Программное обеспечение систем управления

Согласно традиционной структуре аппаратных средств АСУ 'I'П, SCADA-системы в иерархии программного обеспечения систем промышленной автоматизации обеспечивают выполнение следующих основных функций.

1. Прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков.

2. Сохранение принятой информации в архивах.

3. Вторичная обработка принятой информации.

4. Графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме.

5. Прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов.

6. Регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала, ответственного за эксплуатацию и обслуживание системы.

7. Оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях.

8. Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации.

9. Обмен информацией с автоматизированной системой управления предприятием (или, как ее принято называть сейчас, комплексной информационной системой).

10.Непосредственное автоматическое управление технологическим про- цессом в соответствии с заданными алгоритмами.

Если попытаться коротко охарактеризовать основные функции, то можно сказать, что SCADA-систсма собирает информацию о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с оператором, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом в том объеме, в котором это необходимо.

Приведенный здесь перечень функций, выполняемых SCADA-системами, не претендует на абсолютную полноту.

Более того, само наличие некоторых функций и объем их реализации сильно варьируются от системы к системе. Часто программное обеспечение с ярко выраженным упором на функции взаимодействия с оператором (визуализация и т.п.) называют пакетами MMI (Man Machine Interface), или HMI (Human Machine Interface).

На такой функции, как автоматическое управление, стоит задержать наше внимание. Хотя практически все известные инструментальные SCADA-системы обеспечивают возможность непосредственного автоматического управления технологическим процессом, разработчику АСУ ТП следует на этапе проектирования тщательно продумать целесообразность совмещения функций автоматического управления и операторского интерфейса на одном компьютере. Хотя такое совмещение позволяет экономить на аппаратных средствах, оно может иметь и ряд негативных последствий.

Во-первых, может оказаться, что операционная система операторской станции (в настоящее время наиболее популярна Windows) не обеспечивает необходимую для конкретного технологического процесса скорость и/или детерминированность реакции SCADA-системы.

Во-вторых, неумелые действия оператора или запуск им несанкционированного программного обеспечения может вызвать полный "крах" и "зависание" операторской станции. Хотя некоторые расширения реального времени для Windows NT декларируют защиту от подобного рода неприятностей, это справедливо только до тех пор, пока "крахом" не задета система управления памятыо. Но даже при "мягком зависании" повторный "горячий" рестарт компьютера весьма проблематичен, а рука оператора при виде "голубого экрана" Windows инстинктивно тянется к кнопке Reset, против которой любые расширения реального времени бессильны.

Разумеется, существует довольно большой класс инерционных систем (типа системы управления температурой воздуха в теплице), где несколько минут, потраченных на перезапуск управляющего компьютера, не приводят к сколько-нибудь заметным негативным последствиям. Для такого рода систем решение типа "все в одном компьютере" при надлежащей страховке сторожевым таймером может оказаться вполне допустимым.

Очевидно, что перечисленные ранее функции могут выполняться прикладной программой (набором прикладных программ), разработанной на практически любом языке высокого уровня общего назначения. Причем по быстродействию, ресурсоемкости и другим показателям эффективности программного обеспечения такая программа может даже опережать аналогичное ПО, созданное с помощью специализированных инструментальных SCADA-систем.

При решении вопроса о том, писать программное обеспечение самостоятельно или использовать для этого инструментальную SCADA-систему. следует предварительно ответить на следующие вопросы.

Насколько велик проект?

Каковы сроки исполнения?

Сколько человек будет задействовано в создании программной части, какова квалификация разработчиков программного обеспечения и имеют ли они наработки в данной области?

Какова перспектива дальнейшего развития системы (в частности, по информационной емкости, по модернизации имеющихся рабочих мест оператора и добавлению новых)?

Каково количество и квалификация персонала, который будет обслуживать систему в процессе эксплуатации, в том числе вносить изменения в алгоритмы ее работы?

В принципе, ответы на эти вопросы и оценка затрат по пунктам 3,4,5 в большинстве случаев позволяют сказать, на чем писать математику для верхнего уровня АСУ ТП. Хотелось бы подчеркнуть, что SCADA-системы являются прежде всего инструментом для эффективной разработки программного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП. Так что не следует верить поставщикам SCADA-пакетов, которые утверждают, что после покупки их продукта пользователю совершенно не придется привлекать квалифицированных специалистов в области программирования.

В тоже время в большинстве случаев SCADA-системы действительно позволяют значительно ускорить процесс создания ПО верхнего уровня АСУ ТП, не требуя при этом от разработчика знаний современных процедурных языков программирования общего назначения. Не секрет, что в тонкостях автоматизируемого технологического процесса разбирается только технолог или другой представитель технологического персонала, как правило, не обладающий навыками программирования. SCADA-система должна быть доступной не только для разработчика, но и для конечного пользователя создаваемой АСУ ТП, поскольку облик системы определяется и может подвергаться изменениям как разработчиком, так и пользователем.

Помимо доступности, SCADA-системе должна быть присуща максимальная открытость. Очень часто SCADA-системы имеют весьма специфические механизмы обмена данными с аппаратурой ввода-вывода. Более того, ряд SCADA-систем имеет встроенную поддержку устройств ввода-вывода, что, с одной стороны, ограничивает разработчика/пользователя в выборе технических средств, на базе которых строится система, а с другой стороны, весьма затрудняет реализацию поддержки как имеющихся на объекте контроллеров и устройств связи с объектом, так и вновь появляющихся серий и моделей контроллеров и устройств.

Есть еще один неприятный момент, когда поддержка аппаратуры встроена в SCADA-систему. Речь идет о том, что производители SCADA-системы, которым приходится самостоятельно писать драйверы для различных типов аппаратуры, весьма редко могут качественно разработать драйвер, который бы поддерживал все функциональные возможности обслуживаемых технических средств. Кроме того, в подобных драйверах, в силу отсутствия возможности углубленного тестирования, встречаются досадные ошибки, которые выявляются на этапе разработки проекта или, что еще хуже, в процессе эксплуатации системы заказчиком. В результате огромные усилия тратятся на исправление ошибок и разработку новых драйверов, тогда как по-настоящему эффективный и практически свободный от ошибок драйвер может быть написан только самим производителем аппаратуры. Очевидно, что производитель SCADA-пакета должен в первую очередь своевременно устранять ошибки и улучшать функциональность самого SCADA-пакета.

Умеренная ценя н эффективное использование вложенных средств - стоимость системы, затраты на освоение и стоимость работ по созданию, сопровождению и развитию АСУ ТП должны быть минимальными. При прочих равных условиях данное требование является наиболее существенным и, пожалуй, решающим при выборе SCADA-снстемы. Разработчики SCADA-систем всегда стараются извлечь максимальную выгоду из продаж своего продукта (что вполне понятно), строя свой бизнес на продажах систем исполнения (run-time) и множества различных функционально завершенных компонентов, платном обучении. платных обновлениях и платном сопровождении. При этом задача менеджера фирмы-системного интегратора или группы АСУ TTI предприятия, отвечающего за выбор способа и инструментов разработки программного обеспечения, состоит в оценке предположительных временных и финансовых затрат на разработку, сопровождение и последующее развитие создаваемой АСУ ТП при использовании различных инструментов разработки.

Следует обратить внимание еще на один момент. В приведенных ранее рассуждениях отсутствуют какие-либо упоминания об операционных системах, под управлением которых может выполняться программное обеспечение сбора данных и оперативного диспетчерского управления. Уже несколько лет в различных изданиях, посвященных автоматизации промышленности, обсуждение тех или иных SCADA-систем сводится к рассуждениям о том, насколько плоха операционная система DOS, ненадежна Windows, хороша QNX или OS-9. Хотелось бы отметить, что требования к параметрам операционной системы должны определяться прикладной задачей. В случае программного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП также следует учитывать то, что неотъемлемой частью системы здесь является человек, время реакции которого на события недетерминировано и зачастую достаточно велико. Кроме того нельзя не учитывать тенденции развития мирового рынка программного обеспечения.



8. Программные продукты от фирмы GE FANUC

Программное обеспечение CIMPLICITY HMI

Пакет CIMPLICITY HMI разработан в целях использования архитектуры клиент-сервер для Windows'95 и относится к семейству уже применяемых для UNIX систем CIMPLICITY. Благодаря ПО CIMPLICITY возможны быстрая разработка приложения, уменьшение её стоимости и повышение конкурентоспособности системы.

Динамическая графика

Графика CIMPLICITY с возможностью использования 16 млн. цветов, масштабируемыми фронтами и анимацией позволяет создавать динамические экраны, представляющие производственный процесс с помощью панели инструментов можно выравнивать, вращать, изменять контуры, рисовать и создавать группы объектов, редактировать, копировать и стирать данные. Программное обеспечение CIMPLICITY HMI предоставляет различные объекты и контуры, а также библиотеку графических объектов для различных отраслей промышленности.

Посредством панели навигации поддерживается анимация объекта, который может вращаться, двигаться, изменять цвет и объем заполнения, геометрию объекта, его масштаб и т.д.

Графика CIMPLICITY HMI поддерживает OLE и ОСХ, Object Linking и Embedding, стандарты Microsoft. Можно включить в графические экраны следующие приложения:

таблицы и графики из Excel;

рапорта из баз данных (БД) SQL или ACCESS;

картинки bitmap;

видео- и аудиоклипы;

графики, сигналы тревог (алармы) и другое, взятое из приложений пакета CIMPLICITY HMI.

Импорт метафайлов позволяет получать объект из AutoCAD и PowerPoint, который затем удается анимироватъ.

Генерация и упрощение ширмами

Фирма GE Fanuc создала инструмент управления алармами. Он представляет собой объект OLE. Окно алармов можно настраивать и встраивать в графический экран. Пользователь выбирает информацию об алармах, которую необходимо видеть оператору. Предусмотрено изменение фонтов, размеров окна, стилей и текстов алармов и т.д.

Система "трендов" для промышленных объектов

Просто и быстро анализировать собранные параметры - важная характеристика системы управления и мониторинга. Модуль трендов является объектом управления ОСХ и может быть встроен в графический экран. В отличие от других пакетов НМI в данном модуле не ограничено число графиков на один объект тренда. Кроме того, один модуль трендов может иметь сразу несколько одновременных источников поступления информации, включая текущие данные, данные, собранные в предыдущий раз, и данные, сохраненные в файле. Для каждого графика предусмотрен свой масштаб. Возможность изменять конфигурацию трендов в момент работы модуля исполнения делает этот модуль еще более привлекательным для инженера.

Модуль Basic Control позволяет интегрировать язык Visual Basic в CIMPLICITY HMI для написания собственных программных модулей. Пользователь может создавать блохи программ, базирующихся на системных событиях, алармах, переменных из БД или конкретных действиях оператора. С помощью создания модулей на Visual Basic можно быстро разработать свой интерфейс к конкретной задаче.

Пакет CIMPLICITY HMI поддерживает обмен с БД через ODBC.

Панель управления предоставляет список переменных с возможностью получения динамической информации об их значениях и о статусе алармов. Панель управления переменными дает возможность:

просматривать и устанавливать локальные и удаленные переменные;

разрешать и запрещать генерацию алармов.

С помощью панели управления переменными можно их фильтровать и сортировать в зависимости от имени, устройства поступления, ресурсов, ассоциированных с переменной, и т.д.

Модуль рецептов позволяет создавать, загружать н выполнять рецепты для производственного процесса.

Модуль SPC представляет собой набор инструментов, позволяющий контролировать качество продукции. Каким образом удается улучшить его?

Для этого необходимо реализовать следующую программу:

измерение - надо собрать большое количество точных данных для реализации статистического анализа;

статистический анализ, помогающий принять решение об изменении тех или иных параметров процесса;

изменение параметров процесса;

контроль - мониторинг процесса и сбор новых данных.

Изложенную программу позволяют реализовать, ПО CIMPLICITY HMI и модуль SPC.

Анализ исторических данных дает возможность анализа, представления и модификации массивов с последующими вычислениями. Таким образом, отпадает необходимость в написании собственных программ для анализа. Модуль анализа исторических данных также может передавать данные в CIMPLICITY HMI, где они представляются в удобном для оператора виде.

Модуль WebGateway обеспечивает доступ к данным из CIMPLICITY HMI через Internet Этот модуль позволяет создать Web-документ (в стандартном html формате), который содержат необходимые данные, включи их графическое представление в виде bitmap или динамических окон ActiveX.

Доступ в реальном времени к наиболее важной информации

Поскольку интеграция данных очень важна для процесса автоматизации, пакет CIMPLICITY HMI разработан таким образом, чтобы получить все преимущества от быстродействующего сбора и передачи информации. Основываясь на 20-летнем опыте, фирма GE Fanuc обеспечивает стратегию передачи данных как в рамках одного компьютера (от задачи к задаче), так и по сети от одного компьютера к другому. Архитектура клиент-сервер позволяет решить эту задачу оптимально.

В пакете CIMPLICITY HMI предусмотрено горячее резервирование, что дает возможность автоматически переключаться с первичной системы на вторичную в случае отказа. При резервирований пользователь не просто оперирует с двумя системами. Используя резервирование для Ethernet и подключая систему к контроллеру, он параллельно собирает данные сразу на две системы. Переменные, алармы и другие параметры сохраняются синхронно в двух системах, тем самым уменьшается время реакции на отказ системы.

Программное обеспечение CIMPLICITY Control

Созданное для работы с Windows, CIMPLICITY Control является ПО, служащим для программирования логических контроллеров фирмы GE Fanuc. Оно позволяет значительно снизить время разработки проекта и затраты, программировать контроллеры Series 90-70 и 90-30, используя "релейные диаграммы" или шаговые блоки, и совместимо со стандартом IEC 1131-3, допускает работу через TCP/IP Ethernet и сеть Genius. Кроме того, важно, что CIMPCICTTY Control полностью интегрировано с пакетом мониторинга CIMPLICITY HMI. Это позволяет иметь одну БД для переменных контроллера и ПО HMI. Разработчик получает возможность быстрого создания проекта и более надежного контроля над ним. Предусмотрена редакция данных в режиме on-line, при этом они автоматически передаются в другую задачу. Программа контроллера и ПО HMI могут обмениваться с контроллером по одной линии передачи информации, экономя таким образом оборудование.

Пакет CIMPLICITY Control позволяет выполнить задачу конфигурации контроллера очень легко, представляя в графическом виде состояние контроллера, блока питания и других его модулей.

Инструмент интегратора

Инструмент интегратора содержит три основных компонента, которые дают возможность расширить функции ПО от фирмы GE Fanuc.

Инструмент разработки драйверов предоставляет интерфейс к модулю разработки и исполнения пакета CIMPLICITY HMI. Пользователь может разрабатывать свои драйверы для любых контроллеров и интегрировать их с этим пакетом.

Модуль АPI управления переменными обеспечивает всем необходимым для доступа к переменным БД модуля исполнения CIMPLICITY HMI из своей задачи. Кроме доступа к значениям переменных из БД можно получать также следующую информацию о них:

значение переменных только при изменении;

сведения о состоянии алармов для данной переменной;

значение переменной через заданное время.

Модуль позволяет устанавливать значения переменой.

Модуль API управления алармами предоставляет доступ к состоянию алармов модуля исполнения CMPLIC1TY HMI из своей задачи.

8.1 Программное обеспечение CIMPLICITY PC Control

Сегодня можно воспользоваться растущей производительностью персональных компьютеров (ПК); а такое полностью интегрировать задачу управления в ПК. Программное обеспечение CIMPLICITY PC Control работает под управлением Windows NT и соответствует стандарту IEC 1131-3. Оно состоит из модулей редактирования программ и исполнения. Модуль исполнения позволяет управлять каналами ввода/вывода через платы интерфейса ПК с различными промышленными сетями (Genius, Profibus и т.д.).

8.2 Методика сравнительного анализа SCADA-систем

На мировом рынке систем управления технологическими процессами идет жесткая конкурентная борьба между фирмами-разработчиками программного обеспечения (ПО) для систем автоматизации.

Выбор наиболее приемлемого для конкретного заказчика варианта системы мониторинга и управления технологическими процессами (SCADA-снстсмы) при автоматизации производства представляет собой достаточно сложную многокритериальную задачу, решением которой является компромисс между стоимостью, техническим уровнем, надежностью, комфортностью, затратами на сервисное обслуживание, полнотой ПО и т.д.

В функции SCADA-системы входят: сбор данных от контроллеров; первичная обработка и архивация данных; представление динамичных мнемосхем объекта и трендов измеряемых величии; сообщение о неисправностях и об авариях; печать протоколов и отчетов; ввод в систему команд операторов; связь с другими пультами операторов; решение прикладных задач на базе текущих данных.

Существенно влияют на выбор SCADA-системы такие свойства объекта автоматизации, как его тип, мощность, динамичность; учет дальнейшего распространения SCADA-системы на другие объекты автоматизации; класс систем автоматизации, контроль и учет; имеющаяся платформа; число и расположение пультов операторов; число и типы контроллеров; имеющаяся сетевая архитектура; число измеряемых величин на каждый пульт; необходимость обработки измерительной информации; надежность.

Различные SCADA-системы отличаются друг от друга такими параметрами, как мощность векторной графики; особенности построения графиков, трендов; формат экспорта и импорта изображений; возможность работы с мультимедиа; тиражирование изображений; проектирование первичной обработки данных; написание пользователем программ; особенности отладки отдельных программ (эмуляция); возможность эмуляции объекта автоматизации; обучаемость персонала; открытость протоколов связи с контроллерами и сетями; наличие интерфейса с базами данных и электронными таблицами; перечень имеющихся драйверов к контроллерам; полнота документации; особенности сопровождения; цена базового комплекта.

Методика сравнительного анализа состоит в иерархической декомпозиции проблемы выбора SCADA-системы на все более простые составные части и дальнейшей обработке последовательности суждений лица, принимающего решение (ЛПР) по парным сравнениям.

В общем случае иерархическая модель для выбора SCADA-системы может быть представлена следующим образом: иерархия исходит из фокуса (глобальной цели) к критериям, потом к подкритериям и, наконец, к альтернативам, из которых нужно сделать выбор.

Иерархическая структура считается полной, если каждый элемент заданного уровня функционирует как критерий для всех элементов нижестоящего уровня. В противном случае иерархия неполная.

После иерархического или сетевого воспроизведения проблемы устанавливаются приоритеты критериев, оцениваются альтернативы по ним и выявляется самая важная.

Методика сравнительного анализа использует специальное ПО, разработанное в "Интелсист".

Пример. Предположим, что перед экспертами стоит проблема выбора среди предлагаемых SCADA-систем и эксперты хотят сравнить между собой три SCADA-сястемы. В данном случае глобальная цель задачи - выбор SCADA-системы; критерии - требования, которым должна удовлетворять последняя; альтернативы - SCADA 1,2,3(см. рис.5.10).

Рисунок 5.13.

Экспертам нужно учесть относительную важность критериев на втором уровне иерархии: цена; надежность; удобство работы; обмен данными.

На первом шаге эксперты оценивают значимость критериев по их парным сравнениям между собой. Им нужно ответить примерно на следующие вопросы: на сколько цена SCADA-системы больше влияет на её выбор, чем её надёжность, удобство работы персонала, обмен данными?

Для ответа на поставленные вопросы экспертам предлагается девятибальная вербальная шкала относительной важности (см. таблицу).

После ответа на вопросы система рассчитывает приоритеты критериев в численном и графическом виде (графики выдаются как гистограммы). Самым значительным (влияющим на выбор) критерием может оказаться, например, цена или надежность.

Качественная оценка	Определение
Одинаковая значимость	Два действия вносят одинаковый вклад в достижение цели
Слабая значимость	Опыт и суждения отдают легкое предпочтение одному действию перед другим
Существенная или сильная значимость	То же, сильное
Очень сильная или очевидная значимость	Предпочтение одного действия перед другим очень сильно. Его превосходство практически явное
Абсолютная значимость	Свидетельства в пользу предпочтения одного действия другому в высшей степени убедительны
Промежуточные значения между соседними значениями шкалы	Ситуация, когда необходимо компромиссное решение

Отличительной чертой предложенной методики является то, что при этом также выдаётся согласованность суждений экспертов, что увеличивает достоверность результатов экспертизы. Если полученное отношение согласованности больше 10%, то экспертам следует пересмотреть свои суждения.

Далее необходимо оценить SCADA-системы по всем перечисленным критериям. Для этого экспертам нужно ответить на ряд вопросов, в частности:

на сколько SCADA 1 дешевле, чем SCADA 2?

на сколько SCADA 2 надежнее, чем SCADA 3?

на сколько в SCADA 1 удобнее работать, чем в SCADA 2?

на сколько в SCADA 3 обмен данными лучше, чем в SCADA 1?

Система рассчитывает локальные приоритеты SCADA-систем по каждому из критериев: ценам, надежности, удобству работы, обмену данными и т.п.

Затем рассчитываются и выдаются на экран глобальные приоритеты SCADA-систем. При этом для суждений по каждому из критериев выводится значение согласованности, а затем - общая согласованность для всей иерархии.

Каждый из критериев может быть разбит на подкритерии.

Например, критерий "цена" можно разбить на подкритерии: цена полного комплекта; наличие более дешёвых (простых, облегченных) версий и отдельных мониторов архива, мониторов реального времени (Runtime); возможность приобретения обновленных версий (Upgrade).

Критерий "надежность" может быть разбит на следующие подкритерии: год выпуска (число проработанных лет); число продаж (инсталляций) и внедренных инсталляций; отсутствие отказов (рекламаций) в работе.

Критерии "удобство в работе" можно разбить на подкритерии: наличие стандартных изображений (Wizards); удобство работы с редакторами; наличие объемной "красивой" графики; удобство математического описания (формул, законов, языков программирования).

Критерий "обмен данными" разбивается на подкритерии: многоканальность, число входов/выходов; возможность математического описания (написание пользовательских программ для законов управления н преобразования сигналов); число драйверов, возможность их описания; многоплатформность.

В свою очередь, рассмотренные подкритерии могут быть представлены дополнительной иерархией до тех пор, пока у эксперта по данной проблеме имеются знания.

Эта система позволяет пользователю выбрать SCADA-систему, которая в надлежащей степени удовлетворяет всем его требованиям с учетом их значимости. Пользователь может прервать работу, записать данные в отдельный файл, а затем начать ее с прерванного места. Закончив работу, пользователь может записать информацию, а затем просматривать её.

Рассмотренная методика является замкнутой логической конструкцией, обеспечивающей с помощью простых правил анализ сложных проблем во всем их разнообразии и приводящей к наилучшему ответу.

Данная система может также использоваться для решения задач планирования, разрешения конфликтных ситуаций, анализа "стоимость - эффективность" и для решения вопросов размещения ресурсов.



9. SCADA-система типа GENIE 3.0

9.1 GENIE 3.0 - в двух словах о назначении

Пакет GENIE (по-русски произноситься как "Джинни" с ударением на первом слоге, а в переводе - "джинн" - не напиток), разработанный фирмой Advantech, является инструментальным средством для сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA), исполняющегося в среде MS Windows 3.x, Windows 95 и Windows 98. GENIE текущей версии может применятся в проектах АСУ ТП масштаба технологического участка и/или цеха, с начальным или средним уровнем сложности.

Состав и архитектура системы

Пакет GENIE состоит из двух основных программных модулей:

построитель стратегии GENIE (GENIE.EXE)

исполнительная среда GENIE (GWRUN.EXE).

Построитель стратегий используется для проектирования и тестирования проектов, называемых стратегия, а исполнительная среда - только для исполнения стратегии.

Кроме того, в состав пакета имеется программа установки и настройки устройств ввода/вывода, а также набор динамически компонуемых библиотек (DLL), выполняющих различные функции в процессе разработки и выполнения программного обеспечения SCADA.

GENIE имеет модульно-ориентированную, открытую интегрированную архитектуру (рис. 5.11.). Открытость архитектуры позволяет легко реализовывать взаимодействие GENIE с другими приложениями для совместного доступа к данным во время исполнения стратегий.

Результат разработки приложения в GENIE сохраняется в файле стратегии. Файл стратегии (с расширением .GNI)представляет собой двоичный файл, содержащий всю информацию последнего сеанса редактирования. Стратегия - это совокупность одной или нескольких задач вместе с одной или большим количеством экранных форм, а также одним основным сценарием. Задача, экранная форма и основной сценарий являются тремя основными элементами, используемыми при проектировании стратегий. Простейшая стратегия имеет одну задачу с одной экранной формой и не имеет основного сценария.

Каждая задача и экранная форма имеют собственные параметры. Впервые созданная новая задача или новая экранная форма имеют заданные по умолчанию параметры, которые могут быть изменены пользователем в соответствии с требованиями алгоритма. Задача имеет такие параметры, как период сканирования (интервал времени между текущим и следующим вызовом задачи для исполнения), эффективный интервал исполнения (абсолютное время выполнения задачи), метод запуска и метод завершения.

Построитель стратегий GENIE представляет в распоряжение пользователя четыре различных редактора:

редактор задач,

редактор форм отображения,

редактор отчетов,

редактор сценариев.

Указанные редакторы используются для создания, отладки и модификации задач, экранных форм, отчетов и сценариев процедур соответственно. Поскольку в рамках одной стратегии может присутствовать несколько задач, то имеется возможность создания множества окон в редакторе задач. По той же самой причине возможно создать множество окон в редакторе форм отображения для редактирования множества экранных форм. Но поскольку для любой системы может быть только основной сценарий, то в редакторе сценариев может быть открыто только одно окно.

Редактор задач

Редактор задач предназначен для реализации прикладных алгоритмов создаваемой системы. GENIE имеет большое количество встроенных стандартных функциональных блоков для реализации различных алгоритмов сбора данных и управления.

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.

Рисунок 5.14. Архитектура GENIE 3.0

9.2 Редактор форм отображения

Редактор форм отображения предназначен для создания динамических экранных форм отображения, связанных с исполняемой стратегией сбора данных и управления. При необходимости создания графического интерфейса оператора Редактора форм отображения обеспечивает возможность разработки удобных для восприятия экранных форм в кратчайшие сроки путем использования входящих в пакет стандартных элементов отображения и управления. Кроме того, графический интерфейс оператора может быть усовершенствован с помощью специальных инструментов рисования и элементов отображения, определяемых пользователем.

Редактор отчетов

Редактор отчетов предназначен для разработки и генерации отчетов. Редактор отчетов пакета GENIE представляет разработчику на этапе проектирования, а пользователю - в процессе эксплуатации системы возможность определять содержание отчета, формируемое на основе собираемых данных действий оператора, с последующей автоматической печатью в определенные моменты времени. Средства, входящие в Редактор отчетов, могут быть использованы для выбора и печати отчетов вручную в требуемый момент времени.

Редактор отчетов пакета GENIE обеспечивает выполнение пяти основных функций: сбор данных, конфигурирование формата отчета, составление расписания автоматической печати отчетов, генерацию отчета событий и генерацию отчета тревог.

Редактор сценариев (Script Designer)

Редактор сценариев предназначен для управления задачами, вычислениями и анализом в процессе использования стратегии.

Данные мощное средство создания сценария процедур, совместимое с Microsoft Visual Basic, лицензировано у компании Summit Software Inc. Бейсик-сценарий является наиболее важным компонентом пакета GENIE, обеспечивающим возможность разработки специализированных фрагментов стратегии на языке программирования высокого уровня. Поскольку Visual Basic является одним из самых популярных и простых для изучения языка программирования, его наличие в составе пакета позволяет значительно упростить и повысить эффективность программирования в рамках GENIE.

Наличие данного средства создания и исполнения сценарных процедур делает пакета GENIE одним и наиболее удобных и современных инструментов для разработки программного обеспечения верхнего уровня систем сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA).

Центр обработки данных (Data Center)

Центр обработки данных является набором библиотек динамической компоновки (DDL-библиотек) и предназначен для хранения и обработки всех данных, связанных с работой стратегии под управлением исполнительной среды GENIE. Центр обработки данных поддерживает три способа взаимодействия пакета GENIE с другими приложениями Windows:

интерфейс прикладного программирования C API;

механизм динамического обмена данными DDE;

механизм связывания и внедрения объектов OLE Automation.

Интерфейс прикладного программирования C API представляет наиболее эффективное средство взаимодействия между GENIE и другими приложениями, поскольку посредством указанного интерфейса осуществляется взаимодействие между программными компонентами самого GENIE. Интерфейс связывания и внедрения OLE Automation предназначен для организации взаимодействия между GENIE и другими приложениями Windows, поддерживающими механизм OLE.

Таким образом, центр обработки данных является основным информационным хранилищем в GENIE. Результаты выполнения всех функциональных блоков и данные, вводимые пользователем с помощью элементов управления в экранных формах, передаются в центр обработки данных. Центр обработки данных располагается в физической (не виртуальной) оперативной памяти.

Поддержка аппаратуры ввода/вывода

Драйверы ввода/вывода, входящие в комплект поставки GENIE, обеспечивают поддержку всех аппаратных средств промышленной автоматизации формы Adventech, включая модули сбора данных и управления, IBM PC совместимый модульный контроллер MIC-2000, устройство удаленного сбора данных и управления серий ADAM-4000 и ADAM-5000/485, а также устройство промышленной шины CAN с протоколом DeviceNet ADAM-5000/CAN.

При необходимости реализации поддержки аппаратуры других производителей возможно использование следующих средств:

разработка драйверов в виде библиотек динамической компоновки, включаемых в набор инструментов Редактора задач в качестве библиотечных блоков пользователя (User Defined DDL).

вызов функций из имеющихся драйверов аппаратуры с помощью блока Бейсик-сценария.

взаимодействие с серверами динамического обмена данными, проставляемыми некоторыми производителями аппаратуры, посредством механизма DDE с помощью функционального блока клиента динамического обмена данными Редактора задач.

вспользование внешних программ, разработанных на языках программирования Си и/или Visual Basic, работающих с асинхронными устройствами типа модемов выделенных и коммутируемых линий или специализированными устройствами ввода/вывода, которые обмениваются данными с GENIE посредством механизма связывания и внедрения объектов OLE Automation.

GENIE - инструмент для начинающего и профессионала

Пакет GENIE позволяет решать все основные задачи, стоящие перед разработчиком программного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП. При этом разработка и сопровождение системы могут выполнятся специалистами, имеющими как начальный, так и высокий уровни подготовки в области программирования. Открытость архитектуры GENIE обеспечивает множество путей организации взаимодействия GENIE с аппаратурой ввода/вывода и программным обеспечением различных производителей. Все это делает GENIE оптимальным инструментом для разработки программного обеспечения верхнего уровня во многих проектах АСУ ТП, в том числе с ограниченным бюджетом.



10. Trace mode 5 для Windows NT: SCADA-система нового поколения

Trace Mode 5 для Windows NT представляет собой SCADA-систему нового поколения. Ее основные отличия от старых SCADA-систем заключены в трех ключевых технологиях проектирования АСУТП:

- обеспечении единых инструментальных средств (единой линии программирования) как для разработки операторских станций, так и для программирования контроллеров;

- разработке распределенной АСУТП как единого проекта;'

технологии автопостроения проекта. Эти три технологии появились впервые в России и не имеют конкурентоспособных аналогов на Западе.

Стоимость

Trace Mode -модульная система. Существуют модули на 128, 1024, 32 000х16 и 64 000х15 точек ввода/вывода с ценой от 590 долл. США. Стоимость системы Trace Mode относится к стоимости аналогичных зарубежных систем приблизительно как 1:3, а рассчитанная на одну точку измерения контроля составляет всего менее 0,45: 2,9 и 10,8 долл. США соответственно для крупных (более 10 000 I/O), средних (более 1000 I/O) и малых (менее 100 I/0) систем.

Кроме того, существует специальная версия Trace Mode Laboratory для учебных заведений (лицензия на 12 рабочих мест стоит всего 300 долл. США).

Единая линия программирования

Традиционно SCADA-системы понимались как инструмент разработки программного обеспечения (ПО) для рабочих мест диспетчеров, т.е. для верхнего уровня АСУТП. Программирование промышленных контроллеров или интеллектуальных датчиков проводилось иными программными средствами или специальными программаторами, поставляемыми с оборудованием. Это было неудобно, но при большом рыночном разнообразии процессоров и шин, неустоявшихся стандартов использование специфических программаторов казалось единственным выходом. Однако ситуация изменилась. С момента массового распространения IBM PC-совместимых контроллеров (РС- контролеров) появилась возможность унифицировать ПО для операторских персональных компьютеров (ПК) и промышленных контроллеров.

Такая возможность была впервые реализована в России в 1995 г., когда в SCADA-систему Trace Mode 4.20 были введены функции программирования контроллеров и выпущена специальная исполнительная система для контроллеров - микромонитор реального времени (Микро МРВ).

Микро МРВ предназначен для управления задачами сбора данных и управления в контроллерах нижнего уровня АСУТП. Он может быть использован в любых IBM-совместимых контроллерах.

По возможностям математической обработки, управления, обмена данными с другими мониторами ТРЕЙС МОУД Микро МРВ идентичен монитору реального времени. Однако для него не реализованы функции графического вывода информации.

Задачи для Микро МРВ разрабатываются в редакторе базы каналов. Поэтому при использовании IBM-совместимых контроллеров в рамках ТРЕЙС МОУД реализуется единая линия программирования задач верхнего и нижнего уровней систем управления.

В контроллерах до сих пор еще используются типы процессоров, которые давно считаются устаревшими для применения в персональных компьютерах. Поэтому существуют следующие три модификации исполнительных модулей Микро МРВ:

для процессоров типа I8088;

для процессоров типа I80286 и старше без сопроцессора;

для процессоров типа I80286 и старше с сопроцессором.

Запуск этих исполнительных модулей осуществляется следующими командными строками соответственно:

MRT88.exe <path> <name> ,

MRT.exe <path> <name>,

MRT7.exe <path> <name>,

где

<path>

-путь к директории проекта;

<name>

-имя файла базы каналов без расширения;

MRT88.exe

-исполнительный модуль Микро МРВ для процессоров типа I8088;

MRT.exe

-исполнительный модуль Микро МРВ для процессоров типа I80286 и старше без сопроцессора;

MRT7.exe

-исполнительный модуль Микро МРВ для процессоров типа I80286 и старше с сопроцессором.

Эти исполнительные модули запускаются под управлением операционной системой MS DOS версии 5.0 и выше.

Так был создан единый инструмент для решения всех задач АСУТП - от программирования датчиков и контроллеров до создания операторских станций (ОС). Идея прижилась, и к настоящему времени с использованием технологии сквозного программирования выполнен ряд ответственных проектов, среди которых система контроля радиационной безопасности НПО "Маяк" (Челябинск). АСУТП коксовой батареи Новолипецкого металлургического завода, АСУ спиртовым производством, АСУ газоперекачивающими агрегатами компрессорных станций магистральных газопроводов, АСУТП цеха по производству взрывчатых веществ "Порэмит" ОАО "Апатит" (г. Апатиты) и ряд других.

В новой версии Trace Mode для Windows NT технология сквозного программирования верхнего и нижнего уровня АСУТП была усовершенствована. Наибольшие изменения коснулись средств разработки. Редактор базы каналов Trace Mode 5 приведен в соответствие со стандартом Международной электротехнической комиссии (МЭК) ГЕС 1131/3, регламентирующим синтаксис языков программирования промышленных контроллеров. Сообразно с требованиями стандарта программирование логических задач осуществляется визуальными, интуитивно понятными инженерам-технологам методами в виде функциональных блоков (язык Техно FBD) или на языке инструкций (Техно IL). Trace Mode поддерживает языки визуального программирования в соответствии со стандартом IEC 1131/3 .

Реализованные в инструментальной системе Trace Mode 5.0 языки схем на функциональных блоках (Техно FBD) и инструкций (Техно IL) существенно расширены по сравнению с базовыми требованиями стандарта. включают в себя набор из более чем 150 элементарных и библиотечных функций. Среди встроенных алгоритмов: ПИД, ПДД, нечеткое, позиционное регулирование. ШИМ преобразование, динамическая балансировка. алгоритмы массового обслуживания, блоки моделирования объектов, произвольно программируемые алгоритмы, арифметические, алгебраические, логические, тригонометрические, статистические функции, функции расчета технико-экономических показателей (ТЭП) и т.д.

Существенным развитием стандарта является добавление функциональных блоков, ориентированных на контроль типовых технологических объектов (клапанов. задвижек, приводов и т.д.) и управление ими. Кроме того, проектировщик имеет возможность наращивать библиотеки языков собственными алгоритмами, учитывающими особенности задач, решаемых в его проектах. Созданная для каждого узла проекта информационная база отлаживается в редакторе с помощью трех уровнен эмуляции (отдельные программы на Техно PBD, пересчет параметров канала и всей базы) в двух режимах: пошаговом и непрерывном.

Разработка сетевого комплекса как единого проекта

В обычных SCADA-системах разработка проекта привязана к одной ОС. Поэтому при создании сетевых комплексов сначала рождаются базы данных (БД) реального времени для отдельных ПК, и лишь потом они объединяются в сеть. Однако современные промышленные АСУ "живут" и развиваются десятки лет, имеют тенденцию к интеграции как между собой, так и с АСУ финансово-хозяйственных служб. За это время меняется технология, добавляются и заменяются датчики, вводятся новые функции и т.д. Вместе с тем неизбежно развивается и модифицируется ПО АСУ. Поддерживать и развивать системы, состоящие из многих обособленных ПК и контроллеров, каждый из которых ничего не "знает" о других, трудно и дорого. Использование архитектуры клиент - сервер, где БД реального времени сосредоточена на сервере, а клиенты получают по сети лишь образы экранов, снижает надежность системы (что произойдет, если сервер зависнет или будет физически уничтожен?). К тому же рассылка образов экранов крайне нерациональна. Для того чтобы отобразить на удаленной станции один дискретный сигнал (послать по сети 1 бит), требуется послать 480 000 байт (копия экрана 800х600х256 мм)!

В системе Trace Mode 5 распределенная АСУТП, содержащая и ПК, и контроллеры, рассматривается как один проект. Поэтому каждый узел (ПК или контроллер) в распределенной системе, работающей под управлением Trace Mode 5, имеет информацию об остальных узлах системы и в случае его модификации автоматически обновляет соответствующие БД в других узлах. При этом АСУ можно создавать как в архитектуре клиент - сервер, так и в виде распределенной системы - технология разработки АСУТП как единого проекта будет одинаково эффективна.

Автопостроение

"Автопостроение" - это торговая марка фирмы AdAstra, а также группа оригинальных технологии, реализованных в Trace Mode 5. Суть технологии типопостроения заключается в автоматическом генерировании баз каналов ОС и контроллеров, входящих в АСУТП, на основе информации о числе сигналов ввода/вывода, номенклатуре используемых контроллеров и устройств связи с объектом (УСО), наличии и характере связей между ПК и контроллерами. В соответствии с этим в Trace Mode 5 реализованы технологии автопостроения:

баз каналов для связи с УСО в РС-контроллерах;

пользователю достаточно указать марку и число РС- контроллеров, используемых в проекте, и запустить автопостроение - Trace Mode сформирует базу каналов для каждого контроллера и настроит их на УСО автоматически; .

баз каналов для связи с обычными контроллерами;

эта процедура автоматически генерирует базы каналов ОС и проводит настройку на распространенные в России контроллеры, например Ремиконт, Ломиконт, Ш-711, ТСМ, ЭК-2000, ADAM 4000 и 5000, Allen-Breadley и др.;

связей между следующими узлами'. ПК -- ПК, ПК - контроллеры, контроллеры - контроллеры, осуществляющими создание, автоматическое поддержание и обновление коммуникаций (например, сетевых, RS-485, Profibus и т.д.) между узлами распределенной АСУТП;

при импорте баз технологических параметров, в ряде организаций разработке проекта предшествуют детальная проработка проекта и составление баз технологических параметров; часто для этих целей используются распространенные БД и электронные таблицы, например Excel, Access и др. Trace Mode 5 допускает импорт этих баз и осуществляет автопостроение соответствующих баз каналов.

Технология автопостроения является революционным шагом в разработке систем реального времени, так как снимает огромную часть рутинной работы по "набивке" и конфигурированию баз параметров. Благодаря автопостроению разработка АСУТП сводится к следующим несложным процедурам:

- размещению в рабочем поле редактора базы каналов Trace Mode 5 (например, на плане объекта) иконок (объектов) контроллеров и операторских ПК;

Trace Mode 5 позволяет разрабатывать распределенную АСУТП как единый проект, включая уровень контроллеров;

указание наличия информационного обмена между узлами;

запуск процедуры автопостроения проекта;

задание математической обработки данных и алгоритмов управления.

Подобная технология применяется впервые и в корне отличается от той, что используется в старых SCADA для Windows, предлагавших программирование "от картинки", позволяющее быстро создавать малые системы, но ввиду слабой структурированности проектов приводит к сложностям при разработке крупных систем.

Разработка графического интерфейса

Разработка графического интерфейса ОС осуществляется в объектно-ориентированном редакторе представления данных. Аналогично редактору базы каналов редактор представления данных обеспечивает создание мнемосхем для всех узлов распределенной АСУТП.

Графические мнемосхемы процесса создаются в объектно-ориентированном редакторе представления данных.

Редактор дает возможность на всех узлах устанавливать общие настройки, определяющие стиль представления информации (например, цвет фона и текстуру). Для облегчения разработки все экраны в графических базах Trace Mode собраны в группы исходя из их функционального назначения. Например, в одну группу можно объединить мнемосхемы, в другую - экраны настройки регуляторов, в следующую - обзорные экраны и т. п. Можно также разбивать экраны на группы по участкам автоматизируемого процесса.

Среди графических элементов, которые могут быть размещены на экранах графических баз, выделяются следующие три типа:

статические схем;

динамические формы отображения и управления (кнопки, тренды, гистограммы, анимация и т.д.);

графические объекты.

Последние могут включать в себя неограниченное количество статичных элементов рисования и динамических форм отображения. Они вставляются в экраны в виде одного элемента. Графические объекты Trace Mode являются мощным механизмом тиражирования готовых решений в области создания фрагментов графического представления информации и органов интерактивного управления.

Оформленные в виде объектов типовые графические фрагменты могут затем добавляться в будущие проекты. В то же время любой фрагмент экрана графической базы можно перенести в объект и затем использовать на других экранах и в других графических базах. Графические объекты Trace Mode собираются в библиотеки.

Для отладки проекта в редакторе представления данных предусмотрено два режима эмуляции работы монитора реального времени: непрерывный и пошаговый, которые используются для контроля реальной работы форм отображения после их размещения на экранах. Первый из них реализует постоянный пересчет базы каналов текущего узла, а второй - однократный пересчет. Кроме того, пользователь может связаться с контроллерами прямо из редактора Trace Mode и проводить отладку на реальном объекте.

Распределённая АСУТП на базе Trace Mode

Система Trace Mode позволяет создавать многоуровневые, иерархические и резервированные АСУТП.

Связь между узлами в распределенной АСУТП на базе Trace Mode может осуществляться с использованием' одного из следующих протоколов: TCP/Net, IPX/SPX, NetBeui, M-Link, DDE/NetDDE, AdvancedDDe,. OPC. открытого формата Trace Mode для связи с любым УСО.

Информация с диспетчерского уровня передается в СУБД системы управления предприятием. Trace Mode предоставляет обширный набор интерфейсов для связи с офисными приложениями: Excel, Access, Oracle, BaseStar, R/3, прикладными программными комплексами российского производства фирм "Парус", "Галактика" (Москва). Для этой цели используются следующие стандартные протоколы и интерфейсы:

TCP/IP, IPX/SPX, NetBeui, DCOM, DDE/NetDDE, AdvancedDDE, OPC.

Поддержка системой Trace Mode большого числа стандартных протоколов обмена данными делает возможным свободный переток информации между уровнями управления предприятием и создает условия для обеспечения его информационной прозрачности.

Система управления технологическими процессами и оборудованием создается на основе Микро МРВ. Эта программа размещается в PC-контроллере и осуществляет сбор данных с объекта, программно-логическое управление технологическими процессами и регулирование параметров по различным законам (ПИД, ПДД, ШИМ, позиционному, нечеткого регулирования и т.д.), а также ведение локальных архивов. С помощью программы постоянно контролируется работоспособность УСО, сетевых линии, и в случае их выхода из строя система автоматически переходит на резервные средства. Микро МРВ обеспечивает автоматическое восстановление функционирования в случае зависания процессора путем "безударного рестарта" системы. Посредством Микро МРВ можно создавать дублированные или троированные системы с горячим резервированием.

...