2.3 Автоматизированное рабочее место оператора
При построении автоматизированных систем управления необходимо руководство со стороны квалифицированного человека (диспетчера). В прошлом для создания автоматизированных рабочих мест (АРМ) для управления технологическим процессом использовались пульты с множеством ламп кнопок и индикаторов (рисунок 2.38). В настоящее время подобные пульты применяются в простых случаях, когда требуется небольшое количество ламп и органов управления. В остальных случаях применяются АРМ на базе ЭВМ. АРМ может быть построено либо на персональном компьютере, либо на специализированных ЭВМ.
Рисунок 2.38
Для реализации АРМ существует класс программного обеспечения, называемый интерфейс человек – машина (HumanMachineInterface-HMI). Это так называемые системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SupervisoryAndDataAcquisionSystem-SCADA).
SCADAсистемы выполняют следующие основные функции:
автоматизированная разработка, дающая возможность создания программного обеспечения системы автоматизации без реального программирования;
сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
управление и регистрация сигналов об аварийных ситуациях;
хранение информации с возможностью ее последующей обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
обработка первичной информации;
средства визуализации представления информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;
возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как единое целое (рецепты).
Основу большинства SCADA-пакетов составляют несколько программных компонентов: база данных реального времени, ввода-вывода, предыстории, аварийных ситуаций и администраторов: доступа, управления, сообщений.
В основном SCADAсистемы ориентированы наPCсовместимые компьютеры, однако есть системы ориентированные на специализированные ЭВМ. Такие ЭВМ называются панели оператора, в них встроена собственная операционная система предназначенная для сбора данных и визуализации процесса.
Для графического представления технологического процесса, составляется мнемосхема, как правило состоящая из готовых изображений (задвижки, насосы, емкости и другое) – рисунок 2.39.
Рисунок 2.39
Большая часть SCADAсистем имеют средства мультимедия: звук и видео. Звук может быть полезен при оповещении оператора, например, при аварийных ситуациях. Видео позволяет визуализировать технологический процесс.
Еще одним способом визуализации является динамическое изменение параметров объекта. Экран в SCADAсистеме состоит из множества объектов: картинок, кнопок и примитивов. С помощью динамизации можно менять параметры этих объектов в зависимости от состояния процесса.
В большинстве SCADAсистем можно сделать динамическими следующие параметры объекта:
положение на экране;
угол поворота;
цвет заливки;
цвет линии;
Рисунок 2.40
Например, на рисунке 2.40 изображены два снимка экрана с панели оператора пружинонавивочного станка. В данном случае положение правой стойки на экране зависит от реального положения стойки на станке.
Контролируемые параметры процесса можно хранить в архивах и просматривать в виде графиков (трендов) – рисунок 2.41. Это полезно при определении состояния оборудования, планирования и объяснении причин аварий.
Рисунок 2.41
При управлении технологическим процессом возникают ситуации, когда необходимо проинформировать оператора (например, когда деталь достигла конца стола или температура в емкости приблизилась к критической). Данные ситуации являются асинхронными. Существует два типа ситуаций: тревоги и события.
Событиями могут быть ситуации, которые влияют на возможность аварийной ситуации. Тревогами являются ситуации, которые могут привести к аварийным ситуациям или привели к ним. Во все SCADAсистемы встроена система “тревог и событий”, которая информирует оператора о возникновении ситуации.
Очень важно документировать состояние объекта автоматизации в процессе его эксплуатации (например, печать отчетного листа за день о количестве выпуска деталей). Для этого существуют отчеты, которые затем можно вывести на принтер. Проектирование отчета не отличается от создания текстового документа. В местах, где требуется вывести значение какого-нибудь тэга, устанавливается специальный объект. При выводе отчета на принтер этот объект заменяется на значение заданного тэга.
Самые современные технологии Microsoft являются лидерами на мировом рынке, поэтому они очень активно внедряются в SCADAсистемы. Одна из новейших технологий Microsoft называется ActiveX. Она приобретает все большее значение с ростом использования Интернета.SCADAсистема предоставляет в качестве основы для любых элементов OCX / ActiveX контейнер OLE.
Как правило в поставку входит целый ряд элементов ActiveX. Однако и другие элементы могут быть очень легко созданы, например, с помощью Visual Basic 6 или просто взяты из Интернета. Встраивание элементов ActiveX облегчает проектирование путем применения готовых элементов.
OLE (ObjectLinking andEmbedding – компоновка и внедрение объектов), стандарт фирмы Microsoft для создания объединенных документов, с помощью которого в документ могут быть встроены данные других программ, является фиксированной составной частью большинстваSCADAсистем. Примером этого является, в частности, встраивание Excel вSCADAсистему.
Иногда полученные от контроллера данные необходимо преобразовать, например перемещение объекта в жизни в перемещение объекта на экране. Для этого существуют так называемые скрипты. Как правило, скрипты пишутся на языке VisualBasic. Они могут быть вызваны при наступлении какого-то события (нажатие кнопки, изменение значения тэга и так далее).
Современные SCADAсистемы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов (иначе они не смогли бы выжить на рынке). Для подсоединения драйверов ввода-вывода кSCADAиспользуются три механизма:
Стандартный динамический обмен данными (DynamicDataExchange-DDE);
OLE для управления процессами (OLE for Process Control - OPC);
Внутренний протокол (известный только производителю).
Изначально в SCADAсистемах основным механизмом был механизмDDE. Но из-за своих ограничений по производительности и надежности он не совсем пригоден для обмена информацией в реальном масштабе времени.
Взамен DDEкомпанияMicrosoftпредложила более эффективное и надежный механизмOPC, основанный на технологииOLE(ObjectLinkingandEmbeddingвключение и встраивание объектов). Главной целью было предоставить разработчикам систем диспетчеризации некоторую независимость от конкретного типа контроллеров. На сегодняшний день всеSCADAсистемы поддерживают этот механизм.
Новый стандарт, позволяет объединять на уровне объектов различные системы управления и контроля, устраняет необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов.
Появление OPC-серверов означает разработку программных стандартов обмена с технологическими устройствами. Поскольку производители полностью разбираются в своих устройствах, то эти спецификации являются для них руководством к разработке соответствующих драйверов.
Широкое распространение технологии OPC в промышленности имеет следующие преимущества:
Независимость в применении систем диспетчеризации от используемого в конкретном проекте оборудования.
Разработчики программного обеспечения не должны постоянно модифицировать свои продукты из-за модификации оборудования или выпуска новых изделий.
Заказчик получает свободу выбора между поставщиками оборудования, а также имеет возможность интегрировать это оборудование в информационную систему предприятия.
Разработку стандартов OPC, их описание, поддержку и пропаганду взяло на себя OPC Foundation (www.opcfoundation.org), добровольная международная организация, расположенная в Boca Raton, Флорида, США. Сейчас организация насчитывает более 250 членов, в число которых входят компании, занимающие лидирующие позиции в разработке программ для мониторинга, визуализации и диспетчеризации, а также других приложений для управления технологическими процессами, такие как Honeywell, Fisher-Rosemount, Siemens, Wonderware, Intellution и другие. Microsoft также является членом OPC Foundation, принимая участие в разработке новых спецификаций.
Стандарт обмена данными OPC базируется на распространенной общепринятой схеме клиент-сервер. Эта архитектура позволяет подключить множество клиентов к одному серверу. И наоборот, данный стандарт позволяет использования одним клиентом различных ОРС-серверов.
На рисунке 2.42 показан архитектура OPCинтерфейса. На ПК сOPCсервером устанавливается специальное программное обеспечениеOPCсерверы производителя оборудования. В качествеOPCклиента выступаетSCADAсистема. Таким образом можно выбрать оборудование не заботясь о его совместимости соSCADAсистемой.
Рисунок 2.42
Стандарт OPC был создан на базе спецификаций OPC. В настоящее время получили наибольшее распространение следующие спецификации:
OPC Data Access 1.0 и 2.0 – обеспечивает доступ к данным в режиме "реального времени";
OPC Alarm & Events – обеспечивает OPC-клиента информацией о специальных происшествиях и тревогах;
OPC Historical Data Access – обеспечивает доступ к протоколам и хроникам, хранящимся в базах данных;
OPC Batch – отправляет рецепты дозирования в технологический процесс и отслеживает их выполнение.
Сейчас в разработке находятся еще две спецификации:
OPC Data Access 3.0;
OPC XML.
В настоящее время, OPC Foundation разрабатывает новую спецификацию – OPC XML. Ее цель – разработать гибкий и удобный интерфейс для обмена данными через OPC, используя XML (Extensible Markup Language) в приложениях Internet/Intranet. Функции XML позволяют очень легко записывать любые структуры данных и, в то же время, передавать данные в виде XML-файлов, удобных для пересылки через Internet.
Один из необходимых компонентов для работы OPC-коммуникаций – COM и его сетевая версия DCOM. DCOM – стандартный компонент для операционных систем Windows NT 4.0, Windows 2000 и Windows 98. Для работы в Windows 95 DCOM нужно установить доплонительно. Все эти операционные системы позволяют передавать данные в рамках одного компьютера или через локальную сеть. В Windows CE сетевые возможности появились в версии 3.0. Сейчас стандарт OPC был разработан и для операционной системы Linux.