76

7. Scada-технология разработки прикладного программного обеспечения асутп

7.1. Назначение scada-технологии

В настоящее время на всех уровнях создаваемых АСУТП использу-ются программируемые технические средства, в которые должно быть ус-тановлено программное обеспечение требуемых функциональных задач. В общем случае это программное обеспечение должно включать в себя про-граммное обеспечение УСО, осуществляющих связь с ТОУ, и прикладное программное обеспечение АРМов (ППО), решающее задачи их связи с УСО и организации «человеко-машинного интерфейса» HMI (Human-Machine Interface) для лиц, принимающих управленческие решения: опера-торов, диспетчеров, управленцев.

В данной главе рассмотрим современные принципы разработки ППО АРМов разных уровней АСУТП.

ППО разрабатывается в соответствии с проектной документацией на этапе создания АСУТП и предназначается для установки в АРМы, которые должны отслеживать текущее состояние отдельных ТхО и ТП в целом, обеспечивать возможности принятия управленческих решений и форми-рования управленческих воздействий как с целью оперативного изменения параметров ТП, так и с целью организационного воздействия на службы, обеспечивающие выполнение ТП в соответствии с регламентом. Таким образом, разрабатываемое ППО должно быть ориентировано как на реше-ние задач управления оборудованием при взаимодействии с ТП, так и ор-ганизации эффективного взаимодействия типа «человек (лицо принимаю-щее управленческие решения на определенном уровне, в определенном объеме функций) – система». При этом принципиальной особенностью ППО, разрабатываемого для АСУТП, является необходимость решения указанных задач в режиме реального времени, в котором нормируется вре-мя реакции на каждое возмущающее воздействие как со стороны ТП, так и со стороны АРМ.

При разработке ППО любой сложности всегда существует проблема: как добиться того, чтобы разработчики АСУТП и технологи, для которых создается АСУТП, могли на понятном обоим языке отследить полноту тех-нических требований к автоматизации отдельных ТхО или всего ТП и сделать это наиболее эффективно. Если на уровне взаимодействия АРМов с ТОУ задачи программирования могут быть четко сформулированы на основе математических описаний законов управления, то на уровне HMI таких законов нет. Поэтому встал вопрос: каким образом можно описать человеко-машинный интерфейс применительно к решению определенных задач достаточно формализовано, чтобы исключались разночтения сфор-мулированных требований к автоматизации не только разными специалис-тами, но и одними и теми же специалистами, но на разных стадиях созда-ния системы.

Разработки ППО для АСУТП выполняются уже в течение несколь-ких десятилетий и среди разных подходов к выполнению таких разработок наиболее перспективными оказались те, которые основывались на исполь-зовании метода визуального программирования. Этот метод получил ак-тивное развитие в SCADA.

SCADA– этоSupervisorControlAndDataAcquisition(оперативное управление и сбор данных), т. е. в самом названии указаны два функциона-льных назначения:

− сбор данных о технологическом процессе и представление их в удоб-ной форме лицам, принимающим управленческие решения;

− управление технологическим процессом, реализуемое человеком, на основе собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обе-спечивает эффективность функционирования технологического процесса.

Как правило, SCADA употребляется вместе со словом «система». SCADA-система – это программный продукт. Добавление «система» пока-зывает составной характер этого продукта, в котором различают:

– набор инструментальных программных средств, предназначенных для решения при разработке ППО АСУТП разных функциональных задач;

– набор исполнительных программных средств: run time, поддерживаю-щих выполнение исполнительных функций на этапе эксплуатации раз-работанного ППО АСУТП.

Применение SCADA-системы при создании ППО обеспечивает:

1) возможность мнемосхемного отображения ТП в форме, удобной для восприятия не только операторами и диспетчерами, но и специалиста-ми технологических служб предприятия. Разработка мнемосхемных ото-бражений осуществляется с использованием выразительных технологиче-ских «образов» и мультипликантов органов управления различных типов (см. рис.7.1). Например: органы управления в виде кнопок управления, рубильников, ползунковых или поворотных задатчиков уставок регуля-торам; экранные формы отображения параметров процесса типа цифровых табло, стрелочных, полосковых или цифровых многопозиционных индика-торов; графики изменения измеряемых величин; сигнализирующие табло различной формы и тематического содержания;

2) взаимодействие АРМ с различными типами внешних устройств, осуществляющих связь с объектом, с использованием необходимых драй-веров, поддерживающих работу этих устройств;

3) поддержку функционирования ППО в реальном времени, то есть с нормированным временем отклика системы на внешние события;

4) прием от устройств, взаимодействующих с ТП, информации об из-меряемых и контролируемых технологических параметрах, с фиксирова-нием этих событий в координатах текущего времени (дата, час., мин, сек);

Рис. 7.1. Мнемосхемное представление объекта

5) обработку измерительной информации, представляемой результа-тами измерений требуемой размерности. Результаты измерений при этом контролируются относительно граничных значений допустимого диапазо-на или скорости измерения измеряемых величин, а также представляются в различных графических формах;

6) оповещение (световое, звуковое) эксплуатационного и обслужи-вающего персонала об аварийных событиях, о недопустимых условиях функционирования технологического оборудования или оборудования ав-томатики; обязательная архивная регистрация как аварийных сообщений, так и действий эксплуатационного персонала в аварийных ситуациях;

7) ведение архивов событий, происходящих при управлении ТП: формируются архивы временных состояний системы (полное или выборо-чное сохранение параметров процесса через заданные промежутки време-ни постоянно или по условию), а также архивы аварий, событий и пове-дения переменных процесса во времени (так называемые тренды);

8) возможность диспетчерского или операторского управления ТП или ТхО путем формирования команд управления с передачей их в адрес соответствующих УСО; фиксирование управляющих действий лица, при-нимающего управленческие решения, в архивах событий;

9) формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации и в требуемой форме представления;

10) непосредственное автоматическое управление ТхО по заданным алгоритмами, выполнение математических и логических вычислений при реализация алгоритмов формирования управляющих воздействий в зависи-мости от характеристик объекта в том числе в режимах «советчика», су-первизорного управления, прямого цифрового управления, а также выбор необходимых алгоритмов из специальной библиотеки;

11) возможность защиты от несанкционированного доступа к управ-лению объектом;

12) возможности многооконного графического интерфейса и других очевидных функций, таких как импорт изображений, создание собствен-ных библиотек динамических объектов, элементов мнемосхем и т. п.

Таким образом использование SCADA-технологии обеспечивает практически неограниченные возможности в реализации функций: сбора информации о ТП; автоматического управления отдельными ТхО и раз-ных методов автоматизированного управления ТП в целом; индивидуаль-ного решения в каждом АРМ интерфейса интерактивного взаимодействия типа «человек-система» с использованием мнемонических интуитивно по-нятных изобразительных образов; сохранения истории изменения управ-ляемого процесса и истории формирования управляющих воздействий; активного взаимодействия с другими средствами, позволяющими созда-вать изображения, которые могут быть заимствованы для решения задач визуализации в рамках конкретного проекта. Еще раз обратим внимание на то, что SCADA-технология только «обеспечивает возможности» разра-ботчикам ППО, позволяя: сократить сроки и существенно снизить трудо-емкость разработки ППО; обеспечить «прозрачность» программных реше-ний и принцип их последовательного развития; повысить надежность при-нятых в ППО решений и т. д. Как эти возможности будут реализованы в рамках конкретного проекта – это уже будет зависеть от проектного реше-ния, от способностей разработчика ППО, от возможностей выбранной SCADA-системы.

Как уже было отмечено выше, исключительно важным при исполь-зовании SCADA-технологии является возможность организации продук-тивного диалога разработчиков ППО с технологами автоматизируемого ТП на понятном обеим сторонам языке визуальной реализации функций управления создаваемой АСУТП. Суть такого диалога проявляется в том, что разработка ППО начинается как бы «с конца», т. е. с разработки ото-бражения мнемосхемы технологического процесса с учетом функций авто-матизированного управления, определения форм представления измери-тельной и сигнализирующей информации, состава и форм ведения архив-ных данных. В процессе диалога на уровне согласования выбираются предпочтительные формы интерфейса «человек-система» при решении задач контроля и управления на уровне каждого АРМ. И только после такого диалогового согласования всех вопросов, определяющих, фактически, назначение АСУТП, разработчики системы могут приступать к разработке низовой части АСУТП под уже отработанные и согласо-ванные интерфейсы «человек-система» без опасения, что что-то из требо-ваний заказчика «не так понято», что-то упущено, а что-то оказывается лишним.

Подход к созданию ППО АСУТП основанный на технологии визу-ального программирования отразился в появлении очень характерного рек-ламного слогана фирмы АдАстра: «Нарисуй свою АСУТП!», который, ко-нечно же, нельзя понимать буквально, но который характеризует особен-ности метода проектирования АСУТП с использованием SCADA-техно-логии.

Об эффективности SCADA-технологии свидетельствует тот факт, что практически каждый год на рынке появляется новый SCADA-продукт. Это тот случай, когда спрос рождает предложения. В настоящее время в России проектировщикам предоставлен большой выбор SCADA [см., на-пример, сайты: www.insat.ru, www.adastra.ru, www.krug2000.ru] и воз-никает необходимость выбора определенной SCADA для реализации задач конкретного проекта.