Техническое обеспечение систем управления с управляющей вычислительной машиной

В ноябре 1996 г. фирма Siemens в рамках своей программы Totally Integrated Automation (комплексной автоматизации) впервые представила новую систему управления процессами “Process Control System 7”. Данная система предназначена для управления непрерывными технологическими процессами и сборочными производствами. Названная система базируется на компонентах семейства SIMATIC S7, часть из которых уже более года предлагается на международном рынке. Недавно были разработаны программные пакеты, которые расширяют спектр функций данных компонентов функциями, типичными для систем управления верхнего уровня иерархии. Эти программные пакеты и составляют основу новой системы управления верхнего уровня иерархии PCS7.

При разработке системы SIMATIC “Process Control System 7» в первую очередь надо было решить следующие задачи:

предстояло создать систему, которая позволила бы автоматизировать всю производственную цепочку некоторого технологического оборудования, используя устройства только одного семейства, а значит, - на базе одних и тех же устройств автоматизировать как непрерывные технологические процессы, так и «дискретные» производственные (например, процессы сборки);

визуализацию и контроль процесса осуществлять с помощью средств, имеющих одинаковую пользовательскую оболочку в центральных диспетчерских пунктах и непосредственно около управляемой установки;

всю систему настраивать централизованно посредством ориентированного на промышленный контроллер программного обеспечения, в основе работы которого лежит общая для всей системы база данных;

путем использования компонентов из широкого спектра устройств SIMATIC S7 обеспечить возможность точной масштабируемости конфигурации, что, в свою очередь, позволяет настроить отдельные компоненты на индивидуальные требования каждого процесса управления;

благодаря применению децентрализованных модулей ввода/вывода и интеллектуальных периферийных устройств промышленного назначения в сочетании с системой промышленной коммуникации PROFIBUS DP отражать современные тенденции переноса периферийных модулей как можно ближе к технологическому процессу;

для существующих систем фирмы Siemens таких, как Teleperm М, SIMATIC S5 и SIMATIC PCS. разработать процедуры модернизации, которые позволяют пользователям этих систем постепенно переходить к новой системе при условии продолжения эксплуатации уже инсталлированных компонентов.

С учетом всех перечисленных аспектов была разработана новая система управления верхнего уровня иерархии, структурная схема которой представлена на рисунке. В статье рассматриваются ее важнейшие функции.

Для обработки информации вблизи управляемого процесса используются компоненты семейства SIMATIC S7-400, имеющие различную вычислительную мощность. Каждый из компонентов этого семейства оборудован интегрированным интерфейсом PROFIBUS DP, который предназначен для подключения модулей более низкого уровня иерархии. Данный интерфейс может, например, служить для подключения модулей децентрализованной периферии семейства ЕТ 200 М (спектр этих модулей был расширен для их применения в системах управления непрерывными технологическими процессами). Одновременно со стандартными модулями фирма Siemens предлагает также модули со значительно расширенным диапазоном функций диагностики. Кроме того, в нашем арсенале имеются модули ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов во взрывозащищенном исполнении [класс защиты ЕЕх (i)].

Рисунок 6.1. Связь с другими системами

(Aspen Tech, Cornerstone, Gensym, SAP и т.д.)

При условии использования соответствующей базовой несущей конструкции предусмотрена замена модулей в рабочем режиме.

Помимо этого по данному интерфейсу возможно подключение интеллектуальных подсистем, реализованных, например, на основе контроллеров SIMATIC S7-300. Таким образом, системы обработки информации могут быть еще более приближены к технологическим установкам, что, в свою очередь, позволяет обеспечивать автономность работы отдельных производственных комплексов. И, конечно, по этому интерфейсу могут подключаться все устройства, соответствующие стандарту PROFIBUS DP. Для связи между системами промышленного назначения и удаленными системами управления верхнего уровня иерархии можно также использовать шинные системы стандарта PROFIBUS или Industrial Ethernet. При этом обе сетевые системы позволяют реализовывать конфигурации с резервированием на уровне среды передачи.

Подсистемы визуализации и обслуживания выполняются на базе мощных персональных компьютеров. Для решения задач локального управления в непосредственной близости от технологического процесса с учетом условий окружающей среды могут применяться стандартные персональные компьютеры или панели оператора в соответствующем промышленном исполнении. В центральных диспетчерских пунктах, как правило, используются системы с архитектурой типа клиент - сервер, также реализуемые на базе персональных компьютеров различных модификаций. В качестве операционных систем на этих компьютерах применяются WINDOWS 95 и NT 4.0 фирмы Microsoft, а с середины 1997 г. предлагаются новые системы визуализации и обслуживания, работающие под управлением операционной системы UNIX (новая версия системы SIMATIC PCS).

При создании пользовательских интерфейсов учитывался долголетний практический опыт эксплуатации существующих систем управления верхнего уровня иерархии. Так, экран монитора разделяется на обзорное, рабочее и клавиатурное поля. В поле обзора визуализируются важнейшие сообщения, например групповые аварийные сигналы, оповещения или запросы на обслуживание. Эта информация сортируется по отдельным технологическим установкам. Таким образом, поле обзора служит для быстрой ориентации в текущем состоянии управляемого процесса. Клавиатурное поле содержит функциональные клавиши, которые предназначены для вызова определенных вычислительных процедур, перемещения по иерархии мнемосхем и активизации других функций. Ни обзорное, ни клавиатурное поля не могут перекрываться другими изображениями. Это дает возможность оператору постоянно получать актуальную информацию о состоянии технологического процесса и при помощи функциональных клавиш в любом режиме работы активизировать необходимые функции. Рабочее поле служит для представления информации о технологическом процессе в соответствующей графической форме: в виде динамических мнемосхем, графиков, таблиц или гистограмм. Создание и динамизация этих изображений осуществляются с использованием интегрированного редактора, хотя визуализация может проводиться и в стандартных, поставляемых с Microsoft Windows инструментальных средствах (при этом необходимо установить связь между переменными процесса и соответствующими приложениями). В дополнение к этому на экран монитора может выводиться видеоизображение, например от контрольных камер.

Доступ к системе визуализации и обслуживания обеспечивается путем ввода пароля или альтернативно при помощи опционального считывателя магнитных карт. Соответствующие права доступа могут определяться индивидуально для каждого оператора и для каждой части технологической установки. Права доступа подразделяются на несколько степеней. Такие возможности позволяют решать самые сложные задачи в достижении безопасности (например, в фармакологической промышленности). Для среднего по времени хранения значений переменных процесса, сообщений и другой информации служит реляционная база данных, содержание которой может циклически или в зависимости от определенных событий в системе архивироваться для долгосрочного хранения и записываться на внешние носители данных. Кроме того, все эти данные могут импортироваться в другие приложения посредством стандартных интерфейсов фирмы Microsoft:

DDE, OLE и ODBC on-line. Коммуникационные интерфейсы к системам управления верхнего уровня иерархии, таким, например, как SAP R3 или Gensym G2, в настоящее время разрабатываются.

Затраты на инжиниринговые работы - важнейший фактор при рассмотрении рентабельности системы технологического управления верхнего уровня иерархии. Поэтому при разработке инструментальных инжиниринговых средств особое внимание обращали на простоту и эффективность их применения. Новая система инжиниринга существенно упрощает процесс планирования и, таким образом, вносит значительный вклад в сокращение затрат. Генерация программ осуществляется на базе стандарта IEC 1131с широким использованием графических средств. Все структурные данные системы хранятся в единой базе данных, что позволяет исключить двойной ввод одной и той же информации.

Функциональное разделение технологического процесса на подсистемы может однозначно отображаться в инжиниринговой системе. Отдельные PLT обрабатываются в CFC (Continuous Function Chart) и SFC (Sequential Function Chart), при этом широкое применение находит обширная библиотека уже имеющихся функциональных блоков. Интеллектуальные функции импортирования и экспортирования данных дают возможность использовать данные, генерируемые системами предварительного проектирования (например, САЕ). При этом возможна автоматическая генерация программного обеспечения PLS на основе типичных конфигураций. Поставляемые в стандартном пакете библиотеки могут дополняться пользователем его собственными функциональными блоками, которые создаются при помощи языка Structured Text (IEC 1131) и транслируются стандартным компилятором.

Графические редакторы (CFC и SFC) служат, кроме того, в качестве средств тестирования и ввода в эксплуатацию. При этом тестируемые конфигурации связываются в режиме on-line с соответствующими компонентами и им циклически передаются визуализируемые параметры и сигналы. Это позволяет существенно упростить диагностику текущего состояния системы и оценивание внесенных в нее изменений. Представление SFC может, кроме того, экспортироваться в систему визуализации обслуживания и использоваться в ней в режиме on-line.

Все аппаратное обеспечение систем управления верхнего уровня иерархии также проектируется в рамках системы инжиниринга. Необходимые компоненты выбираются по технологии “drag and drop” из интерактивного каталога и помещаются в необходимое место в конфигурации. Корректность создаваемой конфигурации автоматически проверяется системой. Специальные параметры компонентов настраиваются в соответствующих интерактивных диалоговых масках. Все установки системы контролируются системой инжиниринга, документируются и загружаются в соответствующие компоненты.

Для автоматизации технологических процессов, требующих применения разнообразных рецептур, предлагается программный пакет Batch flexible. В первой версии он позволяет определять и управлять каждой частью технологической установки двухступенчатыми рецептурами в соответствии со стандартом ISA SP 88. Управление осуществляется со станции визуализации обслуживания. При этом данные процесса сохраняются для каждой серии продукции. Возможна также генерация протоколов каждой серии продукции. Программный пакет дополняется инструментальными средствами планирования серий. В последующих версиях спектр функций программного пакета будет расширен N-ступенчатыми и нейтральными по отношению к отдельным частям технологической установки рецептурами.

Размещено на Allbest.ru