2.3. Эсрв верхнего уровня асутп

Как отмечалось ранее, структурное, функциональное и информационное выделение класса ЭСРВ верхнего уровня АСУТП зачастую может носить весьма условный характер. Достаточно распространенными являются случаи разделения функций систем данного класса и «миграции» (делегирования) этих функций на более низкие уровни системотехнической организации. Не менее частыми можно считать и случаи функциональной интеграции ЭСРВ верхнего уровня с корпоративными информационными системами уровня MES, EAM и выше. Кроме того, относительно последних перечисленных видов корпоративных систем ЭСРВ рассматриваемого класса являются нижестоящими и в ряде случаев могут выступать в роле управляемых (или координируемых) подсистем (т.е., интеллектуальные компоненты корпоративных систем могут передавать свои функции и полномочия в среду ЭСРВ верхнего уровня АСУТП). В связи с этим термин «ЭСРВ верхнего уровня АСУТП» в дальнейшем не будет употребляться в качестве определяющего классификационного признака.

В связи с большим многообразием сфер использования ЭСРВ на верхнем уровне АСУТП при выборе конкретных рассматриваемых практических приложений был принят критерий максимального охвата различных функциональных профилей систем данного класса в минимальном количестве примеров. По данному принципу были отобраны три отечественные разработки – системы СВБУ (базовые задачи, решаемые на интеллектуальной основе, – диагностика, прогнозирование, мониторинг и оперативная консультация), «Спек» (управляющая экспертная система с дополнительными функциями мониторинга и динамической диагностики) и «КОМПАКС» (диагностика и поддержка принятия решений). При этом система СВБУ была рассмотрена несколько более подробно в связи с близостью ее общесистемных характеристик к профилю деятельности СКБ «Титан».

2.3.1. Система свбу

Автоматизация объектов ядерной энергетики является одной из традиционных сфер приложения концепций ИИ в АСУТП. Одним из ярких примеров глубокой интеграции ЭСРВ в среду сложных распределенных промышленных систем повышенной надежности можно считать систему СВБУ, используемую на ряде российских и зарубежных АЭС. Система верхнего (блочного) уровня АСУТП АЭС (далее - СВБУ), созданная в ИПУ РАН, – это система автоматического сбора, хранения, представления информации о текущем состоянии технологического объекта управления (ТОУ) и автоматизированного дистанционного формирования (алгоритмами АСУТП) команд управления механизмами ТОУ.

Базовым средством реализации ЭСРВ в среде СВБУ является язык представления знаний АБИС, которому посвящен параграф 3.4. Исполнительная среда данного языка в совокупности со вспомогательными программными модулями и является непосредственной реализацией машины логического вывода, производящей обработку баз знаний и данных ЭСРВ. Следует отметить, что интеграция ЭСРВ с единой АСУТП СВБУ имеет ряд особенностей системного плана которые представляются достаточно важными с точки зрения возможных подходов к организации взаимодействия между интеллектуальными и «обычными» компонентами системы. Среди них можно особо выделить следующие:

- реализация интеллектуальных системных функций выполняется не обособленной ЭСРВ и не «коллективом» связанных ЭСРВ, имеющих ярко выраженную структурную организацию, а интеллектуальными процессами, тесно интегрированными с обычным программным обеспечением (ПО) информационно-управляющего и вычислительного типов на базе единой исполнительной среды;

- «процессная» организация прикладного ПО не ориентирована на «следование» аппаратной структуре АСУТП: физическое исполнение кода компонентов ЭСРВ распределено по различным уровням общесистемной организации и по разным подсистемам единой АСУ, что позволяет максимально гибко и эффективно решать соответствующие интеллектуальные задачи автоматизации в реальном времени. Кроме того, существует слой интеллектуального ПО, полностью независимый от архитектуры системы, специфики используемых технических средств как нижнего, так и верхнего уровня АСУТП, и т.п.;

- интеграция интеллектуального ПО предполагает возможность физически распределенного хранения баз данных и знаний на верхнем уровне АСУТП и в контроллерном слое. Причем, при этом сохраняется возможность полностью согласованной обработки информации, хранимой в различных узлах АСУ и поступающей по различным каналам;

- интеллектуальные и неинтеллектуальные компоненты ПО функционируют в «клиент-серверной» архитектуре, в результате чего алгоритм функционирования каждой подсистемы разбивается на совокупность алгоритмов функционирования шлюзов, серверов и рабочих станций, решающих соответствующие им задачи внутри себя и обменивающихся между собой сетевыми сообщениями;

- интеллектуальные компоненты в СВБУ имеют самую различную функциональную природу (диагностика, распознавание нештатных ситуаций, прогнозирование, интеллектуальный мониторинг и оперативная консультация и т.п.). При этом все указанные компоненты реализуются на общей инструментальной основе и единообразно поддерживаются на фазе эксплуатации.

Для иллюстрации данных принципов ниже приводится общее описание СВБУ.

Структура СВБУ

СВБУ представляет собой распределенную вычислительную систему, основными элементами которой являются автоматизированные рабочие места, серверы и локальная вычислительная сеть (ЛВС).

СВБУ предназначена для реализации информационных, управляющих, сервисных и вспомогательных функций и реализует следующие цели АСУТП:

− централизация контроля и представления информации по энергоблоку;

− обеспечение дистанционного управления оборудованием систем нормальной эксплуатации энергоблока;

− представление информации на информационных экранах блочного пульта управления;

− обеспечение возможности перенастройки и изменений в АСУТП в объеме, предусмотренном проектом;

− решение общеблочных задач.

Взаимодействие СВБУ со смежными программно-техническими комплексами (ПТК) АСУТП осуществляется через шлюзы, подключенные к ЛВС СВБУ, в которых на программном уровне обеспечивается информационная совместимость соответствующих ПТК с СВБУ.

СВБУ включает следующие функциональные подсистемы:

− информационную подсистему начальника смены (ИНС);

− информационно-управляющую подсистему реакторного отделения оперативного контура управления блочного пульта управления (ИУРО);

− информационно-управляющую подсистему турбинного отделения оперативного контура управления блочного пульта управления (ИУТО);

− информационно-управляющую подсистему неоперативного контура управления блочного пульта управления (ИУН);

− информационно-управляющую подсистему нормальной эксплуатации резервного пульта управления (ИУРПУ);

− подсистему администрирования технических и программных средств СВБУ (АТПС).

В состав сервисных функций входит:

− операторское управление функционированием АСУТП с автоматизированного рабочего места начальника смены тепловой автоматики и измерений;

− управление СВБУ, включающее реконфигурирование резервированных структур, рестарт системы, управление контрольными и диагностическими задачами, обмен данными с другими системами;

− поддержка коммуникаций, обеспечение доступа к данным;

− обеспечение непрерывной отказоустойчивой работы подсистем и системы в целом;

− тестирование системы;

− обеспечение функционирования системы единого времени.

Каждая функциональная подсистема СВБУ включает в себя серверы, рабочие станции (РС), посредством которых оперативный персонал получает доступ к измеряемым и расчетным параметрам и осуществляет ввод управляющих воздействий для дистанционного управления, сетевое оборудование и кабельные линии.

Обмен информацией между элементами ПТК СВБУ и смежными системами АСУТП осуществляется при помощи шлюзов обмена информацией на базе интерфейсного ПО (ИПО). ИПО разрабатывается в рамках смежных подсистем СВБУ и включается в состав ПО ПТК шлюзов смежных систем АСУТП для обеспечения согласования протоколов обмена информацией.

Шлюзы подразделяются на аппаратные и программные. Аппаратные шлюзы представляют собой специализированные ПТК для обмена информацией с СВБУ. Программные шлюзы представляют собой вычислительные процессы, работающие на ПТК смежных систем АСУТП совместно с другими программами. «Граница» СВБУ и ПТК смежных систем АСУТП проходит по кабельным разъемам соответствующих шлюзов.

Структура комплекса технических средств

СВБУ реализуется на основе комплекса технических средств, в который входят:

− рабочие станции (РС);

− шкафы серверные;

− шкафы телекоммуникационные;

− структурированная оптоволоконная сеть;

− вспомогательное оборудование.

Рабочая станция представляет собой конструктивно-завершенное техническое средство, имеющее два варианта исполнения (однодисплейный и двухдисплейный) и содержащее в своем составе следующие устройства:

− системный блок;

− один или два дисплея 21" (в зависимости от варианта исполнения);

− алфавитно-цифровую клавиатуру, монтируемую на пультах управления;

− устройство типа "трекбол (мышь)";

− аппаратуру подачи звуковых сигналов;

− встроенный концентратор ЛВС (опционально);

− встроенный конвертор (опционально);

− встроенный источник бесперебойного питания;

− мозаичную панель контроля и управления.

Шкаф сервера предназначен для размещения устройств, обеспечивающих выполнение функций сервера СВБУ в едином конструктиве и имеет в своем составе следующие устройства:

− системный блок сервера;

− источник бесперебойного питания;

− конверторы сети Ethernet;

− блок мониторинга состояния шкафа.

Системный блок сервера имеет одномашинное и двухмашинное исполнение. В последнем случае системный блок содержит два независимых процессорных модуля. Шкаф сервера комплектуется носимой консолью, предназначенной для проведения инсталляционных и пуско-наладочных работ.

Телекоммуникационный шкаф предназначен для размещения аппаратуры концентрирующих информационных узлов ЛВС СВБУ. Телекоммуникационный шкаф содержит:

− кроссово-распределительное оборудование оптоволоконной сети;

− коммутатор ЛВС;

− источник бесперебойного питания;

− блок мониторинга состояния шкафа.

Структурированная оптоволоконная сеть содержит:

− кабельные соединения между зданиями;

− внутри-объектные кабельные соединения (межэтажные, между помещениями);

− кабельные соединения внутри помещений;

− настенные распределительные коробки.

Общий алгоритм функционирования

Общий алгоритм функционирования СВБУ представляет собой сумму алгоритмов своих подсистем. При этом особенностью взаимодействия элементов подсистем является применение технологии «клиент-сервер», в результате чего алгоритм функционирования каждой подсистемы разбивается на совокупность алгоритмов функционирования шлюзов, серверов и РС, решающих соответствующие им задачи внутри себя и обменивающихся между собой сетевыми сообщениями.

Шлюзы, являясь частью ПТК смежных систем АСУТП, включают интерфейсное ПО (ИПО) и решают следующие задачи:

− получение от низовых систем АСУТП дискретных сигналов с приписанными им метками времени и формирования признака обновления сигнала;

− получение от низовых систем АСУТП аналоговых сигналов, сравнения с апертурами, хранящимися в базе данных шлюза, приписыванием метки времени и формирования признака обновления сигнала;

− получение от низовых систем АСУТП диагностических сигналов;

− подготовка и буферизация сообщений серверам;

− получение от серверов и передача низовым системам АСУТП команд дистанционного управления;

− синхронизация собственных часов по протоколу NTP и передача значения времени низовым системам АСУТП.

Серверы подсистем СВБУ выполняют следующий однотипный набор задач:

− прием и обработку аналоговых и дискретных сигналов от шлюзовых процессов и их занесение в локальную базу данных сервера;

− ведение локальной базы данных;

− хранение временных трендов поведения аналоговых параметров;

− ведение архивов по своим технологическим подсистемам и задачам;

− подготовка и передача рабочим станциям требуемой информации;

− прием и обработка диагностической информации серверами АТПС, получаемой от элементов СВБУ и от шлюзовых процессов, связанной с работой внешних к СВБУ систем, к которым данные шлюзы подключены;

− решение задач диагностики технологических процессов в объеме обслуживаемого сервером набора технологических подсистем;

− хранение инструкций, технологической и др. документации в машинно-ориентированном виде;

− решение общесистемных задач СВБУ, возложенных на данный сервер (например, расчет технико-экономических показателей в сервере ИУРО);

− прием команд дистанционного управления от рабочих станций и соответствующих этим командам сигналов от шлюзовых процессов.

Общий алгоритм функционирования серверов (упрощенный) состоит в серии шагов, выполняемых циклически:

1) выдача запросов на получение информации шлюзам;

2) прием информации от шлюзов и ее обработка;

3) прием от РС запросов на получение информации и команд дистанционного управления;

4) передача информации РС, от которых получены запросы;

5) передача команд дистанционного управления в шлюзы;

6) поддержание единого времени.

Данный алгоритм начинает выполняться сразу после запуска и инициализации серверов. Он не требует запуска никаких других серверов и РС, но требует, чтобы были запущены шлюзы смежных систем АСУ ТП соответствующей подсистемы СВБУ. Алгоритм предусматривает возможность функционирования, как при наличии запущенных РС, так без них. При этом предусматривается возможность работы серверов с РС различных систем СВБУ одновременно.

Основные и резервные серверы функционируют по единому алгоритму независимо друг от друга. Оба они принимают информацию от одних и тех же шлюзов в одинаковом объеме и темпе. Отличие основного от резервного сервера состоит в том, что к первому подключаются РС, а второй работает автономно на приём, обработку и накопление информации. РС поддерживают функции человеко-машинного интерфейса на соответствующих постах управления. Общий алгоритм функционирования РС состоит в серии шагов, выполняемых циклически:

1) выдача запроса на получение информации серверу (основному либо резервному);

2) прием информации от сервера, ее обработка и отображение на экране дисплеев;

3) прием команд дистанционного управления, введенных оператором;

4) передача команд дистанционного управления серверу;

5) прием от АТПС синхронизирующих сообщений, коррекция собственных часов.

Данный алгоритм начинает выполняться сразу после запуска и инициализации ППО РС. Он требует, чтобы предварительно были запущены серверы соответствующих подсистем СВБУ. При взаимодействии абонентов сети СВБУ использован следующий основной принцип: все посылки в адрес абонента осуществляются только по его запросу/разрешению; при этом на каждый запрос осуществляется только один акт передачи информации. Такой подход устраняет возможность стохастического накапливания посылок в буферах системы и их переполнения, исключает клинчевые ситуации в сети.

Между элементами сети СВБУ циркулируют следующие потоки информации:

Сервер → Шлюз:

− запросы/разрешения на обновление информации;

− команды дистанционного управления;

− диагностические сообщения.

Шлюз → Сервер:

− дискретные сигналы, имеющие признак обновления с момента предыдущей посылки с приписанными метками времени;

− аналоговые сигналы, имеющие признак перехода через апертуру шлюзового компьютера с момента предыдущей посылки с приписанной меткой времени шлюза;

− блоки текущих значений аналоговых и дискретных сигналов по запросу сервера;

− диагностические сообщения.

Рабочая станция → Сервер:

− запросы/разрешения на обновление информации станции;

− команды дистанционного управления;

− диагностические сообщения.

Сервер → Рабочая станция:

− архивные данные, обновленные значения аналоговых и дискретных сигналов из локальной базы данных;

− данные диагностики технологических процессов;

− данные диагностики технических средств АСУТП (в объеме функций рабочей станции);

− инструкции и др. документация в машинно-ориентированном виде.

Сервер АТПС → шлюзы, серверы, РС:

− сообщения в соответствии с алгоритмом синхронизации часов ЭВМ NTP (RFC 1305);

− запросы диагностической информации о состоянии технических средств АСУ ТП.

Шлюзы, серверы, РС → сервер АТПС:

− сообщения в соответствии с алгоритмом синхронизации часов;

− диагностическая информация о состоянии технических средств АСУ ТП.

На рис.13 приведен типовой фрагмент сети СВБУ, включающий резервированный шлюз G1/G2, резервированный сервер S1/S2 и одну рабочую станцию WS. Каждый из перечисленных элементов является одновременно абонентом сетей L1 и L2.

На рис.14 представлена техническая структура фрагмента сети, приведенного на рис. 10. В этой структуре появляются дополнительные элементы – концентраторы H1 в сети L1 и H2 в сети L2, обеспечивающие электрооптическое соединение элементов сети.

Рис.13. Типовой фрагмент сети СВБУ

Рис.14. Базовый элемент СВБУ

Принятыми техническими и алгоритмическими решениями обеспечивается принцип раздельного резервирования элементов сети, что позволяет любому из серверов S1 и S2 взаимодействовать с любым из шлюзов G1 и G2 через любой из концентраторов H1 и H2. Аналогичным образом с любым из абонентов сети может взаимодействовать рабочая станция WS. Реализация принципа раздельного резервирования позволяет достигать более высоких значений показателей надежности, чем при поканальном общем резервировании, и обеспечивает большую отказоустойчивость при отказах элементов сети. В частности, при раздельном резервировании – отказы и/или сбои не одноименных элементов не приведут к отказу сети, что не обеспечивается общим резервированием каналов. При необходимости, в отдельных фрагментах сети алгоритмическими средствами можно обеспечить реализацию принципа общего резервирования.

При включении абонента в сеть СВБУ он устанавливает каналы связи со всеми уже действующими абонентами сети, с которыми ему предписано обмениваться информацией. При этом с каждым из абонентов устанавливаются два канала, оба из которых действуют на прием и передачу данных, но один из них реализован в сети L1, а другой – L2. В дальнейшем эти каналы называются логическими.

В базовом режиме работы оборудования:

− шлюз G1 по сети L1 взаимодействует с сервером S1;

− шлюз G2 по сети L2 взаимодействует с сервером S2;

− сервер S1 является основным, сервер S2 – резервным;

− рабочая станция по сети L1 взаимодействует с сервером S1;

− в обоих серверах выполняются функции архивации.

Каждый абонент сети через фиксированный интервал времени проверяет наличие логических каналов связи со смежными абонентами.

Посылка сообщений абонентом 1 абоненту 2 осуществляется по следующему алгоритму. Один из двух логических каналов является основным, второй – резервным. При исправности основного логического канала посылка осуществляется по нему. При этом надежность передачи обеспечивается протоколом TCP/IP. При неисправности основного канала посылка осуществляется по резервному. После этого резервный канал назначается основным, но абоненты с заданной периодичностью пытаются установить связь по неисправному логическому каналу. Если связь по этому каналу удается восстановить, то данный канал опять становится основным. Переход сервером S1 на взаимодействие с резервным для него шлюзом G2 происходит в следующих ситуациях:

− при отсутствии в сервере S1 обоих логических каналов связи со шлюзом G1;

− при получении сервером S1 диагностического сообщения от шлюза G1 о возникшем сбое;

− при формировании в сервере S1 диагностического сообщения о возникшем сбое в шлюзе G1;

− по команде администратора сети.

При этом основным логическим каналом между S1 и G2 назначается канал в сети L1.

Шлюз G2 получает от сервера S1 разрешение на последующую передачу сообщений. Шлюз G2 высылает серверу S1 информацию из буфера, гарантирующего компенсацию возможного временного рассогласования в работе шлюзов G1 и G2. Данная посылка снабжается признаком возможности дублирования уже ранее полученной сервером S1 от шлюза G1 информации. По аналогичной схеме осуществляется переход сервером S2 на работу с резервным для него шлюзом G1. Основной логический канал при этом назначается в сети L2.

Переход рабочей станцией WS на взаимодействие с резервным для нее сервером S2 происходит в следующих ситуациях:

− при отсутствии в рабочей станции WS обоих логических каналов связи с сервером S1;

− при получении рабочей станцией WS диагностического сообщения от сервера S1 о возникшем сбое;

− при формировании в рабочей станции WS диагностического сообщения о возникшем сбое в сервере S1;

− по команде администратора сети.

При этом основным логическим каналом между WS и S2 назначается канал в сети L1. Сервер S2 получает от рабочей станции WS разрешение на последующую передачу сообщений. Сервер S2 высылает рабочей станции WS информацию из буфера, гарантирующего компенсацию возможного временного рассогласования в работе серверов S1 и S2. Данная посылка u1089 снабжается признаком возможности дублирования уже ранее полученной рабочей станцией WS от сервера S1 информации.

Структура и состав программного обеспечения

Программное обеспечение СВБУ представляет собой совокупность программных средств, обеспечивающих реализацию ее целей, функций и задач. В состав программного обеспечения (ПО) входят следующие элементы:

1) системное ПО (СПО);

2) прикладное ПО (ППО);

3) тестовое программное обеспечение комплекса ПТС СВБУ.

В СПО входят три пакета программ СПО РС, СПО сервера, СПО разработчика, устанавливаемые соответственно на ПТС РС, ПТС серверов и ПТС сервисных рабочих станций. На сервисных рабочих станциях осуществляется разработка и настройка компонентов ПО СВБУ. Каждый из перечисленных пакетов СПО представляет собой совокупность программ, предназначенных для общей организации вычислительного процесса в соответствующих элементах ПТК СВБУ и решения часто встречающихся задач обработки информации, контроля, управления и диагностики оборудования технических средств (ТС). В состав пакетов СПО входят следующие элементы:

1) ядро операционной системы;

2) системные библиотеки;

3) системные утилиты;

4) программы, расширяющие функции операционных систем для обеспечения работы в распределенных сетевых структурах. Эти программы включают в себя:

– службы обмена данными по протоколам TCP/IP, FTP, NFS, TELNET;

– программы, реализующие графический протокол X-Window;

– средства настройки, диагностики и управления ресурсами локальной вычислительной сети (ЛВС);

– программы синхронизации времени по протоколу NTP;

5) программы диагностики технических средств (ТС).

Для каждого типа ТС (РС, сервера, сервисной ЭВМ) пакет СПО имеет особенности и различия.

ППО СВБУ состоит из набора комплексов программ, совместно с СПО выполняющих функции и задачи СВБУ. Каждый из комплексов предназначен для работы с РС или сервером определенной подсистемы СВБУ. При этом во всех РС одной подсистемы СВБУ используется один и тот же комплекс ППО, аналогично для серверов одной подсистемы СВБУ. Таким образом, для одной подсистемы СВБУ используется только два типа комплексов ППО: ППО для РС и ППО для серверов.

Каждый комплекс ППО представляет собой совокупность рабочего программного обеспечения (РПО) и рабочей базы данных (РБД), генерируемой инструментальной системой Конфигуратор.

РПО представляет собой два универсальных субкомплекса: субкомплекс программного обеспечения сервера (ПОС), единого для всех серверов, и субкомплекс программного обеспечения рабочей станции (ПОРС), единого для всех рабочих станций.

РБД представляет собой два типа структур: РБД рабочей станции (РБДРС) и РБД сервера (РБДС), ориентированных для работы с ПОРС и ПОС соответственно. Содержание РБДРС и РБДС отражает конкретные особенности ТОУ, и функциональные характеристики соответствующей подсистемы СВБУ. Распределение РПО и РБД по КТС СВБУ осуществляется исходя из конкретного назначения каждого ТС.

Сервисные ЭВМ не входят в состав ПТК СВБУ и используются для разработки РБД. Состав их ППО включает ПОС, ПОРС и Конфигуратор, входящие в общий комплекс инструментальных программ, имеющий название "Рабочее программное обеспечение и Конфигуратор".

Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение (СПО) представляет собой совокупность программ, обеспечивающих программную среду для функционирования и разработки рабочего программного обеспечения, Конфигуратора и рабочих баз данных СВБУ, а также диагностики ТС СВБУ, безотносительно перечней автоматизируемого оборудования, алгоритмов и другой специфики АСУ ТП.

Базовыми услугами (основными функциями) СПО являются:

− реализация базовой операционной системы (ОС) на основе ядра ОС LINUX (включающей подсистему управления процессами, модуль распределения памяти и подсистему ввода/вывода), поддерживающей аппаратные средства ЛВС СВБУ и отвечающей требуемым характеристикам для СПО АСУ ТП СВБУ;

− реализация системных утилит ОС LINUX;

− реализация оконного графического интерфейса в стандарте X-Windows на рабочих станциях;

− реализация сетевых сервисов обмена данными между серверами, рабочими станциями и шлюзовыми компьютерами;

− реализация инструментальных средств разработки ядра;

− реализация ПО диагностики и настройки аппаратных средств, поставляемым с данным оборудованием;

− реализация программных средств инсталляции и конфигурирования СПО;

− реализация программ защиты информации.

Прикладное программное обеспечение

В табл.1 представлена информация о реализации функций СВБУ, при этом в колонке «Где реализована» указывается компонент прикладного программного обеспечения, участвующий в реализации данной функции.

Таблица 1. Функции ППО СВБУ

Рабочее програмное обеспечение и Конфигуратор.

Рабочее программное обеспечение (РПО) представляет собой совокупность программ, обеспечивающих решение задач СВБУ безотносительно перечней автоматизируемого оборудования, точек контроля, алгоритмов и другой специфики АСУТП АЭС. РПО предназначено для реализации процесса обработки информации в составе работающей АСУТП. Его компоненты инсталлируются на ТС СВБУ и обеспечивают решение всего списка задач, перечисленных в табл.1.

Конфигуратор представляет собой совокупность инструментов, обеспечивающих настройку РПО на работу в составе прикладного программного обеспечения (ППО) СВБУ. Конфигуратор является системой автоматического проектирования, при помощи которой РПО настраивается на особенности АСУТП. Конфигуратор используется только в процессе разработки и отладки верхнего уровня АСУ ТП.

Комплекс программ обеспечивает технологию разработки многотерминальных систем. Это достигается путем инсталляции (и настройки с помощью Конфигуратора) специализированного субкомплекса РПО, который носит название программного обеспечения рабочей станции (ПОРС). Копии ПОРС могут инсталлироваться одновременно на нескольких рабочих станциях (от 1 до 16), расположенных в одном или нескольких помещениях. При этом каждая из рабочих станций может иметь один или два дисплея с единым логическим пространством.

Единый комплекс программ позволяет создавать отказоустойчивые системы верхнего уровня АСУ ТП, обладающие неограниченным ресурсом работы. Для этого используется технология горячего резервирования, которая состоит в следующем. Во-первых, специализированный субкомплекс РПО, предназначенный для обработки информации, который носит название программного обеспечения сервера (ПОС), инсталлируется на паре идентичных ЭВМ так, что каждая из них полностью дублирует другую по функциям. Поэтому, в случае отказа (останова) одной из ЭВМ (серверов), система верхнего уровня в целом не теряет работоспособности. Во-вторых, горячее резервирование подразумевает использование не менее двух рабочих станций с идентичными ПОРС. В-третьих, применяется дублирование линий локальной вычислительной сети.

В результате, конфигурация технических средств, на которой работает комплекс программ приобретает свойство сохранять работоспособность при отказе любого компонента оборудования.

Комплекс программ обеспечивает возможность приема и передачи скалярных и векторных сигналов различного назначения в смежные подсистемы АСУ ТП, оснащенные средствами вычислительной техники. Для этого служит специализированное интерфейсное программное обеспечение (ИПО), представляющее собой библиотеку программ, которая интегрируется в состав программного обеспечения смежных подсистем.

Комплекс программ включает в себя средства самодиагностики и функциональной диагностики ТС, на которых функционирует РПО. Для отображения ее результатов и для управления элементами РПО, функционирующими в рамках одной или нескольких распределенных систем, комплекс позволяет создавать системы контроля и управления второго уровня. При помощи этих систем осуществляется запуск элементов РПО, их останов, контроль за функционированием и другие сервисные и вспомогательные задачи, перечисленные в табл.1. В СВБУ системой второго уровня является АТПС.

Для настройки ПО на конкретную среду управления используются инструментальные компоненты РПО и Конфигуратора, представляющего собой комплекс программ, которые в диалоговом режиме позволяют пользователю сформировать базу данных системы и привязать ее к конкретным именам параметров и исполнительных механизмов, разработать видеокадры и выполнить другие работы по формированию РБД.

Структура комплекса программ.

Разбиение комплекса программ на субкомплексы и компоненты представлено на рис.15. Комплекс программ включает две основные части:

– Рабочее программное обеспечение (РПО);

– Конфигуратор.

В свою очередь, РПО делится на:

– Программное обеспечение сервера (ПОС);

– Программное обеспечение рабочей станции (ПОРС);

– Интерфейсное программное обеспечение (ИПО).

Рис.15. Структура комплекса программ

Компоненты РПО.

Процесс AB.

Диалоговый интерфейс с оператором обеспечивает процесс AB, который предназначен для организации взаимодействия с оператором во всех режимах работы системы:

1) режим контроля и управления оборудованием ТОУ;

2) режим просмотра оперативных архивов;

3) режим выполнения регламентных инструкций.

Вывод информации оператору в СВБУ осуществляется главным образом в виде мнемосхем различных форматов. Ввод информации осуществляется при помощи мыши, трекбола или клавиатуры. Мнемосхемы в режиме управления предназначены для:

– отображения состояния объекта управления пользователю;

– вызова графиков и двумерных диаграмм измеряемых технологических параметров;

– вызова панелей управления технологическим оборудованием;

– вызова справочной информации об оборудовании.

Процесс ES.

Данный компонент ПОС предназначен для организации взаимодействия между несколькими процессами AB, функционирующими на различных РС в рамках одной подсистемы СВБУ. Через него осуществляется синхронизация процесса квитирования сообщений на нескольких РС с целью обеспечения идентичности вида протоколов текущих событий.

Процесс DB.

Информация об объектах контроля и управления в СВБУ хранится и обрабатывается процессом DB, который выполняет роль сервера по отношению к процессам AB и ES. Процесс DB хранит текущую информацию в базе данных в виде записей. Основным источником информации для процесса являются данные, поступающие в виде аналоговых и дискретных сигналов, характеризующих состояние объекта контроля. Через данный процесс осуществляется также передача управляющих воздействий на объект управления.

Процесс DB формирует архив значений аналоговых и дискретных параметров, поступающих в сервер, а также команд управления, введенных операторами с РС.

Процесс IZ.

Процесс IZ представляет сбой программу-интерфейс со средствами Motif. IZ позволяет использовать графические возможности рабочих станций для отображения объектов сложной формы топологии, выдавать текстовую информацию, создавать проблемно-ориентированные меню, организовывать сложные диалоги с оператором, рисовать графики и диаграммы. IZ-процесс обеспечивает работу со звуком. Он реализован на языке C в стандарте ANSI.

Сетевая библиотека.

Сетевая библиотека комплекса программ является специализированной библиотекой, реализованной на языке С и предназначенной для организации обмена информацией по каналам TCP/IP между компонентами комплекса. Библиотека входит в состав системы языка ABIS, ПО процессов AB, ES, DB, DBT, IZ, а также в состав ИПО.

Язык ABIS.

ABIS – это язык высокого уровня, созданный на базе языка C. Язык ABIS предназначен для создания распределенных систем обработки информации посредством реализации дедуктивной системы, состоящей из базы знаний и базы данных. На языке ABIS реализуются процессы AB, ES, DB, DBT.

Базовыми компонентами, используемыми во многих субкомплексах, являются:

– язык ABIS;

– сетевая библиотека.

ПОС представляет собой комплекс программ, включающий в свой состав следующие компоненты:

– процесс DB;

– процесс ES;

– программу просмотра архивов (ППА).

Помимо этого, ПОС включает в себя стандартный набор файлов и шаблонов.

Процессы DB и ES, ППА представляют собой программы на языке ABIS, снабженные утилитами

для запуска и отладки.

ПОРС является комплексом программ, включающим в свой состав два компонента:

– процесс IZ;

– процесс AB.

Процесс IZ представляет собой программу на языке С, которая осуществляет выдачу и прием информации средствами библиотек Motif, X Window.

Процесс АВ является программой на языке ABIS, снабженной утилитами для запуска и отладки.

Конфигуратор включает в свой состав субкомплексы:

– DB Tool;

– комплекс подготовки текстовых документов (КПТ);

– генератор отчетов (ГО).

DB Tool является основным средством автоматизированного проектирования и включает в свой состав:

– процесс IZ (входящий также в ПОРС);

– процесс DBT;

– набор утилит, шаблонов заготовок.

Процесс DBT написан на языке ABIS и представляет собой программируемый редактор рабочих баз данных с графической поддержкой.

ИПО является библиотекой программ на языке С. Программное обеспечение, использующее ИПО в своем составе, взаимодействует с процессом DB (одним или несколькими) по двум сетевым каналам: каналу передачи информации и каналу приема. Первый из них служит для передачи значений аналоговых и дискретных сигналов, принятых от систем нижнего уровня АСУ ТП. Второй канал служит для приема команд дистанционного управления. Процесс DB имеет один канал передачи данных в процесс ES и два канала с процессом AB – приема и передачи данных. Процесс AB связан с процессом IZ двумя каналами: передачи данных для отображения на видеодисплее рабочей станции и приема данных о действиях оператора.

ППА не имеет каналов связи с остальными частями РПО, а осуществляет считывание данных из архивов, подготовленных процессом DB.

Резервные каналы, как и основные, открываются при запуске РПО и далее поддерживаются в режиме горячего резерва. Передача информации по ним осуществляется в случае отказа основных каналов.

Конфигуратор.

Конфигуратор предназначен для создания баз данных настроечных параметров – рабочих баз данных (РБД), которые содержат настройку компонентов ПО сервера, ПО рабочей станции и ПО шлюза. Он использует процессы АВ, DB, ES, а также библиотеку ИПО для настройки на работу в рамках конкретной подсистемы СВБУ. Кроме того, он отвечает за создание Web-серверов для работы с архивами в составе каждого ПО сервера.

Настройка осуществляется при помощи специализированных языков – надстроек над языком ABIS. Процедура настройки функционально имеет сходство с заполнением реляционной базы данных по спецификациям.

Конфигуратор представляет собой объектно-ориентированную среду разработки распределенных многокомпьютерных систем различного назначения. Он обеспечивает настройку компонентов РПО на работу с конкретными сигналами, форматами мнемосхем и видеограмм, техническими и программными средствами систем управления.

Проектирование осуществляется при помощи программ, предназначенных для выполнения различных этапов проектирования путем создания изображений мнемосхем с точками контроля и управления, пояснительных и справочных текстовых материалов для организации диалога и организации связи мнемосхем с объектами контроля и управления.

Средства подготовки графической информации Конфигуратора используют систему AutoCAD и библиотеку графических блоков, из которых по определенной технологии создаются форматы мнемосхем и показаний.

Комплекс подготовки текстовой информации (КПТ) включает Web-браузер Netscape, http-сервер и файлы-заготовки на языках html и Java, из которых по определенной технологии создаются гипертекстовые документы, предназначенные для отображения оператору.

Комплекс DB Tool предназначен для выполнения следующих функций:

– ввода информации об объекте автоматизации;

– привязка форматов мнемосхем и показаний к сигналам от объектов автоматизации.

Общесистемные характеристики СВБУ

Как следует из приведенного описания, сфера применения СВБУ может быть значительно более широкой, нежели индустрия объектов ядерной энергетики. Предложенные решения могут быть успешно распространены на значительное количество смежных проблемных областей.

СВБУ испытана для обработки не менее 8 тысяч аналоговых и 250 тысяч дискретных сигналов. Объем обрабатываемой информации может быть увеличен.

Система обладает следующими показателями временной задержки прохождения сигналов:

• на команду оператора - не более 2,0 с;

• на запрос оператора о представлении оперативной технологической информации на экране дисплея - не более 2,0 с.

СВБУ обеспечивает следующие показатели надежности:

• средняя наработка на отказ не менее 10⁵ час;

• коэффициент неготовности не более 10^–5.

СВБУ является полностью российским изделием, построенным на основе только отечественных комплектующих, аттестованных Минатомом РФ. Техническая документация разработана по российским нормам. Программное обеспечение СВБУ разработано на основе собственных программных компонент ИПУ и свободно распространяемых продуктов, которые верифицированы и аттестованы для применения в атомной энергетике для систем, важных для безопасности.

Все технические решения и программное обеспечение обладает полной лицензионной чистотой, что позволяет ИПУ гарантировать поддержку системы в течении всего срока жизни.

В настоящее время СВБУ внедрена на АЭС "Бушер" (Иран) и готовится к поставке на АЭС "Куданкулам" (Индия).