Информационное обеспечение

Если математическое обеспечение АСУ ТП фиксирует идейные аспекты организации управления, то информационное и программное представляют собой конкретную реализацию комплекса машинных алгоритмов функционирования.

Взаимодействия внутри системы и её связь с внешней средой носят, в основном, информационный характер, т.к. сводятся к приему и передаче информации в виде различных сигналов, сведений, данных и т.д. Информационное обеспечение определяет способы и конкретные формы отображения состояния объекта управления как в виде данных в ЭВМ, так и в виде документов, графиков, интерфейсов для их представления специалистам, участвующим в управлении технологическим процессом.

Важная роль этого компонента состоит в том, что именно через него, точнее - с его помощью осуществляются все процессы обмена информацией как внутри АСУ ТП, так и с внешней средой. Информационное обеспечение определяет способы и конкретные формы отображения состояния объекта управления в виде данных в ЭВМ, документов, графиков, сигналов для их представления специалистам, участвующим в управлении технологическим процессом.

Такой информационный обмен требует наличия определенных соглашений о принятых формах и возможных значениях (содержании, смысле) тех или иных информационных элементов. Это принятое множество форм массивов данных, документов, перечней и шкал используемых сигналов, кодов и правил их расшифровки образуют основной компонент АСУ ТП – информационное обеспечение.

Выделение информационного обеспечения АСУ ТП в виде самостоятельного компонента разработки и эксплуатации системы произошло лишь в последние годы, и четкую грань между программным и информационным обеспечением в настоящее время провести трудно. В значительной части технической литературы по АСУ термин «программное обеспечение» применяют в широком смысле, включая в него и понятие «информационное обеспечение».

Программное обеспечение (по)

В настоящее время ПО принято делить на два класса: общее программное обеспечение и специальное.

Общее ПО— это совокупность программ, необходимых для функционирования собственно вычислительного комплекса вне зависимости от особенностей данной АСУ (офисная, промышленный контроллер и т.д.) и от конкретного набора выполняемых ею функций.

Основой общего ПО является Операционная система (ОС), предназначенная для организации и управления вычислительным процессом. ОС является «диспетчером» и представляет собой набор алгоритмов, координирующих действие отдельных программ и устройств ЭВМ, организующая их очереди, последовательность включения в работу; программы управления отдельными устройствами. В частности, реализует последовательность выполнения задач процессором, оперативной памятью, внешней памятью и внешними устройствами.

ОС ЭВМ представляет собой совокупность программ, выполняющих две основные функции:

• управление ресурсами системы, обеспечение (в случае необходимости) их распределения между несколькими устройствами и контроль за выделением ресурсов для «одновременного» выполнения многих задач;

• предоставление набора услуг, обеспечивающего пользователю требуемый интерфейс, который предоставляет набор средств для управления потоками информации, а также для реализации прикладного программного обеспечения.

Целью первых разработок ОС было обеспечение наиболее эффективной загрузки ресурсов вычислительной системы (ДОС), или обеспечение возможности одновременной работы нескольких пользовательских задач (Windows).

Спецификой ОС для АСУ ТП является проблема, связанная с необходимостью быстрого и обязательного ответа на события в объекте. Т.е. требуется система реального времени, обеспечивающая гарантированное время реакции, это значит, что задержка ответа будет конечной и не превысит определенного значения. Реальное время в операционных системах - это способность операционной системы обеспечить требуемый уровень сервиса в определённый промежуток времени.

Можно выделить 3 особенности ОС РВ:

1. Основная задача - успеть среагировать на события, происходящие на объекте

2. Система реального времени, как аппаратно-программный комплекс, включает в себя датчики, регистрирующие на события в объекте, модули ввода-вывода, преобразующие показания датчиков в цифровой вид, и компьютер с программой, реагирующей на события, происходящие на объекте. Она ориентирована на обработку внешних событий.

3. ОСРВ служит только иструментом для создания конкретного управляющего комплекса реального времени.

Как правило, например, в OC QNX, время отклика колеблется от нескольких микросекунд до нескольких десятых долей секунды и связано с информационной мощностью и количеством точек (задач). Кроме того, ОСРВ (QNX) представляет собой многозадачную, многопользовательскую, многоконсольную ОС.

Специальное ПО включает программы, используемые при различных конкретных применениях ЭВМ. Специальное ПО АСУ ТП применяется для создании реальной системы управления и включает в себя программы реализации управляющих, информационных и вспомогательных функций (обеспечение заданного функционирования технических средств системы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой системы и т. п.).

Обычно в АСУТП используется класс программ SCADA (англ. Supervisory Control And Data Acquisition) - система диспетчерского контроля и сбора данных – профессиональные инструменты разработки систем компьютерного мониторинга.

При создании АСУ ТП решается следующий круг задач:

1. выбрать массив измеряемых и управляемых параметров;

2. установить датчики и устройства воздействия на объект;

3. провести конфигурацию компьютерной части системы и соединить с датчиками и исполнительными механизмами;

4. Обеспечить считывание оцифрованных данных (активное или пассивное);

2. Обеспечить математическую обработку данных (фильтрация, нормализация, линеаризация и т.д.)

3. Обеспечить отображение данных при помощи устройств компьютерного вывода – человеко – машинного интерфейса (ввод – вывод в реальном времени, форма отображения поступающей информации)

4. Хранение в архивах (запись, воспроизведение, контекстный поиск, графический просмотр, генерация отчетов).

Поэтому существующие SCADA-системы реализуют следующие функции:

1. Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы (программы).

2. Обработка информации в реальном времени.

3. Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (Human Machine Interface— человеко-машинный интерфейс).

4. Ведение базы данных технологической информации в реальном времени.

5. Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

6. Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

7. Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

8. Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

9. Возможность простой реализации регуляторов, поскольку имеет большой набор математических функций, что также позволяет моделировать объекты.

Наиболее важными характеристиками SCADA – программ являются: безопасность, графические возможности, генерация отчетов, настраиваемость на любой протокол обмена с устройствами ввода – вывода. Наиболее известны следующие SCADA – системы: In Touch (Wonderware- США), Genesis (Iconics - США), Trace Mode (AdAstra- Россия), WinCC+Step7 (Siemens – Германия).

• Безопасность предполагает «горячее резервирование» данных, автоматическое восстановление работоспособности системы после сбоя. Предусматривается сетевой вариант – распределенная СУ. Архивы могут сразу же сбрасываться на диск.

• Графические возможности обеспечивают простоту построения мнемосхем с нанесением на них стационарных, пассивных элементов (контуры установки) и активных – регулирующих, запорных органов, механизмов, измеряемых параметров (цифры, диаграммы, тренды), ретроспективных данных. Это аппарат для формирования предоставления оператору на экране наглядной информации о ходе технологического процесса. Наборы графических приметивов, шаблоны экранных форм и объектов, пополняемая библиотека символов, кнопки панелей.

• Генерация отчетов – архивы информации должны быть представлены в наглядной форме, допускать экспорт в распространенные СУБД и электронные таблицы (EXCEL) для использования другими системами, генерация и вывод на периферийные устройства технологических отчетов по форме, задаваемой пользователем.

• Настраиваемость на протокол ввода/вывода – стыковка программной части с произвольными аппаратными системами и формами представления данных. Теоретически SCADA–система настраивается на любую конфигурацию аппаратных средств и форм информации, если фирма – изготовитель открывает формат своего коммуникационного протокола. Во всех остальных случаях используются «самодельные» драйверы, обеспечивающие поток данных, а задача соединения в систему разнородных устройств сильно усложняется.

Сейчас все аппаратные средства должны комплектоваться OPC – сервером (OLE for Process Control - семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами). Т.е. должен быть в прилагаемом ПО некий стандартный протокол единый для всех SCADA–систем и устройств, их которых компонуется АСУ ТП.