Часть 3. Комплекс индивидуальных заданий 98

3.1. ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ И ЗАЩИТЫ ПРОЕКТА 98

3.2. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМ ПЕРЕДЕЛАМ 99

3.2.1. Агломерационные машины. Подготовка шихтовых материалов 99

3.2.2. Доменный процесс 100

3.2.3. Сталеплавильные печи 101

3.2.4. Нагревательные печи 101

3.2.5. Прокатное производство 102

ЛИТЕРАТУРА 103

Введение

Операционные системы реального времени (ОС РВ) – это специальный класс программного обеспечения нижнего уровня, на базе которого разрабатываются так называемые системы реального времени (СРВ). Несмотря на то, что СРВ могут представлять собой приложения различного масштаба – от встроенного в часы электронного секретаря-ассистента до глобальной системы банковских транзакций, – их общей отличительной чертой является способность дать правильный ответ на любое разрешенное событие за время, не превосходящее некоторый, заранее определенный интервал («реальное время»).

Для создания СРВ необходимо, кроме наличия в качестве основы ОС РВ, правильно спроектировать систему в целом, учитывая такие параметры, как производительность аппаратных средств, возможные объемы информационных потоков, мощность каналов связи и т.п. Процесс разработки такой системы завершается не менее ответственным этапом кодирования и отладки, а также проведением достаточно длительных испытаний.

На рынке присутствует множество коммерческих ОС РВ [1]. Некоторые, широко известные и имеющие многочисленные внедрения: Nucleus PLUS, CMX-RTX, ThreadX, VRTX, Windows CE и Windows NT Embedded, OS-9, RTOS-32, QNX, ChorusOS и др. Все они имеют поддержку языка C, как основного языка разработчиков СРВ, и библиотеки графических функций для создания удобного пользовательского интерфейса для устройств отображения.

В частности, ОС РВ QNX является высокопроизводительной сетевой операционной системой реального времени, специально разработанной для систем управления процессами [2]. «Визитной карточкой» QNX является архитектура микроядра. Маленькое микроядро размером около десятка килобайт позволяет разместить целиком его копию вместе с драйверами прерываний в кэше процессора, что обеспечивает непревзойденную производительность приложений с большим числом задач. Построение системы для конкретного приложения базируется на модульном принципе – отбираются только те функции, которые требуются в данном случае.

ОС QNX широко применяется во многих программируемых логических контроллерах (ПЛК) для систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности [3]. В QNX портирована целевая (target) задача ISaGRAF, представляющая собой популярное программное средство для контроллеров. ISaGRAF обеспечивает не только функционирование приложения на контроллере, но и удобный интерфейс технологического программирования на хост системе Windows, которая может располагаться удаленно от целевой системы.

С другой стороны данные, которые получает ПЛК, сетевой подпрограммой целевой задачи ISaGRAF для QNX пересылаются в систему сбора данных и диспетчерского управления (SCADA), контролирующую работу оборудования целой технологической линии, цеха или всего завода.

Благодаря развитию целевой задачи ISaGRAF для QNX появился специализированный модуль связи, который позволил контроллерам связываться между собой без посредства систем верхнего уровня и использовать данные одного ПЛК при управлении с другого удаленного ПЛК. Такие системы получили название распределенные системы управления (DCS). Решение на базе ISaGRAF для QNX – это первое открытое решение для DCS.

Системы автоматизации верхнего уровня АСУ ТП, так называемые системы сбора данных и диспетчерского управления (Supervisory Control And Data Acquisition – SCADA), построенные на базе ОС РВ QNX, также наследуют все преимущества более высокой реактивности и устойчивости по сравнению с решением на базе ОС общего назначения. Задачами SCADA являются сбор и архивация данных, поступающих от ПЛК и других устройств нижнего уровня (датчиков и исполнительных механизмов), мониторинг параметров, выдача сигналов тревог или иных сообщений, визуализация процесса или осуществление человеко-машинного интерфейса для контроля технологического процесса оператором, а также анализ накопленных данных или их передача в системы более высокого уровня [4].

Первой инструментальной системой для построения SCADA на базе ОС РВ QNX был пакет RealFlex, разработанный первоначально для систем удаленного контроля за работой нефтедобывающих морских платформ. Затем появились Sitex, PCP Virgo и другие. Появление программного продукта SCADA/Softlogic S3 разработки компании RTS-Ukraine позволило кардинально ускорить и удешевить разработку, а самое главное упростить модификацию, масштабирование и сопровождение создаваемых систем, исключить субъективную зависимость от автора-программиста [5].

Пакет S3-IDE (Silver Solutions Studio – Integrated Development Environment) представляет собой интегрированную инструментальную среду, которая обеспечивает полный цикл создания систем сбора данных и управления, функционирующих в реальном масштабе времени под управлением ОС РВ QNX. S3 по своим возможностям может быть отнесен к классу SCADA-систем (Supervisor Control and Data Acquisition), основным свойством которых является возможность разработки систем сбора данных и управления в режиме визуального проектирования, не прибегая к написанию кода. SCADA/Softlogic S3 предоставляет возможность визуального создания мнемосхем, формирования графиков и отчетов.

Последовательная реализация в Silver концепции SoftPLC на основе открытых архитектурных решений придает разрабатываемым информационно-управляющим системам дополнительную функциональность и гибкость. Интеграция целевой ISaGRAF обеспечивает выполнение алгоритмов управления, реализованных на технологических языках, соответствующих стандарту МЭК 61131–3.

Основной целью данного методического пособия является изложение перспективного метода автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) на основе SCADA-технологий. В первой части методического пособия рассмотрены основные компоненты, функции и возможности системы диспетчерского управления и сбора данных Softlogic S3, а также вопросы, связанные с особенностями проектирования АСУ в среде S3 под управлением ОС РВ QNX. Во второй части описаны этапы создания системы автоматизированного управления в S3 на примере АСР температуры в нагревательной печи, который позволит студентам реализовать собственные проекты в соответствии с индивидуальными заданиями, предложенными в третьей части пособия.

Навыки, полученные студентами при разработке проектов и последующем исследовании АСУ с помощью SCADA/Softlogic S3 на ПЭВМ, будут полезными при выполнении магистерских работ и дипломных проектов, а также в практической инженерной деятельности.