2.6.5. Диспетчеризация в рамках асутп
Промышленные компьютеры верхнего уровня АСУТП обеспечивают управление техпроцессом в режиме диспетчеризации. Диспетчерское управление является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами, каковыми является системы АЭП в современных технологических комплексах. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупнейшие АСУТП в промышленности, энергетике, на транспорте и в других областях их применения.
Проблема диспетчерского управления стала особенно актуальной за последние 20 лет, когда резко возросло количество находящихся в эксплуатации высокоэффективных и высоконадежных систем автоматизации. Их создание не было бы возможным без организации высокоэффективного обмена информацией между человеком-оператором и автоматизированным комплексом путем построения соответствующего человеко-машинного интерфейса. Таким интерфейсом явилась система SCADA (Supervisory Control and Automated Data Acquisition) – автоматизированная система сбора данных и оперативного диспетчерского управления.
Система SCADA предусматривает инструментальное и оперативное программное обеспечение (ПО). Ее инструментальный комплекс обеспечивает разработку конкретного ПО, обслуживающего АРМ технолога и оператора (диспетчера). Разработанные оперативные программы реализуются на рабочих местах в определенной операционной среде.
Система SCADA организует процесс сбора информации в режиме реального времени, т.е. практически одновременно с событиями контролируемого техпроцесса. Обработанная информация поступает к оператору (диспетчеру), контролирующему ход процесса, для анализа и принятия, при необходимости, управленческих решений. Оператор несет, как правило, ответственность, за управление автоматизированным процессом, который при нормальных условиях требует лишь некоторой подстройки параметров для обеспечения оптимальности контролируемого процесса. Поэтому активное участие оператора в процессе управления требуется нечасто и в непредсказуемые моменты времени, обычно – для устранения неполадок и ликвидации последствий нештатных ситуаций. Основные функции оператора таковы:
- планирование ближайших действий в течение рабочей смены;
- обучение (программирование) системы управления на запланированные действия;
- отслеживание автоматического функционирования управляемого ТО;
- вмешательство в течение техпроцесса в случае наступления критических событий или при необходимости подстройки параметров.
В соответствии с перечисленными функциями оператора на SCADA-системы возлагаются следующие функции по созданию инструментального комплекса и обеспечению работы пульта управления в режиме реального времени:
сбор, первичная обработка и накопление информации о параметрах техпроцесса, полученной от контроллеров второго уровня управления и других цифровых устройств, связанных с пультом оператора непосредственно или через информационную сеть;
архивирование информации и ее дальнейшая вычислительная и логическая обработка;
отображение информации на дисплее операторской станции (АРМ) в виде различных мнемосхем, анимационных изображений, таблиц, графиков, выделение аварийных ситуаций и пр.;
ввод и передача команд оператора в управляющие устройства автоматизированного комплекса;
составление и ввод в действие прикладных управляющих программ, обеспечивающих функционирование АРМ;
обеспечение информационных связей с серверами, другими АРМ, с верхним уровнем управления (АСУП) через различные сетевые структуры;
печать отчетов и протоколов в заданные моменты времени, регистрация аварийных ситуаций.
SCADA-системы выпускаются под различными фирменными названиями: Trace Mode (AdАstra, Россия), Genesis (ICONICS, США), Bridge VIEW (National Instruments, США), WinCC (SIEMENS, Германия) и др. Их общими чертами является работа в операционной среде Windows и применение общих стандартов в процессе обмена информацией. Поэтому они не ограничивают выбора ЛУВМ (контроллеров, УЧПУ) нижнего уровня управления, предоставляют большой набор драйверов ввода – вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей драйверов для новых устройств нижнего уровня. Для связи драйверов ввода-вывода применяют два стандартных механизма протокола: DDE (Dynamic Data Exchange) и OLE (Object Linking and Embedding) для РС, или ОРС (Ole for Process Control) – система обмена информацией, ориентированная на обмен информацией в режиме реального времени и потому предпочтительная для АСУТП.
В качестве примера рассмотрим графический человеко-машинный интерфейс (кадр управления), созданный для управления насосно-перекачивающей станцией (НПС) в рамках SCADA-системы (рис.2.8). Непосредственное управление НПС обеспечивается контроллером второго уровня. Кадр управления, приведенный на рис.2.8., позволяет управлять НПС с пульта управления АРМ оператора.
Рис. 2.8. Графический кадр управления насосно-перекачивающей станцией
Графический интерфейс состоит из следующих элементов:
СН1, СН2, СН3, СН4 – сетевые насосные агрегаты;
ПЧ – преобразователь частоты регулируемого электропривода агрегата СН1;
1А, 2А, 3А, 4А – задвижки с запорной арматурой на напоре НПС;
1Б, 2Б, 3Б, 4Б – задвижки с запорной арматурой на всасе НПС;
Г1, Г2 – головные задвижки с запорной арматурой;
1Р, 2Р – задвижки линии рециркуляции;
КРЦ – клапан рециркуляции;
Б3 – байпасная задвижка НПС;
Г3 – гидрозатвор;
РГ – расширитель гидрозатвора;
ВГ – вентиль гидрозатвора;
ОК – отсечной клапан;
БОК – байпас отсечного клапана.
Для создания графического кадра использовалась библиотека готовых символов, включающая в себя графические изображения трубопроводов, запорной арматуры, а также элементов электрооборудования. При программировании графического кадра необходимые элементы библиотеки символов переносятся мышью компьютера и помещаются на предназначенное им место в рабочей области экрана, обеспечивая соединение с другими элементами необходимым образом. Для отображения цифровой и текстовой информации формируются текстовые окна. Затем производится установка кнопок управления аналогично установке других графических элементов. К каждой кнопке привязывается соответствующая управляющая переменная.
Оператор управляет НПС, нажимая на кнопки кадра управления с помощью мыши. Для наглядности управления и привлечения внимания к происходящим событиям производится анимация кадра управления изменением цвета элементов и отображением движения жидкости по трубопроводам.