2.9. Пакеты прикладных программ операторских станций технологических процессов (scada)

Особое место в создании АСУ принадлежит программному обеспечению, предназначенному для эксплуатации на 3-ем и 4-м уровнях промышленных систем (см. рис. 2.5), например пультов управления сложными агрегатами.

При создании АСУ ТП любой сложности всегда существовала тяжело решаемая проблема: как заставить программистов и технологов понимать друг друга. Для этого были разработаны языки программирования «без программирования», доступные для понимания простому инженеру-технологу.

В результате этой деятельности появились программные пакеты для создания:

• интерфейса человек-машина (Man Machine Interface, MMI), иными словами - того, что оператор почти все время видит на экране компьютера;

• программного обеспечения операторских станций технологических процессов (Supervisor Control And Data Acquisition, SCADA).

Граница между программным обеспечением класса SCADA и MMI весьма условна, поэтому многие системы SCADA могут работать в качестве интерфейса для систем нижнего уровня.

Главными функциями таких SCADA-программ являются:

• отображение технологического процесса в виде мнемосхем;

• сигнализация об аварийных ситуациях,

• обеспечение общего управления процессом со стороны оператора-технолога и т. п.

Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA) является основным и в настоящее время остается одним из наиболее перспективных методов автоматизированного управления сложными динамическими системами. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в металлургии.

Многие отделы АСУ крупных металлургических предприятий, как правило, имеют свои наработки в этой области. В то же время есть фирмы, специализирующиеся на разработке универсальных SCADA-программ, таких как Genesis, InTouch, FixDmacs, SIMATIC WinCC, iFIX, "САРГОН", RealFlex, Trace Mode, MIK$Sys и многие другие.

SCADA - процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых сообщений и данных на центральный интерфейс диспетчера.

Рис. 2.11. Основные структурные компоненты SCADA-систем

Основные требования к SCAD А-системам:

• создание богатых возможностей для реализации графического интерфейса;

• обеспечение открытости, как с точки зрения подключения различного контроллерного оборудования, так и коммуникации с другими программами;

• обеспечение простоты разработки приложений;

• использование новых технологий.

Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (рис. 2.11).

1. Удаленный терминал (Remote Terminal Unit, RTU) - осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр его воплощений широк от простейших датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени.

Рис. 2.12. Функциональные компоненты SCADA-систем

Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом. Число контролируемых удаленных данных в современной SCADA-системе может достигать 100 тысяч.

2. Диспетчерский пункт управления - главный терминал (Master Terminal Unit, MTU) - осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого реального времени. Одна из основных функций - обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой. В зависимости от конкретной системы диспетчерский пункт управления может быть реализован в самом разнообразном виде от единичного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов.

3. Коммуникационная система - каналы связи (Communication System, CS) необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на удаленный терминал (объект) в зависимости от конкретного исполнения.

Можно выделить четыре основных функциональных компонента систем диспетчерского управления и сбора данных (рис. 2.12):

• человек-оператор;

• компьютер взаимодействия с человеком;

• компьютер взаимодействия с задачей (объектом);

• задача (объект управления).

Поскольку конкуренция в области SCADA-систем достаточна высока и пакеты SCADA в общих чертах похожи друг на друга, рассмотрим общие их функции:

Для создания рабочего места оператора технологического процесса обычно необходимо реализовать следующий набор функций:

• органы управления различных типов;

• экранные формы отображения параметров процесса типа стрелочных, полосковых или цифровых индикаторов, а также сигнализирующие табло различной формы и содержания;

• возможность создания архивов аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (так называемые тренды), а также полное или выборочное хранение параметров процесса через заданные промежутки времени постоянно или по условию;

• язык для реализации алгоритмов управления, математических и логических вычислений;

• средства документирования как самого алгоритма, так и технологического процесса;

• драйверы к обслуживанию нижнего уровня АСУ ТП;

• сетевые функции;

• средства защиты от несанкционированного доступа в систему;

• многооконный графический интерфейс и другие функции.

Формирование статического изображения рабочего окна. Это может быть фон, заголовки, мнемосхема технологического процесса и т. п. Для создания статического изображения, как правило, используются внешние графические редакторы, например Paint, а готовые изображения затем импортируются в пакет SCADA. Хотя некоторые пакеты имеют собственные средства рисования, все они содержат и средства импорта изображений.

Формирование динамических объектов рабочего окна. Как правило, динамические объекты создаются при помощи специализированного графического редактора самого пакета по жестко заданному алгоритму или на основе набора библиотечных элементов с последующим присвоением параметров. В частности, для изображения полоскового индикатора нам нужно будет в простейшем случае изобразить прямоугольники, соответствующие начальному и конечному значению параметра, и задать эти значения. На этом же шаге динамическому объекту присваивается логическое имя, под которым он будет фигурировать в алгоритме управления. Одновременно путем ответов на вопросы меню или при заполнении соответствующего формуляра задается привязка логических имен динамических объектов к конкретному каналу ввода-вывода. В конце этого шага мы имеем набор необходимых нам динамических объектов, соответствующим образом размещенных на фоне статического изображения, и базу каналов ввода-вывода. Единственное, что остается сделать для получения работающей программы операторской станции, - описать взаимосвязи между логическими именами динамического объекта и алгоритмом функционирования системы.

Описание алгоритма отображения и управления. Этот алгоритм выполняется в разных системах по-разному, хотя общие черты остаются. В простейшем случае при помощи обычного текстового редактора на языке BASIC записываются логические и математические формулы с использованием логических имен динамических объектов. В более сложных пакетах алгоритм может описываться при помощи языка функциональных блоков (ФБ). Причем исходные наборы ФБ включают в себя достаточно широкий набор: от простых фильтров и математических функций до ПИД- регуляторов. Как правило, в таких системах предусматривается возможность создания собственных ФБ, содержащих тексты программ или формул на встроенном языке высокого уровня. На этом шаге процесс "программирования" заканчивается. Все, что остается сделать, - запустить полученную стратегию под управлением программы монитора - следующей неотъемлемой части всех пакетов SCADA.