Для чего предназначено программное обеспечение асу приг

Обновлено: 25.06.2024

Совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для решения задач, и обработки информации с применением вычислительной техники в АСУ представляет собой математическое обеспечение АСУ.

Под математической моделью понимают систему математических соотношений, описывающих изучаемый процесс или явление, а пол алгоритмом-точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведущий от варьируемых начальных данных к искомому результату.

Алгоритм, записанный в форме, воспринимаемый программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), называется программой. Совокупность программ, обеспечивающая реализацию функций систем управления технологическими процессами, заданное функционирование комплекса технических средств АСУ ТП и предполагаемое развитие системы, представляет собой программное обеспечение АСУ ТП.

В приведенное выше определение МО АСУ не включены программы, однако программное обеспечение естественно рассматривать как часть математического обеспечения, поскольку оно является лишь специфической формой его выражения. Многие авторы прямо отождествляют МО и ПО.

Точка зрения на МО как расширение возможностей технических средств легла в основу определения МО, приведенного в словаре по кибернетике: математическое обеспечение ЦВМ - это комплекс аппаратно, микропрограммно и программно реализуемых алгоритмов, постоянно функционирующих в программируемых логических контроллерах (ПЛК) и характеризующих ее логические и математические возможности.

Программное обеспечение в свою очередь подразделяют на общее и специальное. Общее программное обеспечение АСУ ТП (ОПО АСУ ТП) представляет собой ту часть ПО, которую обычно поставляют в комплекте со средствами вычислительной техники. К нему относятся программы для автоматизации разработки программ, компоновки ПО, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные программы.

Специальное программное обеспечение АСУ ТП (СПО АСУ ТП) - часть ПО, представляющая собой совокупность программ, разрабатываемых при создании системы на базе и с использованием программ ОПО АСУ ТП.

Специальное программное обеспечение, кроме программ, обеспечивающих выполнение определенных функций конкретной АСУ, могут содержать организующие и вспомогательные программы, так как программы организации вычислительного процесса, поставляемого серийно, могут не удовлетворять требованиям конкретной АСУ ТП. Разработчики в этом случае приходится либо самостоятельно разрабатывать дополнительные элементы организующей системы, либо проектировать организующие программы заново.

Таким образом, с точки зрения приведенного определения принципиальных границ между СПО и ОПО нет и по мере развития и типизации отдельных элементов СПО они могут переходить в состав ОПО.

Более четкими является разделение по функциональному признаку, согласно которому МО (ПО) можно разделить на две части: системное математическое обеспечение и прикладное. Системное МО (ПО) представляет собой комплекс управляющих и обрабатывающих программ, описаний и инструкций, которые обеспечивают техническое функционирование вычислительной системы, а также разработку, отладку и выполнение программ пользователей. Прикладное МО представляет собой совокупность программ решения конкретных функциональных задач.

По способу программной реализации МО (ПО) иногда разделяют на внешнее и внутреннее. При этом внутреннее МО программно реализуется непосредственно на данной ЦВМ, внешним МО считается такое, для программной реализации которого используются другие промышленные компьютеры, как правило универсальные (обычно обладающие большей вычислительной мощностью и более развитым программным сервисом).

Общее программное обеспечение систем управления технологическими процессами

Общее программное обеспечение включает в себя алгоритмические языки и языки программирования с соответствующими компилирующими системами; операционную систему, осуществляющую общую организацию процесса обработки информации и связь ЭВМ с технологическим объектом управления и операторами систем, обслуживающую систему для отладки, контроля и диагностики неисправностей в ходе работы ЭВМ.

Общее программное обеспечение по характеру использования отдельных элементов разделяют на средства контроля, системы программирования и операционную систему.

Средства контроля-совокупность средств, предусмотренных в ЭВМ и в программах для обнаружения ошибок в работе. Они предназначены для проверки работоспособности, наладки и технической эксплуатации машины. Средства контроля промышленных компьютеров можно подразделить на средства диагностики, программно-логический, программный, тестовый, аппаратурный и программно-аппаратурный контроль. Средства диагностики обеспечивают автоматический поиск ошибки и выявление неисправностей с определенной локализацией ее в ЦВМ и ее составных частях. Программно-логический контроль основан на использовании избыточности исходных и промежуточных данных программируемых логических контроллеров (ПЛК), позволяющих находить различные проверочные соотношения. Программный контроль осуществляется автоматически и состоит из программно-логического контроля и (или) тестовой проверки выполнения предусмотренных зависимостей или состояний. Тестовый контроль осуществляется с помощью тестов для проверки работы ЭВМ или ее частей. Аппаратурный контроль осуществляется автоматически с помощью встроенного в ПЛК оборудования. Программно-аппаратурный контроль включает в себя программный и аппаратурный контроли.

Система программирования должна освободить программиста о необходимости изложения задачи на машинном языке введением специального языка более высокого уровня. Система программирования включает в свой состав: входной язык системы программирования, называемый исходным; программу, обеспечивающую перевод с входного языка на машинный, называемому транслятором, и библиотеку стандартных подпрограмм. Система программирования позволяет снизить трудоемкость разработки программ для ЦВМ в той части, которая связна непосредственно с написанием программы.

Операционная система. Под операционной системой (ОС) понимается часть ПО, предназначенная для планирования и организации процесса обработки, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ и других вспомогательных операций обслуживания.

Рациональной и прогрессивной формой организации и представления СПО являются пакеты прикладных программ. Пакетом прикладных программ называют часть программного обеспечения систем управления технологическими процессами, представляющую собой совокупность их настройки для конкретного технологического объекта управления.

Операционная система-основное средство организации вычислительного процесса. Потребность в операционной системе при использовании управляющих ЦВМ обуславливается двумя основными факторами: эффективным использованием вычислительных ресурсов, в частности времени и памяти центрального процессора (ЦП), и скоростью реакции на события, происходящие в технологическом процессе.

При проектировании ПО АСУ ТП довольно распространена практика применения специально разработанной или модифицированной операционной системы реального времени. Тем не менее все более широкое применение находят универсальные промышленные операционные системы реального времени, поставленные с серийными средствами вычислительной техники. Вызвано это следующим: вычислительная мощность управляющих программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) бывает достаточна для того, чтобы выдержать балласт (неиспользуемые компоненты) универсальной ОСРВ; в современных универсальных ОСРВ достигается лучшее соотношение между гибкостью системы и числом балластных операций; разработка и реализация новой промышленной операционной системой реального времени на промышленных компьютерах связана с большими трудовыми и материальными затратами.

Решающим толчком к разработке, специализированной или модификации существующей ОСРВ является несоответствие последних требований, предъявляемым функциями систем автоматизации, например, слишком большое время реакции, невысокая точность временных отсчетов, отсутствие элементов синхронизации вычислительного процесса с технологическим, недостаточная развитость некоторых вспомогательных функций и т.д. Изменить отдельные части труднее, чем написать новые специализированные промышленные операционные системы реального времени, так как на серийно поставляемые промышленные операционные системы реального времени обычно отсутствует хорошая документация, в силу чего трудно установить все связи заменяемого модуля с другими и заменяющий модуль невозможно отладить. В любом случае без хорошего понимания принципов работы ОСРВ невозможно создание работоспособного программного обеспечения систем автоматизации.

Управление ресурсами - одна из основных функций любой операционной системы. Вычислительная машина располагает ресурсами 4-х видов: время центрального процессора; память; устройства ввода-вывода; программное обеспечение.

Первые три ресурса обычно называют физическими ресурсами, последний- логическим. Использование ресурсов обычно связывают с понятием процесса. Процесс-логическая сущность, которая выражается в виде последовательности действий во времени для достижения некоторой целевой функции. Процесс обычно ассоциируется с одной или несколькими программами, которые он интерпретирует (обычно составляющих задачу). Программа, являясь набором команд, описывает правила, согласно которым развивается процесс, являющийся исполнением этих команд.

Синхронизация процессов. В каждый момент времени физические и логические ресурсы только одному процессу. Ресурс, допускающий обслуживание только одного пользователя за один раз, называется критическим. При использовании таким ресурсами следует синхронизировать действия процессов таким образом, чтобы он всегда находился в распоряжении не более одного из процессов: если один процесс пользуется в данный момент ресурсом, то все остальные процессы, которым нужен этот процесс, временно получают отказ и должны ждать, пока он не освободится. Места внутри процесса, в которых происходит обращение к критическим ресурсам, называются критическими участками. Они должны быть взаимно исключаемыми.

Чтобы не допустить одновременного обращения к критическим участкам, в системе предусматривают механизм синхронизации процессов, обладающий двумя свойствами: если один или несколько процессов, хотят обратиться к своим критическим участкам, то по меньшей мере один их них должен в конце концов получить разрешение войти в свой критический участок; в каждый момент не более чем одному процессу разрешается находиться в своем критическом участке. Существует несколько решений проблем синхронизации критических участков, среди которых простейшими являются: блокировка памяти, использование семафоров и почтовых ящиков.

При блокировке памяти взаимное исключение реализуют аппаратно, сделав операции над памятью неделимыми. При этом при попытке двух процессов поместить какие-либо значения в одну и ту же ячейку, спор разрешается аппаратурой: одному процессу разрешается выполнить операцию засылки немедленно, а другому приходиться ожидать окончания первого.

Семафор, называемый иногда также общим семафором-это целая переменная, значение которой могут менять только операции. Семафор, максимальное значение которого равно единице, называется двоичным. С помощью двоичного семафора процессы могут организовывать взаимное исключение.

Семафоры можно использовать и для синхронизации. Например, процесс 1 может попросить процесс 2 выполнить некоторую работу. До тех пор, пока процесс 2 не закончит работу, процессу 1 нечего делать. Поэтому он обращается к операции Р (ожидание), где ожидание-это семафор с начальным значением, равным нулю. Когда процесс 2 заканчивает работу, он сообщает об этом процессу 1, выполнив для этого операцию В (ожидание). Тогда процесс 1 может продолжать работу. Такой способ в принципе не отличается от способа использования критического участка, так как процесс 2 можно рассматривать как ресурс, защищенный семафором ОЖИДАНИЕ. Однако при использовании семафоров для синхронизации и управления ресурсами возникают трудности, связанные с организацией очереди к семафору.

Пользуясь элементарными операциями, например, семафорами, процессы могут для синхронизации своих действий блокировать друг друга и снимать блокировку один с другого. Однако, если элементарными синхронизирующими операциями пользоваться неосторожно, о могут возникнуть непредвиденные затруднения.

В операционных системах автоматизированных систем управления для ожидания освобождения ресурсов устанавливаются очереди. Природа контролируемого ресурса и требования со стороны объекта являются главными факторами, определяющими алгоритмы, по которым строиться управление обработкой очередей.

Алгоритм FIFO-обслуживание в порядке поступления требований. Новые заявки помещают в конце очереди, а первыми обслуживаются заявки, находящиеся в ее начале. Чтобы определить очередь, достаточно знать месторасположение первой заявки и число заявок в очереди.
Алгоритм LIFO является как бы обратным алгоритму FIFO. Здесь последняя пришедшая заявка обслуживается первой. Данный алгоритм используют для организации так называемой магазинной памяти, что часто является весьма необходимым для некоторых элементов ОС на промышленных компьютерах.
Круговой циклический алгоритм RR. По этому алгоритму заявки обслуживаются некоторым устройством (например, процессором) в порядке их поступления, причем каждая обслуживается обычно в течение некоторого кванта времени (квант обслуживания). Если работа, соответствующая заявке, например, программа в процессоре, была выполнена в течение этого кванта времени, то заявка покидает очередь. В противном случае заявка ставится в конец имеющейся очереди, где она будет ожидать дальнейшего обслуживания.
Алгоритм FB_N. Согласно этому алгоритму организуется N очередей. Поступившая заявка на обработку занимает конец первой очереди.

Алгоритм Корбато. Этот алгоритм рассчитан не обработку многих очередей. Поступившая в систему программа попадает не в самую первую очередь, а в очередь с номером, зависящим от параметров входящей программы. В данном алгоритме существует определенное правило присвоения приоритетов для новых программ в системе. Уровень приоритета, присвоенный каждой новой программе, соответствует номеру очереди, в конец которой данная программа и будет помещена. Правило присвоения приоритетов основано на предположении, что время счета программы пропорционально ее объему.

ПО АСУ ПО - совокупность прораммных средств и документации.предназначенной для автоматизации процессов разработки и выполнения программ решения прикладных задач АСУ и эксплуатации ВК.

Затраты на разработку ПО в 2 раза выше, чем для КТС. Совершенствование АСУ тесно связано с развитием ВК, а следовательно с программным обеспечением. Эволюция ЭВМ и ПО ЭВМ I поколения обладает невысоким быстродействием, памятью, ЗУ и ориентированны на обработку только цифровой информации и характеризуются последрвательным выполнением операций.

Программирование осуществлялось на машинном языке при индивидуальной отладке. Библиотеки стандартных программ включают программы вычисления элементарных функций. Процесс такой разработки был крайне трудоемок и малопроизводителен. Поэтому важны средства автоматизации программирования.

II поколение - высокий уровень параллелинизма в работе устройств и узлов ЭВМ: система прерывания, защиты памяти, система совмещения операций ввода-вывода и обработки данных в центральном процессоре. Резко увеличилась производительность.

Многопрограммный режим с отстранением программиста от непосредственной эксплуатации ЭВМ. Для этого потребовалось создание специальных программных комплексов организующих управление вычислительным процессом. Они включают СУ вводом-выводом, СУ работами, СУ диспетчер для реализации мультипрограммной работы

ЭВМ. Управляющие программы /супервизоры/ организуют многопрограммный режим с распределением ресурсов между задачами, обеспечивают защиту данных, надежность системы. Развились средства автоматизации программирования, программы писались на машинно-ориентированном языке. Он позволяет при помощи одного оператора описывать группу часто реализуемых команд.

Проблемно-ориентированные языки развиваются для решения задач в какой-то конкретной области применения / экономические, научные исследования/ и не связаны с типом ЭВМ. Это привело к выделению ПО АСУ. III поколение ЭВМ. Позволило организовывать комплекс ЭВМ с преемственностью разработанных программ при переходе от одной модели ЭВМ к другой. Совершенствовалась структура ПО. Совершенствование ЭВМ привело к резкой реализации мультипрограммирования. Наряду с пакетной обработкой получили режимы коллективной обработки задачи, разделения времени и реального времени. Больше требований к ПО, их адаптируемости к ЭВМ. Стандартные программы не встраиваются, а получаются модули рабочих программ, ППП. Использование ППП на 80% снижает трудоемкость написания новых программ и следовательно практически сводит к минимуму самостоятельное программирование. Увеличилась надежность ЭВМ.

IY поколение связано с реализацией распределенной обработки данных. ЭВМ реализуется на интегральных схемах и объединением в ВК. Наличие многоуровневой памяти / виртуальной /, позволяющей программисту использовать практически бесконечный диапазон адресатов. Но усложнение логики взаимодействия пользователя с ВК / с сетью ЭВМ / и обеспечение типовых возможностей таких систем / возможность интеграции информационных ресурсов / требует дальнейшего развития ПО АСУ.

ЭВМ Y поколения. Их отличие состоит в качественном переходе от обработки данных к обработки знаний. Знание - это значительно более широкая категория, чем "индивидуальные данные".

Знания связаны не только с накоплением данных, но с обобщением опыта получаемым человеком, осознания фактов или явлений.

Поэтому обработка знаний является интеллектуальным процессом, где наряду с обычными функциями хранения, поиска и обработки информации, существует стержневая функция логического вывода.

ЭВМ Y поколения - это класс ВТ, в котором впервые будут реализованы принципы искусственного интеллекта, направленные на автоматизацию процессов обработки.

Существующие ЭВМ / последовательного действия / не позволяют реализовать эти принципы, из-за ограничений. Для обработки знаний требуется осуществить от 100 млн до 1 млр операций логического вывода в секунду / в обычных ЭВМ от 100 до 1000 /. Для этого нужен переход:

- на новую элементную базу / сверхбольшие интегральные схемы с десятками и сотнями тысяч компонентов на одном кристалле /;

- на новые архитектуры ЭВМ / высокопараллельные, с числом процессорных элементов от 100 до 1000 штук /;

- на новые масштабы хранения, поиска и извлечения информации / память от сотен до тысяч гигабайт - миллиардов байт – при скоростях выборки в несколько сек./;

- на обработку знаний и полностью скрытое базовое ПО / интеллектуальный интерфейс "человек-машина" с речевыми и графическими средствами, машинный язык программирования сверхвысокого уровня /. Проект предложен в 1981 г. в Японии.

ПО включает набор разнообразных средств: управляющих функционированием ЭВМ; автоматизирующих процессы разработки программ; обеспечивающих эксплуатацию ВК; организующих взаимодействие программных комплексов при решении задач АСУ.

ПО АСУ делятся на два класса:

общесистемное ПО; прикладное / функциональное / ПО. Общесистемное программное обеспечение предназначено для организации вычислительных процессов, управления и контроля правильности функционирования ТС, автоматизации процедур разработки и отладки программ. Большинство средств общесистемного ПО носит универсальный характер и может использоваться в различных АСУ, т.к. практически не зависит от специфики решаемых в АСУ функциональных задач.

Прикладное ПО предназначено для решения конкретной задачи данной АСУ. Оно состоит из набора программ, базирующихся на общесистемном ПО и учитывающих его особенности и ограничения. В связи с этим прикладное ПО имеет невысокую универсальность.

ОС АСУ. Под ОС АСУ понимают совокупность программных средств, обеспечивающих эффективное функционирование КТС, управление вычислительными, информационными и программными ресурсами системы.

В состав ОС АСУ входят ОС ЭВМ и набор средств, расширяющих возможности ОС АСУ. ОС ЭВМ - состоит из комплекса программ управления задания-

ми данными, задачами / супервизор / и разнообразные сервисные программы. При этом ОС ЕС яаляется более мощной, развитой и универсальной системой и требует намного больше ресурсов, чем требует ДРС ЕС.

В ОС АСУ имеются средства, расширяющие функции ОС ЭВМ в виде общесистемных ППП.

К ним относятся:

1.1. Средства управления вычислительным процессом - расширяют функции ОС за счет применения более совершенных и эффективных методов планирования выполнения работ, учет вычислительных процессов при решении задач АСУ. Эти средства учитывают характеристики выполняемых работ по использованию ресурсов ЭВМ, что позволяет оптимально планировать работы между вычислительными средствами. К таким средствам относятся Диспетчер, Администратор, Таймер в ДОС ЕС, в ОС ЕС - системная мониторная программа / СМП /, подсистемы планирования работ, КРОС и т.д.

1.2. Системы телеобработки обеспечивают возможность использования видов ресурсов ВС большим числом удаленных телекомуникационных методов доступа и реализации наряду с пакетной обработкой режимов удаленной пакетной обработки, разделения времени и реального времени.

Режим пакетной обработки – потребители не имеют прямого доступа к ЭВМ. Обработка запросов формируется в памяти, что сокращает время при переходе от одной программы к другой. При этом максимально и равномерно загружается все устройства ЭВМ.

Разделение времени - позволяет предоставить нескольким пользователям одновременное общение с машинной через устройства ввода-вывода, т.е. реализуется фактически индивидуальный режим.

Управление прерыванием задач осуществляется ОС.

Индивидуальный режим - предусматривает предоставление ЭВМ на определенное время в распоряжение пользователя. Этот режим наименее эффективен и применяется только в специальных случаях.

Мультипрограммирование обеспечивает одновременное решение нескольких задач по различным программам. Но в каждый момент времени решается только одна задача. Режим предусматривает прерывание процесса решения задачи, если это требуется с точки зрения повышения его эффективности, а затем продолжен с того места, на котором было осуществлено прерывание. Особенно эффективен этот режим при решении разнотипных задач, одни из которых больше загружают процессор, а другие - устройства ввода - вывода.

Мы также готовы доработать и модернизировать существующее программное обеспечение АСУ ТП.

Специалисты нашей компании имеют опыт работы с программными продуктами и оборудованием:

CoDeSys,	Simatic Step 7,	TIA Portal,
Schneider Unity Pro XL,	Mitsubishi MELSOFT iQ Works,	DirectSoft,
C-More,	Do-More,	Automation Studio,
TwinCAT,	Epsilon LD,	Click,
ISPSoft,	WPLSoft,	DOPSoft,
AB RSLogix,	AB Studio,	AB PicoSoft,
AB FTView,	AB PanelBuilder,	ScadaPack,
TURCK,	EasyBuilder.

Имеется опыт внедрения проектов на SCADA системах:

Wonderware InTouch,	Simatic WinCCFlexible,	Schneider Citec,
SCADA TRACE MODE,	MasterSCADA,	SCADA КРУГ-2000,
InduSoft Web Studio (Intouch EDGE),	AB RSView,	SIEMENS SIMATIC WinCC.

Важность программного обеспечения для АСУ ТП.

Весь производственный процесс сегодня, почти целиком является автоматизированным. Участие человеческого ресурса сведено до минимума, а на некоторых производствах и вовсе упразднено. За процесс автоматизации отвечает программное обеспечение, которое совершенствуется с каждым годом. Возможные пределы его развития не могут предсказать даже сами разработчики.

Весь информационный поток поступает и анализируется в вычислительном комплексе, который управляет всем производством. Поэтому крайне важно, чтобы при разработке программного обеспечения АСУ ТП достигалось максимальное соответствие со спецификой, направлением и оборудованием производства. Само по себе, ПО — это совокупность огромного количества различных программ, от которых зависит работа вычислительного комплекса: инженерных и рабочих станций, серверов и контроллеров. Программное обеспечение АСУ ТП так же влияет на те средства, которые являются ответственными за решение всех функциональных вопросов на этапах разработки, наладки, тестирования и эксплуатации системы. Поэтому, от качества ПО зависит успех всего производства.

Какого вида бывает программное обеспечение АСУ ТП?

Разработка программного обеспечения для АСУ ТП, комплекс программ, ответственных за автоматизацию производственного процесса, как говорилось выше, должен соответствовать самой специфике предприятия. Однако, вместе с этим, существует базовый программный пакет, который применим ко всем типам производства, и просто нуждается в правильной настройке. Исходя из этого, различают два вида ПО для АСУ ТП:

общее программное обеспечение — это и есть базовый набор программ, не имеющий привязки к конкретным объектам. К подобному виду ПО можно отнести компиляторы, SCADA-системы, редакторы, операционные системы и программы, обеспечивающие работу контроллеров. Общее ПО приобретается подобно другим техническим средствам на производстве;
специальное программное обеспечение — это комплекс программ, разработанный под конкретную систему автоматического управления. Основной задачей специального ПО является корректное распределение ресурсов на производстве, для достижения оптимальной продуктивности. Подобное программное обеспечение ответственно за управление человеческими и финансовыми ресурсами, а так же за стратегию по организации синхронизации целого производства и отдельных операций. Специальное ПО — это графический интерфейс, позволяющий создать и визуализировать технологические процессы.

Для чего применяются SCADA-системы?

В переводе с английского, аббревиатура SCADA означает предоставление оператору информационных услуг на верхнем уровне управления ТП. Если говорить проще, это SCADA АСУ ТП — это пакет программ, которые используются в реальном времени, при разработке, или обслуживания систем, отвечающих за все этапы формирования информационного потока об объектах управления и контроля. SCADA-системы используются во всех видах производства, где необходимо обеспечить в реальном времени автоматическое управление технических процессов.

Главным приоритетом в работе с SCADA-системами является то, что они могут предоставить актуальный информационный отчет, основанный на показателях, полученных с разных производственных точек. Работа в режиме реального времени, позволяет выявить корректное состояние производственных процессов, обнаружить все недостатки и нейтрализовать их. Это обеспечит бесперебойную работу всего предприятия и снизит вероятность аварийных ситуаций.

Особенности ПО для SCADA-систем.

Для автоматизированного управления технологических процессов возможно установить как закрытый, так и открытый тип SCADA-систем, но именно последний является наиболее привлекательным для производства. Всё дело в ограниченной работоспособности отрытого типа SCADA-систем — их всегда можно доработать и сделать более гибкими, исходя из специфики производства.

Специалисты IT сферы, могут устанавливать те драйвера, которые оптимально будут отвечать запросу предприятия и увеличивать скорость информационного потока. Чем быстрее передается информация, тем лучше работает всё производство. Особенно актуальным это становится, при подаче аварийных сигналов. Правильно подобранный драйвер увеличивает полномочия интеграторов АСУ ТП.

При разработка программного обеспечения для АСУ ТП или создании системы автоматизированного управления технологическими процессами, наиболее важно обеспечить надёжную и своевременную обработку всех аварийных ситуаций. Это касается как управленческой системы, так и ТП. В SCADA-системах, чаще всего создаётся отдельный блок отвечающий за эту функцию. Ему присваивается наивысший приоритет. Для того, чтобы обезопасить всю систему, используется метод создания резерва серверов и его индивидуальных задач, сетевых соединений и др.

Метод создания резервов, благодаря использованию интеллектуального алгоритма, позволяет не нагружать общую сеть. Основной сервер до наступления аварийных ситуаций, взаимодействует со всей аппаратурой и производственным оборудованием. Периодически, основной сервер передаёт информационный отчёт на свою резервную копию, где происходит архивирование и сохранение всех показателей. Если основной сервер, выходит из строя, то его резервная копия принимает управление на себя и продолжает производственный процесс. По мере восстановления основного сервера, на него поступают все данные с запасного сервера, собранные за всё время его управленческой работы.

Различие между SCADA-системами и АСУ ТП.

Часто, два этих понятия по ошибке считают одним и тем-же. На самом деле, SCADA-системы — это всего лишь программный продукт, который устанавливается на компьютере, и является частью системы автоматизированного управления технологических процессов. Участие SCADA-системам при разработке программного обеспечения АСУ ТП, позволяет разработчикам обеспечить всё производство надёжно организованным управлением при эксплуатации систем.

Что является главной целью создания АСУ ТП? Можно дать такой лаконичный ответ: мобилизация резервов повышения эффективности деятельности. На базе чего она строится? На основе комплекса экономико-математических методов, реализуемых на ЭВМ.

Основные понятия. Функции

Автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) обозначают сложным человеко-машинным ансамблем. Он составлен из различных инструментов: технических и программных. Посредством этих элементов создаются АСУ. Они осуществляют мониторинг работы оборудования. Кроме того, могут контролировать производственный процесс по установленным заранее критериям. Человек в ней выступает субъектом труда, участвуя в выработке команд управленческого типа. Внедрение АСУ ТП обеспечивает автоматизацию технологических операций на производстве, оптимизацию работы управляемых объектов на основе установленных критериев через оказание управляющих действий.

Введем еще одно важное понятие – технологический объект управления (ТОУ). Этот термин объединяет устройства и соответствующие ТП, реализуемые на них по исходным инструкциям. Примеры ТОУ:

- агрегаты, установки, осуществляющие ТП;

- цех, предприятие, на котором реализуется производственный процесс при условии, что управление ими имеет преимущественно технологический характер. Другими словами, когда реализуются рациональные условия работы имеющихся агрегатов на разных участках или в целом на производстве.

Основные этапы создания АСУ ТП проектирование и разработка. Уже на начальном этапе должна быть осуществлена постановка запланированных результатов функционирования системы. Такими результатами, на достижение которых ориентирована система, например, можно считать:

- экономию различных экономических ресурсов (топлива, сырья, материалов);

- безопасность функционирования объектов, а также ее обеспечение;

- достижение требуемого качества конечного изделия (продукта);

- сведение к минимуму использование живого труда;

- обеспечение оптимальной загрузки техники;

- вопросы оптимизации условий функционирования оборудования.

Осуществление управляющих команд гарантировано, когда четко взаимодействуют ресурсы, образованные техническими, информационными, организационными, программными средствами, а также персоналом.

Состав АСУ ТП

Охарактеризуем эти составляющие. Блок технического обеспечения (ТО) составлен из технических компонентов, необходимых для работы системы. Комплекс технических средств (КТС) состоит из совокупности компонентов, в числе которых:

- вычислительные, управляющие блоки;

- датчики, преобразовывающие, хранящие, отображающие, регистрирующие эту информацию или сигналы;

- устройства, позволяющие передавать сигналы исполнительным органам.

Программное обеспечение (ПО) задается группой программ, которые необходимы для того, чтобы реализовать функции АСУ ТП, обеспечить работу технических средств и возможное развитие самой системы. ПО принято подразделять на два вида: общее и специальное. Общее ПО входит в комплект вместе с вычислительной техникой. К этой категории относятся такие продукты, которые:

- позволяют системе функционировать, развиваться;

- автоматизировать процесс разработки утилит, компоновать ПО;

- способны обеспечить функционирование вычислительной техники;

- служат для организации, трансляции программ;

- относятся к стандартным программам.

Разработка программного обеспечения АСУ ТП в части специального ПО производится на основе и с применением программ, относящихся к общему виду. К ним можно отнести программы, реализующие набор основных (управляющих и информационных), а также вспомогательных функций. Образцы функций вспомогательного характера:

- обеспечить функционирование КТС;

- проверить ввод информации;

- контролировать функционирование КТС.

Программирование АСУ ТП предполагает сохранение и передачу специальных программ, обладающих перспективой многократного применения соответствующим фондам. Кроме того, они могут быть переданы фирмам-изготовителям, создающим вычислительную технику. Такие программы включаются в комплект общего ПО.

Блок информационного обеспечения (ИО) наполнен: информацией, массивами данных и документами, классификационными системами, обеспечивающими функционирование АСУ ТП. Организационное обеспечение (ОО) – описания, инструкции, регламенты, которым следует оперативный персонал. К оперативному персоналу (ОП) следует отнести технологов-операторов, а также персонал по эксплуатации.

Классификация

Планирование и проведение разработок АСУ ТП проводится с учетом того, что эти системы отличаются большим разнообразием. Поэтому, решая комплекс научно-технических, организационных задач, приходится сталкиваться с проблемой классификации АСУ ТП. В качестве классификационного признака можно выбрать существенные факторы (показатели), присущие этим системам. Выбор того или иного признака определяется поставленными целями:

- выбор системы-аналога на раннем этапе, когда начинается разработка АСУ ТП;

- оценка ресурсов, связанных с укрупнением работ;

- установление качества всей системы, ее капиталоемкости.

Исходя из сказанного, классификационными признаками выбираются параметры, определяемые:

- уровнем, занимаемом АСУ ТП в общей структуре производства;

- временным характером осуществления ТП;

- индексом, характеризующим условную информационную мощность;

- критерием, определяющим функциональную надежность;

- тем, как функционирует управляющая система.

Приведем примеры соответствующих классификаций по первым 2-м указанным признакам.

В таблице 1 указана классификация, основанная на таком признаке, как уровень, отводимый в производственной структуре.

Классификация АСУ ТП (уровень, отводимый в производственной структуре)

Набор агрегатов, установок, участков

Различные установки, цеха, целое производство (без АСУ ТП нижнего уровня)

То же, что в классе 2, с добавлением систем нижнего уровня

По тому, как хронологически протекает ТП, классификация систем осуществляется согласно данным таблицы 2.

Классификация АСУТП (характер протекания управляемого ТП)

В случае непрерывного ТП

Непрерывного типа, при условии длительной поддержки режимов, почти установившиеся, реагенты и сырье подается бесперебойно

В случае непрерывно-

Наличие непрерывных и прерывистых условий работы различных агрегатов сочетаются

В случае дискретного ТП

Имеет прерывистый характер, но без отражения на управление периодом технологической операции

Уровни АСУ ТП и разработка ПО

Разработка по АСУ ТП осуществляется с учетом наличия 4-х уровней:

полевого уровня или ТП;
контроллерного уровня или контроля ТП;
сетевого уровня или магистральной сети;
верхнего уровня или человеко-машинного интерфейса.

На полевом (нижнем) уровне происходит накопление информации, обеспечивающей работу всей системы. Этот уровень гарантирует адресное поступление управляющих воздействий. В комплект оборудования этого уровня включены: преобразователи (датчики), механизмы и исполнительные органы.

На контроллерном уровне осуществляют сбор, начальную обработку сигналов (дискретные/аналоговые), формируют управляющие сигналы, направляемые на исполнительные органы. Задача оборудования этого уровня – обеспечение необходимого распределения сигналов (входных/выходных), аналого-цифрового, цифро-аналогового преобразования.

Сетевой уровень выступает в роли связующей цепи между контроллерами, а также операторными станциями. В его основе цифровая сеть, собранная из множества узловых точек. Между ними предусмотрен цифровой способ обмена информации. Однако, на сегодняшний день не существует стандартной сети.

Верхний уровень характеризуется тем, что на нем визуализируется, а также происходит взаимодействие системы с человеком (диспетчером или оператором). ПО плюс оборудование этого уровня ориентировано на выполнение информационных функций, связанных со сбором, обработкой, хранением, выдачей информации по команде диспетчера. Оператор (диспетчер) взаимодействует с ТП посредством интерфейса.

Процесс разработки ПО, обслуживающего верхний и полевой уровни АСУ ТП, является комплексным. Он начинается с этапа, на котором изучается объект автоматизации. После определения специалистами актуального состояния предприятия, они приступают к составлению, а также согласованию с клиентом технического задания (ТЗ). После утверждения ТЗ следует приступить к подбору технических средств, соблюдая, оптимальное соотношение по шкале цена/качество. Этап создания проектной документации, как правило, сопровождается составлением электрических схем, описанием баз данных, алгоритмов.

Таким образом, задачами внедрения АСУ ТП является улучшение следующих критических показателей, в числе которых:

- снижение количества аварийных случаев, периода простоя технологического оборудования;

- снижение затрат на ремонт благодаря мгновенному определению неисправностей, уменьшению эксплуатационной трудоемкости;

- увеличение производительности труда путем уменьшения дублированных функций;

- повышение качества выпускаемой продукции;

- улучшение условий деятельности, повышение уровня безопасности.

Конкретные производственные и экономические цели определяют выбор тех или иных подсистем и групп задач АСУ ТП. При этом необходимо опираться на имеющиеся типовые проектные решения, пакеты прикладных программ, позволяющих снизить затраты на разработку и внедрение ПО.

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.

Читайте также: