387

является небольшое время готовности устройств при включении, что является необходимым условием быстрого срабатывания при включении защищаемого присоединения на КЗ с одновременной подачей оперативного питания. Модуль удовлетворяет этому требованию, имея время готовности менее 0,25 с.

Для работы оператора с модулем предусмотрен интерфейс связи с дисплеем, позволяющим осуществлять просмотр параметров и конфигурирование модуля.

Для связи с компьютером предусмотрен интерфейс USB, а для связи с остальными модулями (при работе в системе TDM) интерфейс RS-485, заведенный на общую шину системы.

Для сигнализации о работе модуля и состоянии диагностируемого оборудования используется светодиодная индикация.

Реализация вышеперечисленных функциональных возможностей возложена на приведенные ниже функциональные схемы работы аналоговой (рис. 1) и цифровой (рис. 2) частей модуля.

FAULT RECORDER является инструментом для технического мониторинга состояния трансформаторов. Используя его показания и специальные методики диагностики, можно делать выводы касательно надежности работы трансформатора или развития в нем дефектов. А также принимать решения о необходимости ремонта или замены. В компетенцию данного прибора также входит слежение за

101

УДК 621.39

Д.А. Даденков, А.Ю. Москоков, А.Б. Петроченков, А.Г. Лейсле

Пермский государственный технический университет

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ООО «ПЕРМСКИЙ КАРТОН» НА ОСНОВЕ ВСТРАИВАЕМОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ПЛАТФОРМЫ ФИРМЫ AMD

Рассмотрен пример построения автоматизированной системы управления на основе многоуровневого иерархического подхода. Аппаратно-программную реализацию системы управления предлагается выполнить на базе современных микропроцессорных средств фирмы AMD.

На современном этапе развития автоматизации производства, несомненно, важным является применение качественно новых технических средств, построение систем на базе микропроцессорных средств. Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) приобретает особое значение в связи с ростом требований к скорости вычисления, переработки и выдачи информации. Поэтому разработка АСУ ТП на основе микропроцессорных платформ является актуальной задачей. Использование микропроцессорных модулей позволяет на порядок снизить затраты, обеспечивает повышение эффективности и расширение функциональных возможностей систем. На предприятии ООО «Пермский картон» несколько лет назад была создана автоматизированная система оперативного диспетчерского управления (АСОДУ), предназначенная для отображения в реальном времени информации обо всех протекающих производственных процессах.

Основными недостатками данной системы являются низкая точность отображаемых данных и недостаточно надежная работа всей системы в целом. Низкая точность обусловлена непосредственной близостью пролегания кабелей силовой сети и кабелей связи периферийных

103

устройств с сервером, что влечет за собой наводки в информационном кабеле. Сбои в работе системы объясняются перебоями в подаче питания на датчики, модули ввода (на одну из групп датчиков), вследствие чего становится невозможным оперативно отслеживать текущие производственные процессы на соответствующем участке. Также отсутствует целостная система хранения данных, то есть при отключении/перезагрузке сервера АСУТП информация за текущую смену теряется из-за нарушения работы программы.

Таким образом, на предприятии назрела необходимость в модернизации существующей системы АСОДУ. Эта модернизация должна заключаться в ряде комплексных мер, направленных на повышение надежности и точности работы всей системы, а именно:

−обеспечение сети резервного питания для всех датчиков и модулей ввода;

−создание многоуровневой системы хранения и обработки данных на основе микропроцессорной платформы.

АСОДУ на предприятии ООО «Пермский картон» предназначена для организации сбора, обработки, представления и архивирования данных, поступающих с различных цехов и участков предприятия

иразличных подсистем АСУТП.Внедрение на предприятии модернизированной АСОДУ обеспечит достижение следующих целей:

−повышение эффективности управления предприятием и отдельных его структурных подразделений на основе оперативной и достоверной информации;

−создание информационного инструмента для обнаружения

ииспользования источников экономии производственных и непроизводственных затрат и основы для принятия управленческих решений высокого качества;

−снижениевлияния человеческогофактораприподготовкеипринятииуправленческих решений;

−создание базы технологических данных, служащей источником оперативных сводок для центрального диспетчерского пульта, главных специалистов завода, руководства предприятия;

−повышение надежности.

На текущий момент в сфере АСОДУ сложилась ситуация, когда классическая структура АСОДУ, программируемые логические контроллеры (ПЛК) на нижнем уровне для управления процессом и операторские станции со SCADA-системой для отображения информации

104

на верхнем уровне, перестала удовлетворять требованиям передачи и архивирования информации в пределах предприятия. Интеграция АСУ ТП с системами уровня предприятия и бизнес-приложениями вынуждает решать новую задачу – передавать технологическую информацию большому количеству потребителей, не имеющих непосредственного отношения к системам реального времени. Существует несколько вариантов решения этой задачи.

Первый вариант – обеспечение стандартного доступа непосредственно к ПЛК. Однако такое решение обладает рядом недостатков. Одним из них является отсутствие поддержки многоточечного подключения у многих ПЛК, а также дороговизна оборудования и программного обеспечения (ПО) для подключения компьютеров к ПЛК. Организация доступа к информации, распределенной по нескольким ПЛК, в такой системе сложна и также связана с большими затратами.

Вторым вариантом решения могла бы быть интеграция операторских станций в локальную сеть предприятия и обеспечение доступа

кинформации, хранящейся на этих станциях, для всех заинтересованных в этом потребителей. Такое решение не обладает недостатками первого варианта, но и здесь присутствует ряд проблем. Одной из проблем является неприспособленность ПО на операторских станциях для обеспечения одновременного доступа к своим ресурсам множеству клиентов, что при стечении некоторых обстоятельств может привести

ксбою в работе операторской станции. Второй серьезной проблемой является проблема безопасности, так как действия удаленного пользователя могут нарушить работу операторской станции, что для систем АСУ ТП является недопустимым.

Врезультате проведенных исследований и экспериментов наиболее приемлемым было признано решение использовать многоуровневую систему управления с промежуточным хранением данных. В этом случае между верхним уровнем АСУ ТП (сервер + операторские станции) и нижним уровнем сбора технологической информации с датчиков устанавливается промежуточный PC-совместимый контроллер фирмы AMD. На рис. 1 показана структурная схема модернизированной системы АСОДУ.

Контроллер AMD в реальном времени получает и буферизирует информацию с ПЛК, устройств связи с объектом (УСО), операторских станций, комплексов телемеханики, систем учета и т.д. При необходимости архивирования информации для длительного хране-

105

ния и последующего ее анализа используется сервер основной базы данных, установленный на сервере АСУТП. Все пользователи получают информацию реального времени с сервера буферизации, а историческую информацию с сервера основной базы данных. Данное решение лишено недостатков, присущих системам АСУТП на базе обычных ПЛК и систем с ЛВС.

Сеть Ethernet

Операционная система

Рис. 1. Структура модернизированной системы АСОДУ

Рассмотрим выбор промышленного управляющего контроллера для реализации системы сбора данных для автоматизированной системы диспетчерского управления. Главные требования, которые мы предъявляем к промежуточному уровню управления, – это использование микропроцессорной встраиваемой платформы и возможность построения на базе микропроцессорных средств системы сбора данных.

Для реализации подсистемы промежуточной буферизации и обработки технологической информации выбираем специальную интегрированную платформу, разработанную фирмой AMD совместно

106

с фирмой Advantech. Условно всю платформу можно разбить на две основные части – это модуль центрального процессора CPU (модуль SOM-144 на базе AMD Geode) и вся остальная плата разработчика (DB_2301 формата FlexATX). Такая система с двойной платформой позволяет разрабатывать программное обеспечение для основной платы и параллельно для процессорного модуля. Рассмотрим технические характеристики и архитектуру модуля SOM на базе AMD Geode и платы разработчика DB_2301. Конструктивно технология SОM (System On Module) представляет собой полнофункциональный компьютер (набор системных микросхем, ОЗУ, основные интерфейсы), который размещён на печатной плате минимального размера и имеет стандартизованные соединители, позволяющие устанавливать его в качестве мезонина на пользовательскую базовую плату.

Плата разработки DB_2301 – это интегрированная программноаппаратная система на базе мощного процессора AMD. На одной плате DB_2301 объединены процессор, память и периферийные устройства, а также средства отладки и другие программные функции. Плата позволяет разрабатывать высокопроизводительные решения с низким энергопотреблением для встраиваемых систем компьютерной автоматизации.

Модуль центрального процессора SOM-144:

1.Процессор – AMD Geode GX 533@1.1W.

2.Устройство связис процессором (Чипсет) AMD Geode CS5535.

3.Модуль памяти DDR SDRAM 128 Мб.

4.256 Kб Flash BIOS.

5.Напряжение источника питания: – +5V (4.75V к 5.25V).

6.Максимальные требования мощности: +5V @1.6A.

7.Рабочая температура: до 60°C.

Выбор рассмотренного выше варианта основан на гибкости конфигурации всей микропроцессорной платформы, что позволяет при проектировании системы варьировать какие-то настройки в процессе наладки и программирования систем автоматизации. Кроме того, в комплекте с процессорным модулем AMD поставляется программное обеспечение и документация для разработчиков, что необходимо для проектирования алгоритмов управления всистемах автоматизации.

Рассмотрим более подробно алгоритм поступления и обработки потоков информации в системе АСОДУ (рис. 2).

107

Приложения – Источники данных (получение информации с УСО )

Рис. 2. Схема организации потоков и обработки данных в АСОДУ

Сбор, архивация и обработка данных выполняется в следующей технологической последовательности:

1.Приложения-источники данных получают данные из АСУ ТП нижнего уровня и записывают данные в Базу данных реального времени (БД РВ), в которой они накапливаются некоторое время. Приложения представляют собой интерфейсные приложения для передачи данных в БД РВ и разрабатываются индивидуально для каждого источника.

2.База данных реального времени обеспечивает прием данных от различных источников и их хранение в буфере на жестком диске (или флеш-памяти) сервера промежуточного сбора данных. БД реального времени позволяет обеспечить:

108

−управлениесеансамисвязиприложенийссерверомсбораданных;

−прием данных от приложений, работающих либо на АРМ оператора, либо на сервере АСУТП;

−хранение и управление хранением данных в оперативной памяти сервера сбора данных;

−осуществить доступ к и приложениям обработки данных.

3.Приложение формирования основной базы данных на ос-

нове данных из БД реального времени формирует в автоматическом режиме основную базу данных с указанной дискретностью.

4.Приложения просмотра архивов позволяют пользователям

влюбой момент времени просмотреть данные в БД реального времени и основной БД и создать при необходимости описание события. Данные приложения являются универсальными и обеспечивают просмотр.

5.Приложения для обработки информации имеют доступ

кпараметрам в основной БД и базе данных реального времени через специальные связующие приложения. Данные приложения являются универсальными и позволяют вести обработку и анализ данных, обеспечивают редактирование таблиц параметров технологического процесса, печать и экспорт-файл проанализированной информации.

Предлагаемая группа приложений позволяет организовать единую информационную среду обработки технологической информации на основе промежуточной буферизации данных из различных источников, формирования в автоматическом режиме базы данных реального времени и основной базы данных и предоставления пользователям доступа к серверу сбора данных и серверу АСОДУ.

Для временного и постоянного хранения информации в АСОДУ используются следующие архивы технологической информации:

−буфер сервера сбора данных (база данных реального времени)– предназначен для хранения данных от различных источников

впамяти сервера сбора данных;

−архив данных (долговременный архив) – предназначен для длительного хранения прореженных или усредненных данных за указанные интервалы времени из различных источников, а также расчетных значений параметров с автоматическим управлением глубиной хранения данных;

−архив событий (долговременный архив) – предназначен для длительного хранения значений групп параметров, характеризующих

109

какое-либо событие. Архив событий пополняется по инициативе специалиста при анализе данных из основной базы данных.

С целью унификации доступа к параметрам и данным технических средств автоматизации предприятия разработана система идентификации оборудования, его параметров и уставок параметров в пределах предприятия. Система присваивает уникальные коды всем технологическим данным: паспортные данные оборудования, номинальные и допустимые значения параметров, регистрируемые и расчетные параметры. Формирование и сопровождение системы идентификации обеспечивают

приложения «Описание объекта» и «Система параметров» на основе справочников:

−структура предприятия и оборудования;

−подразделения предприятия;

−контролируемое оборудование;

−системы контроля.

Одним из достоинств разработанной многоуровневой иерархической системы сбора данных в АСОДУ является унификация методов доступактехнологическойинформации. Спомощьюодногоприложения любой пользователь, имеющий определенный уровень доступа с любого компьютера, подключенного к ЛВС системы АСОДУ предприятия, может получить информацию от любого компонента АСУ ТП вне зависимости от его местоположения и особенностей функционирования. Кроме того, повышается надежность, поскольку в АСУ ТП предприятия появляется выделенное централизованное хранилище данных, дублирующее остальные источники данных. Еще одно достоинство – возможность легкой разработки приложений уровня предприятия, поскольку вся информация нижнего уровня уже сведена воедино наодном сервере.

В данной статье был рассмотрен пример построения многоуровневой иерархической системы диспетчерского управления на основе встраиваемой платформы фирмы AMD. Приведены технические характеристики контроллера и обоснован выбор применения данного микропроцессорного модуля для построения системы сбора и обработки технологических данных в АСОДУ. Приведена структурная схема построения модернизированной АСОДУ. Описывается схема организации потоков информации в системе управления технологическими процессами и предприятием в целом.

Получено 25.01.2007

110