Что понимается под программным обеспечением асу

Обновлено: 30.06.2024

АСУ - автоматизированная система управления (с участием человека). Не надо путать АСУ с автоматической системой управления, в которой "человеческое звено" отсутствует. АСУ появились давно, в первую очередь , в военной технике (управление ракетами, самолётами, роботами - 50 - 60 гг. ХХ в.). Затем АСУ были внедрены в промышленность и административные службы - АСУП ( АСУ производством), АСУТП ( АСУ технологическими процессами), АСОУ ( АС организационного управления), ОГАС (общегосударственная АС ) и др. "Бум" АСУ пришелся на 60-70 гг., когда многие эксперты предсказывали АСУ широкие перспективы. Властные структуры всех стран откликнулись вложением огромных материально-финансовых ресурсов в развитие АСУ , особенно в нашей стране, следующей принципам "догнать и перегнать" и "советское - значит лучшее". Но АСУ не оправдали радужных надежд - их эффективность оставалась крайне низкой - во-первых, из-за "человеческого фактора" (низкой производительности человеческого звена), во-вторых, из-за "информационного фактора".

Последнее требует объяснения. Дело в том, что АСУ - это детище кибернетики - науки об управлении и связи в животном и машине - так определил кибернетику её основоположник Н. Винер (США, 1948 г.). Одно из основных положений кибернетики гласит, что любое управление начинается с информации. А об информации Н. Винер сказал в своей "Кибернетике": " Информация есть информация , а не материя и не энергия ". К сожалению, при главенстве в умах людей того времени материалистической парадигмы это предупреждение учёного не было услышано, и развитие АСУ полагалось сугубо материалистической задачей. Но нематериальная природа информации дала себя знать, и материалистическое (ресурсозатратное) развитие АСУ потерпело фиаско, поэтому начиная с 80-х гг. ХХ в. интерес к АСУ упал.

Но актуальность АСУТП в промышленности и военном деле, особенно с широким внедрением компьютеров, осталась. Проблема АСУТП - управление процессами в режиме реального времени ( по ходу процесса), поэтому не все стандартные ОС компьютеров, включённых в АСУТП , пригодны к использованию, как и самодельные медлительные информационные системы , запрограммированные на языках высокого уровня. Для АСУТП оказалось более целесообразным создавать специфичные ОС реального времени , запрограммированные на машинно-зависимых языках низкого уровня или на разновидностях машинно-независимых языков, в которых предусмотрены ассемблерные вставки.

В настоящее время вместо понятия " АСУ " чаще используют понятия "информационная система", "информационная технология", " экспертная система ", " СУБД ". Идеи АСУ заложены в разработку цифровых тренажеров - автоматизированных обучающих систем (АОС), автоматизированных систем научных исследования (АСНИ), автоматизированного рабочего места ( АРМ ), систем автоматизированного проектирования (САПР) и др. Слабым местом всех АСУ и "клонов" остаётся человеческий фактор и не только в смысле производительности и надёжности (система, зависящая от надёжности человека, ненадёжна), но и в смысле психологического противодействия человека самой идее автоматизации.

2.8. Общие замечания.

Описать на нескольких страницах сложную историю развития аппаратно-программных средств информационных систем и технологий нереально. В данной теме не рассмотрены, например, японский проект компьютеров пятого поколения и его судьба, история микропроцессоров и вообще микроминиатюризации ВТ, история многопроцессорных суперкомпьютеров, история ВТ, применяемой вне привычных компьютеров (бортовые, медицинские, бытовые, робототехнические и т.п. системы). Типаж компьютеров 6-го поколения в теме не определён (см. табл. 2.1), хотя имеются единичные экземпляры (образцы) таких машин (нейрокомпьютеры, биокомпьютеры, квантовые компьютеры, сверхпроизводительные суперкомпьютеры). Но повторяем, продукт должен дойти до серийного промышленного производства и быть выставленным на рынок, чтобы предметно говорить о внедрении. О перспективных компьютерах см. "тему 5" .

Рассмотренная выше история развития программного обеспечения не охватывает историю алгоритмов (понятия алгоритма, проблем создания и тестирования алгоритмов, их взаимодействия с программами, проблемы алгоритмической сложности и др.). Заметим только, что любая программа содержательно реализует именно алгоритм , имеющий первостепенное значение в программировании, а форма программы (язык, код) здесь второстепенна. Впрочем, полагаем, что вопросы алгоритмизации следует изучать в курсе информатики. В истории развития ПО важное место занимают структурное, объектно-ориентированное, кластерное, параллельное, многопоточное и др. виды программирования. Надеемся, что при изучении информатики и программирования им уделяется должное внимание.

Некоторым оправданием является вынесение отдельных вопросов и проблем истории развития ВТ, ПО , информационных систем и АСУ в темы студенческих рефератов (см. приложение 1), а также в лекции, для которых данное учебное пособие - всего лишь руководство к действию, но не догма. Автор уповает на любознательность студентов, не ведающую границ и запретных тем, на их пытливый разум, не отягощённый догмами и мнениями авторитетов, на неповторимость и свежесть их мировосприятия, уверенность в своих возможностях и, если угодно, дерзновение, что свойственно юности и молодости.

Знакомство с каталогами, сайтами, рекламными материалами ведущих мировых производителей систем автоматизации, а также фирм — системных интеграторов в области АСУ ТП, могут создать впечатление, что АСУ ТП — это просто совокупность технических средств (hard) и программного обеспечения (soft). Безусловно, технические средства и программное обеспечение — очень важные элементы системы автоматизации, во многом определяющие уровень и потенциальные возможности АСУ ТП. Однако, только глубокая проработка всех составных частей, вопросов их взаимодействия и совместимости, обеспечивают успешное функционирование автоматизированного объекта.

В состав АСУ ТП входят следующие компоненты:

информационное обеспечение;
техническое обеспечение;
математическое обеспечение;
программное обеспечение;
организационное обеспечение;
метрологическое обеспечение;
эргономическое обеспечение;
оперативный персонал.

1. Информационное обеспечение АСУ ТП включает:

исходные данные, используемые в процессе разработки или эксплуатации системы;
промежуточные данные, хранящиеся в базах данных реального времени, используемые для дальнейшей обработки;
выходные данные, передаваемые для реализации на исполнительные устройства, отображаемые визуально на панелях операторов, табло и мониторах рабочих станций;
передаваемых пользователям в электронном или бумажном виде;
принятые формы входных и выходных документов (электронных или бумажных);
принятая система кодирования информации;
электронные архивы данных.

В состав информационного обеспечения АСУ ТП входят внемашинные (на бумажных носителях) и внутримашинные (на электронных носителях) компоненты. Так, например, к внемашинным компонентам информационного обеспечения АСУ ТП можно отнести технологический регламент, определяющий допустимые пределы изменения технологических параметров, условия аварийных отключений, порядок пуска и останова оборудования и т.п. К внутримашинному информационному обеспечению АСУ ТП относятся входные сигналы, поступающие от датчиков, а также выходные сигналы на исполнительные устройства, архивы нарушений технологического регламента, графики изменений контролируемых параметров, сформированные на экране монитора и т.п.

2. Техническое (аппаратное) обеспечение АСУ ТП — это комплекс технических средств, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП, а также обеспечивающих взаимодействие персонала с техническими средствами системы и с технологическим процессом.

В состав технического обеспечения АСУ ТП входят:

средства сбора информации (измерительные преобразователи, счетчики, сигнализаторы, устройства ручного ввода);
исполнительные устройства;
программируемые логические контроллеры;
устройства распределенного ввода/вывода;
операторские станции;
инженерные станции;
серверы;
панели оператора;
программаторы;
сетевые адаптеры;
преобразователи частоты;
пускатели;
концевые выключатели;
кабели связи;
табло;
устройства световой и звуковой сигнализации.

3. Математическое обеспечение АСУ ТП — это совокупность математических моделей, методов, алгоритмов решения различных задач, используемая на этапе проектирования и в процессе эксплуатации АСУ ТП.

К математическому обеспечению относятся:

методы фильтрации сигналов;
методы идентификации математических моделей;
математические модели объектов управления;
методы анализа, синтеза и настройки контуров регулирования;
алгоритмы управления и регулирования;
методы анализа устойчивости и точности систем;
методы и алгоритмы оптимизации (поиска экстремума);
методы принятия решений;
алгоритмы адаптации параметров системы управления;
алгоритмы косвенных измерений;
методы прогнозирования случайных последовательностей;
методы наблюдения состояния динамической системы;
интеллектуальные алгоритмы управления.

4. Программное обеспечение АСУ ТП — совокупность программ, обеспечивающих функционирование всех цифровых вычислительных средств АСУ ТП (контроллеры, серверы, рабочие и инженерные станции, программаторы, панели оператора), а также решающих все функциональные задачи на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы.

Программное обеспечение АСУ ТП принято делить на две категории:

общее программное обеспечение, включающее операционные системы, SCADA-системы, пакеты программ для программирования контроллеров, компиляторы, редакторы и т.п. Общее программное обеспечение АСУ ТП не привязано к конкретному объекту автоматизации, закупается и поставляется так же, как и технические средства.
специальное программное обеспечение — это программы, разработанные для конкретной АСУ ТП. К этой категории относятся программы для контроллеров, реализующие определенные функциональные задачи обработки информации и управления; программы, сгенерированные в среде SCADA-системы для визуализации, архивирования данных конкретного технологического процесса.

5. Организационное обеспечение АСУ ТП — совокупность документов, устанавливающих порядок и правила функционирования оперативного персонала АСУ ТП, а также организационные мероприятия, направленные на успешное внедрение системы и на безопасное ведение технологического процесса.

В частности, к организационному обеспечению АСУ ТП относятся:

технологический регламент производства в условиях функционирования АСУ ТП;
описание функциональной, организационной и технической структур автоматизированного технологического комплекса;
штатное расписание, должностные инструкции технологического и оперативного персонала в условиях функционирования АСУ ТП;
инструкция по пуску и останову технологических агрегатов в условиях АСУ ТП;
обучение персонала работе с АСУ ТП;
правила техники безопасности в условиях АСУ ТП.

6. Метрологическое обеспечение АСУ ТП — установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.

Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой задачи определяется следующими тремя условиями:

результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством России) единицах;
значения показателей точности результатов измерений известны с необходимой заданной достоверностью;
значения показателей точности обеспечивают оптимальное в соответствии с выбранными критериями решение задачи, для которой эти результаты предназначены (результаты измерений получены с требуемой точностью).

Третье из перечисленных выше условий определяет требования к точности применяемых методов и средств измерений. Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок и, как следствие, к экономическим потерям. Завышенные требования к точности измерений требуют дополнительных затрат на приобретение более дорогих средств измерений. Поэтому это требование влияет не только на метрологические, но и на экономические показатели системы. Если при измерениях соблюдаются все три условия (обеспечивается и единство, и требуемая точность измерений), то говорят о метрологическом обеспечении.

Необходимо отметить, что в АСУ ТП данные, полученные от измерительных преобразователей, проходят целый ряд этапов обработки и преобразования:

аналоговая фильтрация от высокочастотных помех;
дискретизация сигнала во времени;
аналого-цифровое преобразование с определенной разрядностью;
цифровая фильтрация.

Такая обработка, в общем случае, изменяет метрологические характеристики результирующих данных в сравнении с исходными данными от датчика, вносит временную задержку. Поэтому для корректного использования данных АСУ ТП (например, данных коммерческого учета тепловой и электрической энергии) необходимо выполнить оценку метрологических характеристик этих данных с учетом всех этапов обработки.

7. Эргономическое обеспечение АСУ ТП — это нормы эргономики и инженерной психологии, положенные в основу проектирования АСУ ТП. Прежде всего, это касается организации пультов оператора, мнемосхем, табло, устройств световой и звуковой сигнализации и других элементов так называемого человеко-машинного интерфейса системы. Эргономика и инженерная психология помогает выбрать рациональное расположение автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала, формы отображения информации на мониторах и табло, вид технологической клавиатуры и т.п.

Разработка АСУ ТП без учета рекомендаций эргономики повышает вероятность ошибок оперативного персонала, увеличивает время реакции на событие, вызывает дополнительные психологические нагрузки. Типовые аппаратно-программные решения ведущих производителей систем автоматизации выполнены в соответствии с современными требованиями эргономики, инженерной психологии и технической эстетики.

8. Оперативный персонал — состоит из технологов-операторов диспетчеров), аппаратчиков, машинистов, осуществляющих контроль и управление технологическим объектом и эксплуатационного персонала служб КИПиА, обеспечивающих правильное функционирование всех технических и программных средств АСУ ТП. Следует заметить, что, несмотря на повышение уровня автоматизации технологических процессов, роль оперативного персонала в АСУ ТП остается чрезвычайно высокой. Состав оперативного персонала конкретной АСУ ТП и установленные взаимоотношения между его работниками определяют организационную структуру системы.

Еще раз отметим, что эффективное функционирование АСУ ТП может быть достигнуто лишь в случае правильного выбора и постоянного взаимодействия всех видов обеспечения АСУ ТП. Так, например, высокие технические характеристики аппаратных средств и современное общее программное обеспечение окажутся невостребованными, если в математическом и специальном программном обеспечении не будет необходимых математических моделей, методов, алгоритмов и программ, если квалификация оперативного персонала не позволит в полной мере использовать возможности АСУ ТП.

Программное обеспечение АСУ ТП (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Назначение и функции SCADA

2. Функциональные возможности SCADA пакета VNS-2000

3. Состав и функциональные возможности SCADA TRACE MODE 5.Х

4. Структура и основные функции пакетов Trace Mode 6 и T – Factory 6

Программное обеспечение состоит из технического, информационного и организационное.

ПО – совокупность программ и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ.

Все программы объединяются в систему, которая называется системой программного обеспечения (СПО). Важнейшими элементами СПО является ОС, пакет прикладных программ и программы технического обслуживания (конфигуратор).

Пакеты прикладных программ обеспечивают решение задач контроля, управления, отображения и архивирования информации, подготовки отчетных документов.

В АСУ ТП используется системы реального времени: OS -9, RTOS 32 – ОС контроллера, Q Nx – ОС операторской станции.

Для программирования контроллеров могут применяются следующие программы:

3) Step 7 , Step5 ;

8) Данные пакеты соответствуют международному стандарту МЭК 1131 – 3 ( IEC 1131 – 3).

Определены следующие языки программирования:

1) FBD – Function Block Diagram.

2) ST – Structured Text .

3) LD - Ladder Diagram .

4) IL - Instruction List.

5) SFC - Sequential Function Chart .

6) Программы операторских станций создаются на базе Scada – пакетов.

1. Назначение и функции SCADA

SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) - это процесс сбора информации реального времени с удаленных объектов для обработки, анализа и возможного управление этими объектами.

Все SCADA -системы включают три основных структурных компонента.

Remote Terminal Unit ( RTU ) – удал. терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. КОНТРОЛЛЕРЫ

Master Terminal Unit ( MTU ) - диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня. Одна из основных функций - обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой.

Communication System ( CS ) - коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU .

Требования, предъявляемые к Scada - системам:

1. надежность системы;

2. безопасность управления, что предполагает, что никакой единичный отказ оборудования не должен вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на ОУ, никакая единичная ошибка оператора не должна вызвать выдачу ложного выходного воздействия (команды) на ОУ, все операции по управлению должны быть интуитивно- понятными и удобными для оператора (диспетчера);

3. открытость, как с точки зрения подключения различного контроллерного оборудования, так и коммуникации с другими программами;

4. точность обработки и представления данных, создание богатых возможностей для реализации графического интерфейса;

5. простота расширения системы;

6. использование новых технологий.

SCADA -системы обеспечивают выполнение следующих функций:

1. Сбор, хранение и первичная обработка инфо, поступающей от устройств нижнего уровня (если первичная не проводится в устройствах нижнего уровня, от которого поступает инфо (интеллектуальные датчики))

2. Отображение информации в различных формах (в виде мнемосхем, в которых используется статическая часть и динамическая часть, в виде графиков, трендов, в цифровом виде и в виде таблиц)

3. Архивирование инфо с возможностью ей просмотра и последующей обработки

4. Подготовка отчетных документов (рапортов, отчетов) с возможностью включения в отчетные документы значения технолог. Параметров и результатов вычислений.

5. Оперативное управление (обеспечивается возможность вкл, выкл оборудования, изменение уставок, параметров регулятора и т.д.), осуществляется через контроллеры.

6. Оповещение персонала об обнаруженных аварийных событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП

В России сегодня наиболее популярны следующие зарубежные SCADA -пакеты:

* In Touch (Wonderware, США )

* iFIX (Intellution, США )

* SIMATIC WinCC (Siemens, Германия)

* Citect (Ci technologies, Австралия )

* RTAP/plus (HP, Канада)

* Wizcon (PC Soft International, Израиль - США )

* Sitex и Phocus (Jade SoftWare, Великобритания )

* Real Flex (BJ Software Systems, США )

* Factory Link (US Data Corp., США )

* View Star 750 (AEG, Германия )

* PlantScape (SCAN 3000) (Honeywell, США )

2. Функциональные возможности SCADA пакета VNS-2000

VNS – полнофункциональный пакет программ для создания распределённых систем управления и диспетчеризации в различных отраслях промышленности.

1) Отображение информации с помощью мнемосхем (мнемосхема – графическая конструкция, имеющая статическую и динамическую части). Мнемосхемы могут компоноваться следующими элементами:

b) Поверхности (прямоугольник/многоугольник).

c) Символ элемента.

d) Тренд – прямоугольник, в котором в режиме оперативного управления отображаются текущие значения технологических параметров в заданный диапазон времени.

Для всех элементов, кроме тренда, может быть задан прозрачный или непрозрачный способ отображения. Максимальное число элементов на мнемосхеме 1200.

Для отображения на мнемосхеме динамики ТП с элементами мнемосхемы могут связаны следующие функции динамизации: параллельный сдвиг элементов, их вращение, изменение цвета, размера прямоугольника, длин прямой, индикации в цифровом виде, исчезновение/появление элемента и пр.

Каждая функция динамизации имеет параметр – переменную динамизации, которая связана со значением технологического параметра. В зависимости от параметра переменная динамизации может быть аналоговой, дискретной или множественной. Максимальное число переменных динамизации 4 тыс.

2) Проведение расчётов. Для проведения расчётов используются специальные расчётные переменныё. Их значения являются результатом выполнения одной из библиотечных алгоритмов. Библиотечные алгоритмы включают арифметику, логику, математические функции. Существует возможность добавлять свои алгоритмы.

5) Формирование рапорта. Рапорт - отчётный текстовый документ, в заданной пользователем форме содержит текст и текущее значение переменных. Они могут быть сохранены на диске и выводиться на печать либо в заданное время, либо по событию.

6) Фоновая программа. Пакет VNS позволяет в режиме оперативного управления циклически выполнять программу пользователя, написанную на Pascal .

7) Сбор информации об истории ТП. Одновременно может собираться информация для формирования четырех типов исторических трендов: суточного, недельного, месячного, годового (в зависимости от периода опроса).

Пакет состоит из инструментальной (конфигуратор и графический редактор) и исполнительной систем. В конфигураторе настраиваются каналы связи и подключаемые к ним контроллеры, задаются переменные и способы их отображения. Пакет поддерживает работу через различные каналы в зависимости от типа исполнения контроллера ( RS 232/ Ethernet /8ми канальный мультиплексорный последовательный порт). VNS содержит более 20 драйверов связи с различными объектами, есть возможность создания собственного драйвера.

Переменные описываются именем, указанием источника, типом опроса и параметрами обработки. Аналоговым переменным задаются коэффициенты масштабирования и точность.

3. Состав и функциональные возможности SCADA TRACE MODE 5.Х

Trace Mode – российский Scada - пакет от компании AdAstra Ltd . Trace Mode – графическая инструментальная система для проектирования АСУ ТП верхнего уровня.

Позволяет разрабатывать и отлаживать технические программы, не прибегая к использованию языков программирования. Поддерживает как отечественные, так и зарубежные контроллеры.

Все программы, входящие в Trace Mode делятся на 2 группы: инструментальная система разработки АСУ и исполнительные модули, работают в режиме реального времени. В инструментальную систему входят 3 редактора: редактор базы каналов, редактор представления данных и шаблонов.

В инструментальной системе разрабатываются базы данных реального времени, программные обработки данных и управления, графические экраны для визуализации состоянии ТП и управления им, а также шаблоны для генерации шаблонов о работе производства.

Существуют след. градации инструмент. систем по количеству точек ввода-вывода в одном узле проекта: 128, 1024, 32000, 64000.

Редактор базы каналов – здесь создается математическая основа системы, а также настраиваются информационные потоки между ними. Здесь же описываются вх и вых сигналы, задаются периоды опроса и формирования сигналов. Настраиваются законы первичной обработки и управления, задаются тех. границы, настраивается архивирование тех. параметров и границы сетевого обмена. Результатом работы в этом редакторе является математическая и информационная структура проекта АСУ ТП.

Редактор шаблонов – используется для разработки шаблонов отчетов о ходе ТП.

Исполнительные модули (RunTime) – программы, под управлением которых запускается АСУ, созданная в инструментальной системе. Используется редактор испол. Модулей, который называется мониторами реального времени (МРВ). МРВ предназначен для супервизорного контроля и управления ТП. Под управлением МРВ выполняются след. Задачи: запрос данных о состоянии ТП от контроллеров, передача на нижний уровень команд управления, сохранение данных в архивах, передача данных по семи на след. уровень АСУ, представление оператору графической инфо го состоянии ТП, обмен данными с другими приложениями Windows через ОРС – сервер.

Мониторы отличаются поддержкой различных каналов связи (модем и т.д.), поддержкой функции горячего резервирования, наличием адаптивного управления.

Разработано несколько версий: 4.10 работает под DOS ; 4.20 под DOS / Windows ; 5.0/6.0 под Windows -имеют встроенный языки программирования. В последних версиях заложены алгоритмы регулирования, в том числе и алгоритмы нечёткого и адаптивного регулирования.

Ввод информации от контроллера осуществляется по интерфейсам RS 232/ RS 485/ Ethernet .

4. Структура и основные функции пакетов Trace Mode 6 и T – Factory 6

Trace Mode 6 содержит набор средств для программирования промышленных контроллеров Soft Logic , создание систем телемеханики и операторского интерфейса, относится к MES -системам.

T – Factory 6 решает задачи управления производственным бизнесом:

Контроль исполнения производственного задания, учет производственных затрат сырья, энергии, людских ресурсов, расчет себестоимости выпускаемой продукции, контроль отклонения фактических значений технико–экономических показателей от нормативов и так далее.

Все редакторы вызываются из единой интегрированной среды разработки, что позволяет любые изменения, сделанные в одной из компонентов проекта сделать доступными для всех остальных ею частей.

Trace Mode 6 содержит библиотеку с более 600 готовыми техническими объектами, включающими не только динамизированную графику, но и алгоритмы управления.

Классификация программных средств АСУТП.Как мы уже упоминали, в типовой архитектуре SCADA-системы явно просматриваются два уровня:

· уровень локальных контроллеров, взаимодействующих с объектом управления посредством датчиков и исполнительных устройств;

· уровень оперативного управления технологическим процессом, основными компонентами которого являются серверы, рабочие станции операторов/диспетчеров, АРМ специалистов.

Каждый из этих уровней функционирует под управлением специализированного программного обеспечения (ПО). Разработка этого ПО или его выбор из предлагаемых в настоящее время на рынке программных средств зависит от многих факторов, прежде всего от решаемых на конкретном уровне задач. Различают базовое и прикладное программное обеспечение (см. рисунок 5.1).

Рисунок 5.2 - Классификация программных средств системы управления.

Очевидно, требования, предъявляемые к встраиваемому и настольному ПО, различны. Контроллер в системе управления наряду с функциями сбора информации решает задачи автоматического непрерывного или логического управления. В связи с этим к нему предъявляются жесткие требования по времени реакции на состояние объекта и выдачи управляющих воздействий на исполнительные устройства. Контроллер должен гарантированно откликаться на изменения состояния объекта за заданное время.

Выбор операционной системы программно-технических средств верхнего уровня АСУТП определяется прикладной задачей (ОС общего пользования или ОСРВ). Но наибольшую популярность и распространение получили различные варианты ОС Windows. Ими оснащены программно-технические средства верхнего уровня АСУТП, представленные персональными компьютерами (ПК) разной мощности и конфигурации - рабочие станции операторов/диспетчеров и специалистов, серверы баз данных (БД) и т. д.

Такая ситуация возникла в результате целого ряда причин и тенденций развития современных информационных и микропроцессорных технологий.

Вот несколько основных аргументов в пользу Windows:

· Windows имеет очень широкое распространение в мире, в том числе и в Казахстане, в связи с чем легко найти специалиста, который мог бы сопровождать системы на базе этой ОС;

· эта ОС имеет множество приложений, обеспечивающих решение различных задач обработки и представления информации;

· ОС Windows и Windows-приложения просты в освоении и обладают типовым интуитивно понятным интерфейсом;

· приложения, работающие под управлением Windows, поддерживают общедоступные стандарты обмена данными;

· системы на базе ОС Windows просты в эксплуатации и развитии, что делает их экономичными как с точки зрения поддержки, так и при поэтапном росте;

Также следует учитывать и то, что неотъемлемой частью верхнего уровня АСУ ТП является человек, время реакции которого на события недетерминировано и зачастую достаточно велико. Да и сама проблема реального времени на верхнем уровне не столь актуальна.

Для функционирования системы управления необходим и еще один тип ПО - прикладное программное обеспечение(ППО). Известны два пути разработки прикладного программного обеспечения систем управления:

· создание собственного прикладного ПО с использованием средств традиционного программирования (стандартные языки программирования, средства отладки и т.д.);

· использование для разработки прикладного ПО существующих (готовых) инструментальных средств.

· Программные средства верхнего уровня АСУТП (SCADA-пакеты) предназначены для создания прикладного программного обеспечения пультов контроля и управления, реализуемых на различных компьютерных платформах и специализированных рабочих станциях. SCADA - пакеты позволяют при минимальной доле программирования на простых языковых средствах разрабатывать многофункциональный интерфейс, обеспечивающий оператора/диспетчера не только полной информацией о технологическом процессе, но и возможностью им управлять.

Понятие открытости является фундаментальным, когда речь идет о программно-аппаратных средствах для построения многоуровневых систем автоматизации. Более подробно об этом будет сказано ниже.

Сейчас на российском рынке присутствует несколько десятков открытых SCADA-пакетов, обладающих практически одинаковыми функциональными возможностями. Но это совсем не означает, что любой из них можно с одинаковыми усилиями (временными и финансовыми) успешно адаптировать к той или иной системе управления, особенно, если речь идет о ее модернизации. Каждый SCADA-пакет является по-своему уникальным, и его выбор для конкретной системы автоматизации, обсуждаемый на страницах специальной периодической прессы почти на протяжении последних десяти лет, по-прежнему остается актуальным.

Ниже приведен перечень наиболее популярных в России и Казахстане SCADA-пакетов.

· Trace Mode/Трейс Моуд (AdAstrA) - Россия;

· InTouch (Wonderware) - США;

· FIX (Intellution ) - США;

· Genesis (Iconics Co) - США;

· Factory Link (United States Data Co) - США;

· RealFlex (BJ Software Systems) - США;

· Sitex (Jade Software) - Великобритания;

· Citect (CI Technology) - Австралия;

· WinCC (Siemens) - Германия;

· RTWin (SWD Real Time Systems) - Россия;

· САРГОН (НВТ - Автоматика) - Россия;

· MIK$Sys (МИФИ) - Россия;

· Cimplicity (GE Fanuc) - США;

· RSView (Rockwell Automation) - США и многие другие.

Последовательность представления пакетов в приведенном выше перечне в достаточной степени случайна. Констатируется лишь сам факт существования той или иной системы. Предлагается исходить из предпосылки, что SCADA-пакет существует, если с помощью него уже реализовано хотя бы несколько десятков проектов. Вторая предпосылка - нет абсолютно лучшей SCADA-системы для всех случаев применения. SCADA - это всего лишь удобный инструмент в руках разработчика, и ее адаптация к конкретной системе автоматизации - вопрос квалификации и опыта.

Основные функции SCADA-систем.Программное обеспечение типа SCADA предназначено для разработки и эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами. Резонно задать вопрос: а что же все-таки первично – разработка или эксплуатация? И ответ в данном случае однозначен – первичным является эффективный человеко-машинный интерфейс (HMI), ориентированный на пользователя, т. е. на оперативный персонал, роль которого в управлении является определяющей. SCADA – это новый подход к проблемам человеческого фактора в системах управления (сверху вниз), ориентация в первую очередь на человека (оператора/диспетчера), его задачи и реализуемые им функции.

Такой подход позволил минимизировать участие операторов/диспетчеров в управлении процессом, но оставил за ними право принятия решения в особых ситуациях.

А что дала SCADA-система разработчикам? С появлением SCADA они получили в руки эффективный инструмент для проектирования систем управления, к преимуществам которого можно отнести:

· высокую степень автоматизации процесса разработки системы управления;

· участие в разработке специалистов в области автоматизируемых процессов (программирование без программирования);

· реальное сокращение временных, а, следовательно, и финансовых затрат на разработку систем управления.

· регистрация значений основных технологических и хозрасчетных параметров;

· анализ полученных данных и их сопоставление со сменно-суточными заданиями и календарными планами;

· учет и регистрация причин нарушений хода технологического процесса;

· ведение журналов, составление оперативных рапортов, отчетов и других документов;

· предоставление данных о ходе технологического процесса и состоянии оборудования в вышестоящие службы и т. д.

Раньше в операторной (диспетчерской) находился щит управления (отсюда - щитовая). Для установок и технологических процессов с несколькими сотнями параметров контроля и регулирования длина щита могла достигать нескольких десятков метров, а количество приборов на них измерялось многими десятками, а иногда и сотнями. Среди этих приборов были и показывающие (шкала и указатель), и самопишущие (кроме шкалы и указателя еще и диаграммная бумага с пером), и сигнализирующие. В определенное время оператор, обходя щит, записывал показания приборов в журнал. Так решалась задача сбора и регистрацииинформации.

В приборах, обслуживающих регулируемые параметры, имелись устройства для настройки задания регулятору и для перехода с автоматического режима управления на ручное (дистанционное). Здесь же, рядом с приборами, находились многочисленные кнопки, тумблеры и рубильники для включения и отключения различного технологического оборудования. Таким образом решались задачи дистанционного управления технологическими параметрами и оборудованием.

Над щитом управления (как правило, на стене) находилась мнемосхема технологического процесса с изображенными на ней технологическими аппаратами, материальными потоками и многочисленными лампами сигнализации зеленого, желтого и красного (аварийного) цвета. Эти лампы начинали мигать при возникновении нештатной ситуации. В особо опасных ситуациях предусматривалась возможность подачи звукового сигнала (сирена) для быстрого предупреждения всего оперативного персонала. Так решались задачи, связанные с сигнализацией нарушений технологического регламента (отклонений текущих значений технологических параметров от заданных, отказа оборудования).

Хотелось бы отметить, что с появлением современных программно-технических средств автоматизации, рабочих станций операторов/диспетчеров, функционирующих на базе программного обеспечения SCADA, щиты управления и настенные мнемосхемы не канули безвозвратно в лету. Там, где это продиктовано целесообразностью, щиты и пульты управления остаются, но становятся более компактными.

Оказалось, что большинство задач, стоящих перед создателями программного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП различных отраслей промышленности, достаточно легко поддается унификации, потому что функции оператора/диспетчера практически любого производства достаточно унифицированы и легко поддаются формализации.

Таким образом, базовый набор функций SCADA-систем предопределен ролью этого программного обеспечения в системах управления (HMI) и реализован практически во всех пакетах. Это:

· сбор информации с устройств нижнего уровня (датчиков, контроллеров);

· прием и передача команд оператора/диспетчера на контроллеры и исполнительные устройства (дистанционное управление объектами);

· сетевое взаимодействие с информационной системой предприятия (с вышестоящими службами);

· отображение параметров технологического процесса и состояния оборудования с помощью мнемосхем, таблиц, графиков и т.п. в удобной для восприятия форме;

· оповещение эксплуатационного персонала об аварийных ситуациях и событиях, связанных с контролируемым технологическим процессом и функционированием программно-аппаратных средств АСУ ТП с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях.

· хранение полученной информации в архивах;

· представление текущих и накопленных (архивных) данных в виде графиков (тренды);

· вторичная обработка информации;

· формирование сводок и других отчетных документов по созданным на этапе проектирования шаблонам.

К интерфейсу, созданному на базе программного обеспечения SCADA, предъявляется несколько фундаментальных требований:

· он должен быть интуитивно понятен и удобен для оператора/диспетчера;

· единичная ошибка оператора не должна вызывать выдачу ложной команды управления на объект.

Читайте также: