Лекция №1 Введение в интегрированные системы проектирования и управления

Современная АСУТП представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ осуществляется с использованием автоматических систем сбора данных и вычислительных компонентов, которые постоянно совершенствуются по мере технического развития.

В этой связи разработчикам АСУТП кроме подбора технической составляющей системы управления, разрабатывают или настраивают специальное программное обеспечение (СПО).

Приступая к разработке СПО системный интегратор или конечный пользователь обычно выбирает один из 2-х путей:

• программирование с помощью традиционных средств – основанных на языках программирования общего назначения, таких как CИ, Паскаль и т.д.;

• использование инструментальных проблемно-ориентированных средств.

Использование средств программирования привлекательно лишь для простых систем или небольших фрагментов большой системы, для которых нет стандартных решений.

Для сложных распределенных систем наиболее предпочтителен 2-й путь, т.к. позволяет сократить время разработки, минимизировать затраты труда и не требует привлечения высококвалифицированных программистов.

Для упрощения разработки программной составляющей АСУТП во всем мире широко используется интегрированные пакеты проектирования и управления SCADA / HMI (Supervisory Control and Data Acquisition) система диспетчерского управления и сбора данных/ (Humance – Machine Interface) – человеко-машинный интерфейс.

Такие системы позволяют решать 2 задачи:

1. Автоматизированное проектирование человеко-машинного интерфейса для диспетчерского управления и сбора данных о ходе технологического процесса.

2. мониторинг и непосредственное или ручное управление технологическим процессом в режиме реального времени.

Управление АСУТП на основе SCADA / HMI впервые стало осуществляться в зарубежных развитых странах в 80-е годы прошлого века. В России диспетчерское управление опиралось в основном на опыт персонала. Поэтому переход к управлению ТП на основе такого ПО стал осуществляться значительно позднее. Освоение SCADA / HMI систем на Российских предприятиях было осложнено отсутствием эксплуатационного опыта, недостаточностью информации.

Концепция и принципы работы SCADA

В основу концепции таких систем легли;

• дружественность человеко-машинного интерфейса;

• надежность предоставления информации;

• доступность рычагов управления;

• удобство справочной системы;

• автоматизация разработки систем управления.

Основные принципы функционирования SCADA заключаются в следующем:

1. корректная работа в режиме реального времени (применение ОС реального времени), т.е. передача и обработка сигналов, поступающих с технологического процесса или на него обладают главным приоритетом нежели обращение к диску, действие мыши и т.д.;

2. Взаимодействие с различными источниками данных (данные, предоставляемые драйверами связи с контроллерами; различные СУБД; приложения, поддерживающие интерфейс DDE (Dynamic Data Exchange) или OLE (Object Linking and Embedding), -позволяющие встраивать разнообразные объекты в систему, например опрашивать и передавать данные OPC серверам промышленных контроллеров);

3. все операции со входными и выходными данными организовываются как система взаимодействующих функциональных блоков (например входные блоки получают информацию и приводят ее в вид, пригодный для дальнейшей обработки, блоки обработки реализуют различные алгоритмы контроля, управления или выполняют другие смежные функции, выходные блоки передают сигнал управления к объектам);

4. поддержка архитектуры клиент-сервер, применение различных методов кэширования данных – т.е. два различных клиента без конфликта могут запрашивать одни и те же данные у сервера;

5. обеспечение надежности систем управления за счет возможности горячего резервирования (резервирование серверов, сетевых соединений, отдельных задач и т.д.);

6. открытость для дальнейшего расширения и усовершенствования (возможность подключения отдельных программных модулей, написанных самим пользователем)

7. взаимодействие с разнообразными сетями – от офисных типа EtherNet до промышленных, например ProfiBus, ModBus и т.д.

Разработка АСУТП с использованием рассматриваемых программных пакетов как правило базируется на следующих этапах:

• разработка архитектуры системы в целом в клиент-серверной конфигурации с учетом наращиваемости или модернизации системы (на этом этапе определяется функциональное назначение отдельных узлов автоматизации, их взаимодействие, определяется количество точек ввода-вывода информации для каждого узла);

• создание системы управления каждого узла (построение алгоритмов управления);

• анализ и устранение аварийных ситуаций (отладка алгоритмов);

• решение вопросов взаимодействия между уровнями АСУТП и узлами внутри уровня (подбор линии связи, протокола обмена);

• создание графических интерфейсов операторов;

• программная и аппаратная отладка системы в режиме эмуляции.