Теневая экономика как угроза экономической безопасности Российской Федерации. Учебное пособие

5.2. Программное обеспечение АСУ ТП

В этом разделе приводится описание системного программного обеспече-

ния. Указываются его основные параметры и характеристики, состав и область его использования.

Например, для программирования ПЛК фирмы Siemens серии Simatic S7300, к которым относится процессор CPU312, принятый в проекте, использует-

41

ся STEP 7. STEP 7 – это базовый пакет программ, включающий в свой состав весь спектр инструментальных средств, необходимых для конфигурирования аппаратуры и промышленных сетей, настройки параметров, программирования,

диагностики и обслуживания систем управления, построенных на основе про-

граммируемых контроллеров SIMATIC S7-300/S7-400/C7/WinAC.

Отличительной особенностью пакета STEP 7 является возможность раз-

работки комплексных проектов автоматизации, базирующихся на использова-

нии множества программируемых контроллеров, промышленных компьютеров,

устройств и систем человеко-машинного интерфейса, устройств распределен-

ного ввода-вывода, сетевых структур промышленной связи. Ограничения на разработку таких проектов накладываются только функциональными возмож-

ностями программаторов или компьютеров. При необходимости STEP 7 может дополняться инструментальными средствами проектирования, значительно упрощающими разработку сложных проектов.

STEP 7 содержит полный спектр инструментальных средств, необходи-

мых для выполнения всех этапов разработки проекта, а также последующей эксплуатации системы управления:

• SIMATIC Manager – ядро пакета STEP 7, позволяющее выполнять управление всеми составными частями проекта, осуществлять быстрый поиск необходимых компонентов, производить запуск необходимых инструменталь-

ных средств.

• Symbol Editor – программа задания символьных имен, типов данных,

ввода комментариев для глобальных переменных. Символьные имена доступны во всех приложениях.

• Hardware Configuration – для программного конфигурирования аппара-

туры системы автоматизации и настройки параметров всех модулей. Выполня-

ется автоматическая проверка корректности всех вводимых данных.

• Communication – для задания управляемой по времени циклической пе-

редачи данных между компонентами автоматизации через MPI или для собы-

42

тийно управляемой передачи данных через MPI, PROFIBUS или Industrial

Ethernet.

• System diagnosis – предоставляет пользователю обзор состояния кон-

троллера.

•Information functions – для быстрого обзора данных CPU и поведения написанной пользователем программы.

•Документирование – предоставляет пользователю функции документи-

рования всего проекта.

Редактор программ STEP7 позволяет выполнять разработку программ на языках Statement List (STL – список команд); Ladder Diagram (LAD – релейно-

контактный план); Function Block Diagram (FBD – функциональный план), от-

вечающих требованиям стандарта IEC 61131-3. Более того, для специальных задач могут использоваться дополнительные языки программирования высоко-

го уровня или технологически ориентированные языки.

Программа STEP 7 может содержать организационные блоки (OB), функ-

циональные блоки (FB), функции (FC), блоки данных (DB), а также блоки,

встроенные в операционную систему CPU: системные функциональные блоки

(SFB), системные функции (SFC) и системные блоки данных (SDB).

STEP 7 поддерживает мощную систему команд, позволяющую выполнять множество логических и математических операций с фиксированной и плава-

ющей точкой, управление ходом выполнения программы, обслуживать тайме-

ры и счетчики, пересылать и преобразовывать форматы данных.

Для программирования многофункциональной сенсорной панели опера-

тора MP177-6 используется программа WinCC flexible фирмы SIEMENS. WinCC flexible обеспечивает возможность разработки проектов для всех типов панелей оператора на базе Windows CE (панели SIMATIC серий 70/ 170/ 177/

270/ 277/ 370/ 377).

43

5.3. Структура программного обеспечения. Функции частей про-

граммного обеспечения

В общем случае ПЛК должен реализовывать несколько тысяч звеньев многоступенчатой схемы или логических сегментов. Неструктурированную программу большой длины очень трудно написать и еще сложнее контролиро-

вать ее выполнение и диагностировать ошибки. Поэтому, вместо написания од-

ной длинной программы, необходимо разбить ее на множество небольших сег-

ментов. В идеале каждый сегмент должен содержать не более десяти звеньев многоступенчатой схемы или логических элементов. Составление структуры этих сегментов является одной из основных задач проектирования.

Рис. 5. Структура программы управления паровым котлом для ПЛК Siemens

44

Сложные системы управления технологических объектов разбиваются на области, которые, в свою очередь, делятся на подобласти и т.д., пока не будут получены легко поддающиеся контролю фрагменты. Пример описания такой структуры приведен ниже.

Программа на ПЛК Siemens состоит из отдельных модулей (организаци-

онных блоков, функций, функциональных блоков), взаимодействующих между собой в процессе работы. Структура программы управления паровым котлом приведена на рис. 5.

Непрерывно выполняемая программа находится в организационном блоке

OB1 (Cycle Execution). После полного выполнения программы в OB1, новый цикл начинается с обновления областей отображения процесса и затем начиная с первой инструкции ОВ1. Время цикла сканирования и время реакции системы

– результат этих операций.

Время реакции системы складывается из времени работы операционной си-

стемы CPU и времени, необходимого для выполнения программы пользователя.

В программе присутствуют системные функции, необходимые для мас-

штабирования входных и выходных аналоговых величин, разработанные и включённые в библиотеку функций специалистами фирмы Siemens. FC105 (Scale) преобразует входное целочисленное значение с аналоговых входов в ре-

альное значение измеряемой физической величины. FC106 (Unscale) выполняет обратную процедуру, т.е. преобразует реальную управляющую величину в це-

лочисленное значение для аналоговых выходов ПЛК.

Функция FC1 (Mashtab) служит для преобразования всех аналоговых сиг-

налов, поступающих на аналоговые входа ПЛК в реальные величины посред-

ством FC105.

Функция FC2 (Alarm) служит для выработки аварийных сигналов в ре-

зультате сравнения преобразованных аналоговых величин с предельными тех-

нологическими величинами (максимальное давление газа) и обработки данных с дискретных входов (погасание факела).

45

Функции FC3 (G1_Rozj), FC4 (G2_Rozj), FC5 (G3_Rozj) реализуют про-

цедуру розжига и контроль за состоянием трёх горелок парового котла.

Для реализации автоматического управления технологическими парамет-

рами используется функциональный блок программного ПИД-регулятора FB42.

FB42 "CONT_S" используется в программируемых логических контроллерах

SIMATIC S7 для управления техническими процессами с помощью дискрет-

ных выходных сигналов управляющего воздействия для интегрирующих исполнительных звеньев (МЭО). Параметры каждого ПИ-регулятора хранятся в связанных с ними базах данных DB1,2,3,4.

Вызов функций ПИД-регуляторов, а также масштабирование входных переменных для них осуществляется в пользовательских функциях FC11 (PID_Razrej) для ПИД-регулятора контура разрежения, FC12 (PID_Vozduh) для ПИД-регулятора контура соотношения газ/воздух, FC13 (PID_Nagruzka) для ПИД-регулятора контура поддержания давления пара и FC14 (PID_Uroven) для ПИД-регулятора контура поддержания постоянного уровня воды в барабане котла.

5.4. Человеко-машинный интерфейс

Для взаимодействия оператора с АСУ ТП были разработаны следующие системы:

- панели оператора, предназначенные для отображения управляемого процесса, ввода и вывода данных и наладки; содержат дисплеи и клавиатуру,

конструктивно размещенные в одном корпусе;

- программируемые терминалы, представляющие собой электролюмине-

сцентные графические терминалы с активным экраном, на котором можно гиб-

ко менять клавиатуру;

- локальные системы визуализации и обслуживания с различными функ-

циональными возможностями (от кратковременного или долговременного ар-

хивирования измеряемых величин до полнографических систем с объектно-

ориентированными оболочками проектирования и обслуживания) и интегриро-

46

ванные в другие системы; представляют собой автоматизированные рабочие места (АРМ) на базе ПК;

- центральные системы визуализации и обслуживания с высокими функ-

циональными возможностями, расширяющимися от АРМ до скоординирован-

ных многопользовательских и многотерминальных систем.

Выбор той или иной системы визуализации определяется количеством информации, с которой будет одновременно взаимодействовать оператор, а

также ее характером.

Для интеграции персонального компьютера в ЧМИ АСУ ТП необходимо установить специализированное программное обеспечение, называемое

SCADA-системой (Supervisory Control And Data Acquisition). Этот термин пере-

водится буквально как "диспетчерское управление и сбор данных", но на прак-

тике его трактуют гораздо шире, а современные SCADA-пакеты включают в себя широчайший набор функциональных возможностей, далеко выходящий за рамки сбора данных и диспетчерского управления.

Существующие в настоящее время SCADA-пакеты выполняют множе-

ство функций, которые можно разделить на несколько групп:

-настройка SCADA на конкретную задачу (т. е. разработка программной части системы автоматизации);

-диспетчерское управление;

-автоматическое управление;

-хранение истории процессов;

-выполнение функций безопасности;

-выполнение общесистемных функций.

Несмотря на множество функций, выполняемых SCADA, основным ее отличительным признаком является наличие интерфейса с пользователем. При отсутствии такого интерфейса перечисленные выше функции совпадают с функциями средств программирования контроллеров, а управление является автоматическим, в противоположность диспетчерскому.

47

Одной из основных функций SCADA является разработка человеко-

машинного интерфейса, т.е. SCADA одновременно является и ЧМИ, и инстру-

ментом для его создания. В процесс разработки входят следующие операции:

- создание графического интерфейса (мнемосхем, графиков, таблиц,

всплывающих окон, элементов для ввода команд оператора и т д.);

- программирование и отладка алгоритмов работы системы автоматиза-

ции. Многие SCADA позволяют выполнять отладку системы как в режиме эму-

ляции оборудования, так и с подключенным оборудованием;

- настройка системы коммуникации (сетей, коммуникационные контрол-

леров и т п.);

- создание баз данных и подключение к ним SCADA.

В настоящее время наиболее распространенными отечественными уни-

версальными SCADA являются MasterSCADA (ИнСАТ, www.masterscada.ru), Trace Mode (AdAstrA Research Group, Ltd, www.adastra.ru), Круг-2000 (НПФ

"КРУГ", www.krug2000.ru) и САРГОН (НВТ-Автоматика, nvt.msk.ru).

При описания ЧМИ рекомендуется начать со структуры видеокадров. Это позволяет оценить общее количество используемых экранов, их назначение и взаимодействие между собой. Если структура составляется для новой АСУ ТП,

это позволяет оценить предстоящую работу и распределить нагрузку по ее реа-

лизации. На рис. 6 показана структура видеокадров парового котла предлагае-

мая для реализации на панели MP177-6.

После описываются экраны с указанием всех статических и динамиче-

ских элементов, входящих в нее. Пример описания и порядок работы с окнами человеко-машинного интерфейса приведен ниже.

Окно общего обзора (рис. 7) предназначено для контроля над работой всего котла и получения доступа к более подробным окнам.

Окно состоит из неизменной части, которая будет присутствовать на всех экранный формах, содержащей следующие элементы управления:

48

- - кнопка перехода на окно общего обзора;

- - кнопка отключения звукового сигнала;

- - кнопка перехода на окно архива аварийных сообщений;

- - кнопка перехода на окно настройки;

- -текущее время и дата.

Изменяемая область экрана представляет мнемосхему котла, на которой отображаются все основные данные в окнах вывода информации (давление газа перед горелками, разрежение, давление воздуха, разрежение давление пара), в

виде столбчатой диаграммы указывается текущий уровень в барабане котла.

На рис. 7 показаны активные области, нажатие на которые приведет к ак-

тивации соответствующих экранов.

Маркер текущей аварии появляется в верхнем правом углу, только если один или несколько аварийных сигналов активны в настоящий момент. Появ-

ление маркера сопровождается информационным окном, в котором подробно описываются активные сигналы в порядке их возникновения (рис. 8). Инфор-

мационное окно закрывается нажатием на символ “X”. Маркер исчезает только при отсутствии аварийных сигналов.

В окне аварийных сообщений отображаются в хронологическом порядке все сообщения, возникающие в АСУ котла. Каждое сообщение имеет номер,

время и дату, состояние и описание, что позволяет составить подробный отчет по нештатным ситуациям на котле (рис. 9).

49

Рис. 6. Структура видеокадров многофункциональной панели MP177-6

50