Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Программно-технические комплексы средств автоматизации» для специальности 1-53 01 04 «Автоматизация и управление теплоэнергетическими процессами»

поддержанный всеми ведущими фирмамипроизводителями SCADA-систем и оборудования, обеспечит их совместное функционирование. Особый класс ОРС-приложений представляют собой ОРС-серверы конкретных аппаратных устройств-они поставляютсямногими производителями аппаратных средств. ОРС-сервер создает своего рода абстракцию аппаратуры, позволяя любому ОРС-клиенту записывать и считывать данные с устройства. Устройство, для которого есть ОРС-сервер, может использоваться вместе с любой современной SCADAсистемой.

Теперь разработчиков программного обеспечения отпадает необходимость написания новых драйверов, если вследствие модернизации некоторой аппаратной компоненты изменяется набор функций доступа к ее данным. Заказчики получают большую свободу выбора при конфигурировании и подборе аппаратных средств решения их задач автоматизации.

Тема 1.4. Методы повышения надежности ПТК

Основные характеристики надежности для ПТК не могут достаточно точно определяться такой характеристикой, как «число часов наработки на отказ». Ввиду высокой надежности современных вычислительных элементов

иплат, сквозного контроля блоков и конструктивов в процессе их изготовления отказы в работе компонентов ПТК весьма редки, и набрать статистический материал для расчета числа часов наработки на отказ производители обычно не могут. Поэтому характеристики надежности обычно оценивают косвенными показателями и возможностями ПТК:

•глубиной и полнотой диагностических тестов определения неисправностей в отдельных компонентах ПТК;

•возможностями, вариантами и полнотой резервирования отдельных компонентов ПТК: сетей, контроллеров, блоков ввода-вывода, пультов оператора, серверов;

•наличиемвстроенныхвсистемублоковбесперебойногопитания(UPS)

ивременем их работы при прекращении питания от сети, а также возможно-

стьюидлительностьюперерывапитания(приотсутствииUPS)безнарушения функций управления.

Использование резервирования и его полнота напрямую связаны со стоимостью системы. Поэтому в разрабатываемой системе автоматизации важно правильно оценить необходимость и желательный вид резервирования разных частей ПТК.

ЛокальнаяАСУ ТП (рис.1.7)и распределеннаясистема(рис.1.8)имеют общую особенность: обе системы автоматизации полностью выйдут из строя, если всего в одном компоненте системы (компьютере, соединенном с контроллерами или сети контроллеров) возникнет неисправность.

Если какие-либо компоненты производственного процесса (или весь процесс) являются критически важными или стоимость остановки производства очень высока, возникает необходимость построения резервируемых систем. В системах с резервированием выход из строя одного компонента не влечет за собой остановку всей системы. Реализацию резервирования большинства компонентов системы поддерживает, например, программное обеспечение для управления производственными процессами (SCADA-система).

Распределение процессов управления и контроля по нескольким компьютерам, объединенным в локальную сеть, и использование архитектуры «клиент-сервер» позволяют повысить эффективность и скорость работы всей системы, упростить создание резервируемых систем. В простой системе компьютер, соединенный с промышленным оборудованием, становится сервером, предназначенным для взаимодействия с контроллерами, в то время как компьютеры локальной сети - клиентами (рис. 1.9).

Рис. 1.7. Локальная АСУ ТП

Рис. 1.8. Распределенная АСУ ТП

Рис. 1.9. Клиент-серверная архитектура простой системы

Рис. 1.10. Система с дублированием

Когда компьютеру-клиенту требуются данные для отображения, он запрашивает их у сервера и затем обрабатывает локально.

Дублирование сервера ввода-вывода.Для обеспечения резервирования в систему может быть добавлен второй (резервный) сервер, также предназначенный для взаимодействия с промышленным оборудованием (рис. 1.10).

Если основной сервер выходит из строя, запросы клиентов направляются к резервному серверу. Резервный сервер не должен при этом полностью дублировать работу основного, поскольку в этом случае оба сервера взаимодействуют с контроллерами, удваивая нагрузку на промышленную сеть, сокращая, таким образом, общую производительность. Обычно в кли- ент-серверной архитектуре с контроллерами взаимодействует только основной сервер. Одновременно он обменивается данными с резервным сервером, постоянно обновляя его статус. Если обмен данными с основным сервером прекращается, резервный сервер полагает, что основной вышел из строя и берет его функции на себя.

Резервирование на уровне задач. Многие современные SCAD A-программы позволяют организовать резервирование системы на уровне задач, например, ввода-вывода с поддержкой баз данных реального времени (БДРВ),обслуживаниятревог(алармов),архивированияданных,организации отчетов, обработки графической информации и др.

Каждая из этих задач поддерживает свою базу данных независимо от других задач, так что можно дублировать каждую задачу в отдельности (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Резервирование задач отображения графиков и вывода отче-

тов

Если основной сервер некоторой задачи, например, сервер тревог, выходит из строя, все клиенты получают данные с соответствующегорезервного сервера.

Резервирование сети.

Резервирование серверов и рабочих станций существенно повышает надежность системы. Однако, если выходит из строя сеть, нарушается и управление на всехклиентских компьютерах.Использование дополнительной резервной (рис. 1.12) сети обеспечивает стабильность работы системы в случае выхода из строя основной сети.

Резервирование связи с контроллером. В большинстве контроллеров можно организовать дополнительную связь между сервером ввода-вывода и устройством (рис. 1.13).

Рис. 1.12. Резервирование сети

Рис. 1.13. Резервирование канала связи

Наличие дополнительного канала связи гарантирует сохранение обмена данными при выходе из строя основного канала. Если обмен данными нарушается (например, произошел обрыв кабеля), SCADA-система производит переключение на резервный канал. Обратный переход на основной канал

обычно происходит после восстановления физического соединения. Резервирование контроллеров обычно осуществляется двумя путями:

•Аппаратное резервирование: при этом резервироваться могут как отдельные узлы контроллера, так и весь контроллер в целом; основные и резервныеузлыконтроллера,какправило,расположеныводномкорпусеисвязь между ними осуществляется по внутриконтроллерной шине.

•Резервирование с использованием сети контроллеров: при этом способе резервируются контроллеры в целом, и их взаимодействие осуществляется посредством сетевой связи.

При управлении потенциально опасными производствами, где требуется повышенная надежность управляющих контроллеров, применяются различные способы резервирования:

1 Горячее резервирование отдельных компонентов и/или контрол-

лера в целом (при непрохождении теста в рабочем контроллере управление переходит ко второму контроллеру).

2 Использование схемы троирования с «голосованием» результатов обработки сигналов всеми контроллерами группы. При этом за выходной сигнал принимается тот, который выдали большинство контроллеров группы, а контроллер, давший иной результат, объявляется неисправным.

3 использование схемы, построенной на принципе «пара и резерв». Здесьпараллельноработаетпараконтроллеровс«голосованием»результатов, и аналогичная пара находится в горячем резерве. При обнаружении отличий результатов работы первой пары контроллеров управление переходит ко второй паре. После проведения тестирования первой пары, в случае кратковременного случайного сбоя управление возвращается к первой паре. В противном случае, если диагностируется неисправность, управление остается у второй пары контроллеров.

Тема 1.5. Программно-технический комплекс «КРУГ-2000»

ПТК «КРУГ-2000» (www.krug-2000.ru) предназначен для создания:

•автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП);

•систем противоаварийных защит (ПАЗ);

•автоматизированных измерительных систем;

•тренажеров для обучения технологов-операторов;

•автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ).

На базе программно-технического комплекса могут быть созданы автоматизированные системы для непрерывных и периодических технологических процессов, сосредоточенных и распределенных объектов управления.

Комплекс охватывает следующие уровни управления:

•управление агрегатом;

•управление технологической установкой, группой агрегатов;

•управление группой технологических установок, цехом, произ-

водством;

•оперативно-диспетчерское управление производством. Информационная мощность ПТК «КРУГ-2000» - до 60 000 вход-

ных/выходных переменных и более.

ПТК «КРУГ-2000» имеет соответствующий сертификат Госстандарта РФ, разрешения Госгортехнадзора РФ на применение ПТК для взрывоопасных производств, разрешение РАО «ЕЭС» на применение ПТК для энергетики.

Основные особенности ПТК Основные особенности ПТК «КРУГ-2000» состоят в следующем:

•ПТК сертифицирован Госстандартом РФ как средство измерения.

•Имеются апробированные технические решения для автоматиза-

ции пожаро- и взрывоопасных производств.

•Обеспечена высокая надежность благодаря применению элементной базы ведущих зарубежных фирм, глубокого тестирования и жесткого технологического прогона (при использовании контроллеров TREI-5B).

•Полное удовлетворение стандартам России, МЭК (IEC) и других действующих нормативных документов.

•Открытость системы при наращивании и внесении изменений.

•Ориентация на особо опасные отрасли промышленности.

•Поддержка 100 %-ного «горячего» резервирования станций оператора, контроллеров, вычислительных сетей, входных и выходных цепей.

•Поддержка международных стандартов сетевых протоколов.

•Наличие специализированных сертифицированных версий: ПТК «КРУГ-2000/Т» (коммерческий учет тепла и теплоресурсов), «КРУГ-2000/Г» (коммерческий учет газов) и др.

•Ремонтопригодность и эффективное сопровождение на объектах

России.

•Мощные инструментальные средства и САПР.

Описание ПТК Состав подсистем ПТК. АСУ ТП на базе ПТК «КРУГ-2000» строится

как многоуровневая интегрированная человеко-машинная система, работающая в темпе технологического процесса (реальном масштабе времени), и включает в себя комплекс программно-технических средств и оперативный технологический и обслуживающий персонал.

В функциональной структуре ПТК с точки зрения пользователей выделяются следующие функциональные подсистемы:

•сбора и первичной обработки информации;

•автоматического регулирования;

•противоаварийных защит ПАЗ (блокировок и защит);

•дистанционного и логического управления;

•представления информации оперативному персоналу;