узлы проекта. Управление операциями с глобальным архивом осуществляет выделенный сервер исторического архива – Глобальный регистратор.
Сервер СУБД РВ SIAD/SQL™ 6 ведет динамическую оптимизацию записываемой информации, позволяющую на порядок уменьшить объем архива.
Запись архивных данных ведется одновременно в 3 файла СУБД РВ SIAD/SQL™ 6. Еще один архив зарезервирован для системных нужд. Благодаря гибкой системе настройки параметров архивации TRACE MODE®, в один файл СУБД РВ можно, например, сохранять историю «быстрых» параметров технологического процесса с максимальной степенью детализации за сутки / неделю, а в другой – «медленные» сводные данные о работе цеха за несколько лет.
Такой метод разделения на «быстрый» и «медленный» архивы существенно экономит ресурсы по сравнению вариантом «один параметр – одна таблица – один файл», который часто встречается в других SCADA–системах. В сочетании с высокой скоростью сохранения, которая на 2–3 порядка превосходит аналогичные показатели более «тяжелых» реляционных СУБД, SIAD/SQL™ 6 обеспечивает максимальную эффективность хранения и надежность исторического архива.
Горячее резервирование серверов реального времени и SIAD/SQL
TRACE MODE® 6 располагает развитыми средствами повышения надежности SCADA–комплекса, путем резервирования их компонентов. В TRACE MODE можно резервировать контроллеры, серверы, клиенты и архивы данных и их отдельные компоненты.
Данные из контроллеров могут поступать в серверы TRACE MODE® по резервированной линии передачи данных. Для этого в SCADA системе TRACE MODE® предусмотрена поддержка нескольких сетевых адаптеров. Она подразумевает автоматическое переключение сервера на резервный сетевой адаптер в реальном времени в случае отказа или обрыва линии основного адаптера.
Для повышения надежности и отказоустойчивости распределенных систем в TRACE MODE предусмотрено горячее резервирование серверов АСУТП – мониторов реального времени и серверов архива. В SCADA системе TRACE MODE® 6 реализован ряд функций автоматического дублирования и троирования серверов:
– процедура автопостроения для автоматического создания базы каналов резервных узлов в инструментальной системе TRACE MODE® 6;
– автоматическая синхронизация данных реального времени между основным и резервным серверами;
– автоматическое переключение потоков данных на резервный сервер TRACE MODE® 6 в случае отказа основного;
– автоматическое определение статуса сервера «основной» или «резервный» при старте системы и автоматическое разрешение конфликтов статуса при восстановлении основного сервера после сбоя;
– протоколирование всех сбоев и переключений на резервные серверы.
Микро TRACE MODE – исполнительные модули для контроллеров
Непосредственное цифровое управление технологическим процессом в промышленных контроллерах или устройствах телемеханики осуществляется при помощи Микро TRACE MODE 6. В состав Micro TRACE MODE входят исполнительные модули реального времени – Микро МРВ, которые устанавливаются в контроллере и исполняют проект, созданный в интегрированной среде разработки.
Микро МРВ обладает следующей функциональностью:
– сбор информации с плат УСО, через RS при помощи встроенных драйверов;
– первичная обработка информации с объекта (фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.);
– привязка событий ко времени;
– непосредственное цифровое регулирование и управление процессом;
– обмен с ПК по сети TCP/IP;
– обмен с ПК по RS (M–LINK);
– ведение локального архива с возможностью его «подъема» на операторский ПК;
– ведение дампа для безударного рестарта;
– поддержка сторожевого таймера.
Существуют версии Микро МРВ, поддерживающие обмен с ПК через GSM–интерфейс, коммутируемую телефонную сеть, а также с адаптивной настройкой регуляторов. Для обеспечения высокой надежности АСУТП на базе Микро МРВ выпускаются Микро МРВ с горячим резервированием: дублированием и троированием.
Клиентские модули SCADA/HMI TRACE MODE 6
Программа NetLink Light является клиентским модулем SCADA–системы TRACE MODE 6. Он представляет собой графическую HMI–консоль, визуализирующую данные, поступающие с серверов реального времени SCADA TRACE MODE через любой из интерфейсов, поддерживаемый в TRACE MODE (сеть TCP/IP, RS 232/485, модем по выделенной и коммутируемой линии, GSM SMS). Консоль NetLink Light это простое, но вместе с тем гибкое средство создания дополнительных автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов в распределенной АСУТП на базе TRACE MODE 6.
Основные функции NetLink Light таковы:
– прием данных реального времени от серверов TRACE MODE, т.е. от МРВ, МРВ+ или его разновидностей, а также от глобального регистратора и SOFTLOGIC контроллеров под управлением Микро МРВ;
– обработка полученных данных с помощью программ на языках стандарта IEC 61131–3;
– визуализация технологического процесса на мнемосхемах и графиках изменения параметров (HMI);
– визуализация архивных данных SIAD/SQL 6 или из реляционных СУБД;
– супервизорное управление через серверы TRACE MODE.
Одна консоль NetLink Light 6 может работать одновременно с несколькими серверами TRACE MODE 6, поэтому мнемосхемы NetLink Light 6 могут отображать информацию, полученную от разных МРВ, МРВ+ и Микро МРВ. К одному серверу TRACE MODE можно подключать произвольное количество графических консолей. Графика консоли NetLink Light 6 работает независимо от графики операторского интерфейса на серверах TRACE MODE и на других консолях. Даже, если для них были использованы одни и те же шаблоны экранов, операторы на разных АРМ могут работать с ними независимо. На консолях можно запускать программы, работающие независимо от программ серверов.
NetLink Light обладает функцией автоматического переключения на резервный сервер. В случае использования резервированных серверов SCADA (Double Force МРВ, Глобальный регистратор дублированный) при потере связи с основным сервером клиент NetLink Light автоматически переключается на его резерв. При этом не происходит ни потерь информации, ни нарушения «гладкости» графиков изменения параметров.
Исполнительные модули TRACE MODE 6 для дистанционного управления процессом (телемеханика)
SCADA TRACE MODE 6 может быть эффективно использована в системах телемеханики на основе следующих интерфейсов:
– выделенная телефонная линия (модем);
– радиоканал;
– коммутируемая телефонная линия;
– Wi–Fi;
– сотовая связь стандарта GSM.
Первые четыре интерфейса поддерживаются обычными серверами SCADA TRACE MODE – Мониторами реального времени. Для создания телемеханических систем на основе сотовых сетей стандарта GSM используется GSM–МРВ+.
Для работы МРВ и GSM–МРВ+ в системах телемеханики на удаленных контроллерах (RTU) должны быть инсталлированы исполнительные модули TRACE MODE класса SOFTLOGIC – Микро TRACE MODE, Микро TRACE MODE Модем +, Микро TRACE MODE GSM+ соответственно. Подобная конфигурация программных средств обеспечивает следующие функции, необходимые для эффективной работы территориально–распределенной системы:
– получение информации с удаленных контроллеров (RTU) на операторские ПК. Графическая визуализация на мнемосхемах SCADA;
– телеуправление процессом по команде оператора;
– локальное регулирование процесса удаленными RTU;
– контроль доставки каждого сообщения;
– привязка времени событий по часам в RTU и «подъем» времени в серверы SCADA;
– ведение локального архива (дампа) параметров в RTU и периодическая передача данных в серверы SCADA;
– ведение централизованного архива параметров на ПК SCADA;
– контроль и управление тревогами;
– анализ графика изменения параметров;
– временная синхронизация всех узлов SCADA телемеханической системы с возможностью привязки к эталонному времени;
– обеспечение свободных линий для аварийного управления удаленными контроллерами (RTU).
Для обеспечения надежной передачи данных в телемеханических системах в TRACE MODE встроен специальный помехоустойчивый телекоммуникационных протокол M–LINK CRC.
В обычном режиме SCADA–сервер МРВ+ ведет циклический обзвон RTU, работающих под управлением Микро TRACE MODE Модем +, скачивает накопившиеся данные из локальных архивов RTU, обрабатывает их и добавляет в SIAD/SQL, классифицируя по времени, зафиксированном RTU. SCADA–сервер также анализирует аварийные ситуации и в случае их обнаружения может переходить в аварийный режим с захватом удаленного узла. Захват узла требуется для устранения аварии, осуществляемое в приоритетном порядке диспетчером SCADA. Существуют версии МРВ+ с автоматическим горячим резервированием SCADA–серверов, применяемые для повышения надежности работы телемеханических систем.
GSM–МРВ+ осуществляет автоматический прием данных с удаленных контроллеров, работающих под управлением Микро TRACE MODE GSM+, с удаленных МРВ (серверов SCADA), либо с сотовых телефонов и передает эти данные серверу реального времени – МРВ для обработки и графической визуализации на HMI. Данные передаются в формате SMS–сообщений или путем прямого соединения через GSM–модем. Число удаленных контроллеров, серверов SCADA и телефонов не ограничивается. Доставка каждого сообщения контролируется.
GSM–МРВ+ передает отчеты тревог на сотовые телефоны GSM. С сотовых телефонов через GSM–МРВ+ возможно посылать запросы на получение данных реального времени к серверу SCADA – МРВ, либо управляющие команды. Телемеханические системы на базе Micro TRACE MODE GSM+ и GSM–МРВ+ защищены от несанкционированных подключений. В этих программных продуктах осуществляется контроль доступа к серверу по номеру SIM карты, а также контроль разрешенных операций.
3.5. Исполнительные модули T–FACTORY 6 для приложений MES, EAM и HRM
Одновременно с проектом АСУТП в Интегрированной среде разработки можно создать систему АСУП, для комплексной автоматизации бизнес–процессов производственного предприятия, а именно:
– управление исполнением производства (MES);
– управление основными фондами (EAM);
– управление работой персонала (HRM).
Приложения АСУП полностью интегрированы с АСУТП предприятия и может работать на основании данных реального времени.
Сервер T–FACTORY: MES/EAM/HRM
Основным исполнительным модулем для АСУП является Сервер T–FACTORY.exe™. Сервер T–FACTORY.exe™ обеспечивает:
– получение в реальном времени информации MESо состоянии материальных ресурсов, оборудования и персонала предприятия (ручной ввод, АСУТП, СУБД и т.д.);
– получение в реальном времени информации о потреблении энергии;
– формирование производственных заданий MES;
– сетевое планирование производственных заданий MES на неограниченный срок;
– обеспечение документооборота прохождения заданий MES с утверждением стадий ответственным персоналом;
– автоматическое генерирование заказов на материалы и наряды на работы и отправка их исполнителям MES;
– генерирование на основании регламентов EAM заказов на материалы и наряды на работы по техническому обслуживанию и направлять их исполнителям;
– фиксация информации об исполнении производственных заданий и работ MES и EAM;
– контроль соответствия времени и стоимости плановым показателям MES и EAM;
– автоматический расчет материальных и энергетических балансов между элементами технологических цепочек MES;
– расчет в реальном времени себестоимости продукции на каждом технологическом этапе;
– расчет в реальном времени статистических параметров MES и EAM;
– ведение автоматического учета выполненных работ;
– ведение автоматического учета качества выполненных работ;
– передачу MES информации о производстве в реляционные СУБД через SQL;
– накопление MES статистики выполнения работ, загрузки и простоев персонала и оборудования.
Информация реального времени о производственном процессе сохраняется в промышленной СУБД РВ SIAD/SQL 6. Сервер T–FACTORY включает в себя, также, и сервер SIAD/SQL. При желании можно создавать выделенные серверы SIAD/SQL на базе Глобальных регистраторов TRACE MODE 6, а также обеспечивать их горячее резервирование. Информацию о процессе возможно также сохранять в обыкновенных реляционных СУБД.
Отчетная документация MES и EAM для сервера T–FACTORY создается в Сервере документирования.
Консоль T–FACTORY: MES/EAM/HRM
Консоль T–FACTORY является графическим клиентским модулем MES/EAM/HRM–системы TRACE MODE 6. Он производит визуализацию данных, поступающих с серверов T–FACTORY и SCADA TRACE MODE. Консоль T–FACTORY – это простое средство создания дополнительных автоматизированных рабочих мест MES, EAM, HRM для управляющего персонала и исполнителей.
Графические функции Консоли T–FACTORY 6 аналогичны серверным. Одна консоль T–FACTORY 6 может работать одновременно с несколькими серверами. К одному серверу MES/EAM/HRM T–FACTORY 6 можно подключать произвольное количество графических консолей.
Консоль T–FACTORY 6 имеет меньшую цену чем сервер и может применяться для оптимизации затрат на программное обеспечение MES, EAM и HRM.
4. Разработка АСУ ТП системы мониторинга основных параметров жидких сред проходческого комбайна «Ковчег», изготавливаемого на ООО «Юрмаш»
Описание
Применение систем автоматизированного проектирования в процессе проектирования систем дистанционного контроля и управления технологическими процессами предъявляет высокие требования к интеллектуальному уровню, психологической и профессиональной подготовке выпускников, которые должны не только понимать основные принципы работы системы автоматизированного проектирования, но и хорошо знать все ее возможности.
Поиск путей совершенствования качества подготовки специалистов во всех сферах системы образования явился толчком для развития инновационных процессов, которые охватили внедрение новых методов и приемов обучения, создания новых форм организации учебного процесса, применение новых средств обучения, богатейшие возможности которых открываются благодаря научно-техническому прогрессу. Имеется возможность инвариативности, которая позволяет преподавателю выбирать методы и средства обучения. Отличительной особенностью подготовки специалистов IT-технологий является то, что современный IT-рынок развивается очень быстро, изменяя приоритеты и направления. Применение определенных технологий деятельности преподавателя IT-дисциплин, выбор программных сред и систем автоматизированного проектирования — это выбор личных предпочтений преподавателя и важно, чтобы эти предпочтения соответствовали инновационным технологиям в сфере IT.
Структура организации
Связь с входными устройствами — датчиками осуществляется с использованием оборудования для автоматизации ОВЕН через ОРС-сервер, используя последовательный интерфейс RS-485.
OPC (OLE for Process Control) — набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными в системах контроля и управления. OPC технология обеспечивает независимость потребителей от наличия или отсутствия драйверов или протоколов, что позволяет выбирать оборудование и программное обеспечение, наиболее полно отвечающее реальным потребностям. ОРС-серверы позволяют упростить подключение оборудования к современным SCADA-системам, поддерживающим технологию ОРС.
Используемым микроконтроллером является адаптер интерфейсов ОВЕН АС3-М. Предназначенный для взаимного преобразования сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485. Позволяет подключать к промышленной информационной сети RS-485 устройство с интерфейсом RS-232 (персональный компьютер, считыватель штрих-кодов, электронные весы и т. д.)
Структура обмена данными между SCADA-системой и приборами ОВЕН через ОРС-сервер показана на рис. 1.
Рисунок1. Функциональная схема обмена данными между программой SCАDA-системы и оборудованием
