Наибольший интерес для разработчиков промышленных систем управления представляет редакция Control Edition, содержащая модули LabVIEW Real-Time и LabVIEW DSC (Datalogging and Supervisory Control Module), а также драйвера для PLC контроллеров и других устройств. Используя LabVIEW совместно с этими модулями, можно создавать мощные и эффективные системы автоматизированного сбора данных и управления технологическими производствами.

Модуль LabVIEW Real-Time совместно с целевой аппаратной платформой серии RT позволяет разрабатывать широкий диапазон специализированных, встраиваемых систем реального времени и загружать их для выполнения на независимой целевой платформе серии RT (например, в контроллерах серии FieldPoint) для гарантированного выполнения в режиме жесткого реального времени.

Особенности:

• графическая разработка встраиваемых систем «жесткого» реального времени;

• загрузка LabVIEW кода для выполнения на целевой платформе;

• быстрая разработка и отладка;

• тесная интеграция с оборудованием серии RT для обеспечения производительности жесткого реального времени, надежное выполнение на отдельном процессоре под управлением ОС РВ;

• интегрированные библиотеки ввода/вывода сигналов, управления приводами машинного зрения, PID регулирования, нечеткой логики, последовательного и GRIB интерфейсов, сетевой поддержки и анализа по точкам.

Модуль LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module, как следует из названия, предназначен для графической разработки приложений мониторинга и управления. По сути, этот модуль делает из LabVIEW настоящую SCADA систему, обладающую полным набором функций программ этого класса. Наряду со свойствами, необходимыми для современных SCADA-систем, LabVIEW DSC получил мощную математическую поддержку LabVIEW и опыт тысяч его пользователей.

Особенности:

• быстрая графическая разработка приложений мониторинга и управления с большим числом каналов;

• обработка тревог и регистрация событий;

• автоматическая регистрация данных;

• просмотр записей и данных в реальном времени;

• обеспечение совместного использования данных в сети;

• сетевой доступ к удаленным базам данных для хранения информации;

• OPC клиент/серверные соединения;

• математическая поддержка LabVIEW и модулей расширения.

Мощный математический аппарат совместно с использованием современных технологии автоматизации, таких как OPC, позволяет помимо создания систем управления успешно моделировать на базе LabVIEW DSC многие технологические процессы, например стадию стерилизации ферментера. Это позволяет создавать эффективные алгоритмы управления (а также совершенствовать математические модели процессов) без проведения дорогостоящих экспериментов с использованием технологического оборудования.

Эти особенности повлияли на выбор в пользу LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module в качестве SCADA системы для АСУ стадией стерилизации.

7.РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИ БИОРЕАКТОРА

Автоматизированное рабочего место оператора. Интерфейс оператора

Выполняемые функции. Требования к конфигурации. Программное обеспечение

В системе автоматизированного управления стадией стерилизации верхний (диспетчерский) уровень структуры АСУ представлен автоматизированным рабочим местом оператора (АРМ), на котором функционирует SCADA система NI LabVIEW DSC и ведется архив базы данных технологических параметров [23,24,25].

Выполняемые функции:

1. Обеспечение входа в систему по паролям и разграничение уровня доступа к ресурсам;

2. Отображение и архивирование информации о функционировании системы стерилизации;

3. Взаимодействие с контроллерной подсистемой управления;

4. Отображение диагностической информации о состоянии составных частей системы и линий связи;

5. Ведение протокола нарушений и технологического журнала;

6. Ведение протокола работы системы и действий оператора;

7. Возможность управления оператором работой установки в «ручном» режиме;

8. Взаимодействие с производственной вычислительной сетью.

Автоматизированное рабочее место представляет собой IBM PC совместимую рабочую станцию в офисном исполнении, размещенную в отапливаемом помещении с контролируемой температурой и влажностью.

Конфигурация этого компьютера соответствует функциональному назначению АРМ (сбор и обработка технологической информации с нижних уровней автоматизации, визуализация технологического процесса). Основные особенности конфигурации:

1. качественные комплектующие и надежная сборка;

2. большой объем оперативной и постоянной памяти, высокое быстродействие процессора и системы в целом;

3. видеоподсистема, обеспечивающая высокое качество изображения (монитор с большим экраном и видеоадаптер с четкой цветопередачей и стабильной картинкой);

4. эргономичные устройства ввода.

Компьютер подключен через переходник (RS-232/485) к производственной сети.

Автоматизированное рабочее место оператора функционирует на базе операционной системы Microsoft Windows 2000 Professional, обеспечивающей удовлетворительную надежность и совместимость с программным пакетом Microsoft Office.

Функции SCADA выполняет установленная среда исполнения NI LabVIEW DSC Run-Time, предоставляющая программную поддержку для выполнения проектов, разработанных в инструментальной среде NI LabVIEW DSC Standart.

Это программное обеспечение позволило в короткие сроки создать удобный интерфейс оператора, а также алгоритмы управления и регистрации событий.

Кроме того, на данном АРМ ведется главный архив базы данных технологического процесса Citadel.

Главный архив удовлетворяет следующим требованиям и имеет следующие характеристики:

• период хранения данных не менее 30 суток;

• длительность цикла опроса 0,2 с.;

• длительность цикла архивирования 0,2 с.;

• место хранения жесткий диск операторской станции;

• циклическая организация хранения;

Главный архив предназначен для функционирования следующих подсистем:

• подсистема отображения трендов соответствующих групп параметров;

• подсистема протоколирования оперативной и отчетной информации (событий).

Система позволяет архивировать данные и сообщения о ходе технологического процесса, обеспечивает выполнение следующих групп функций создание архива данных о значениях заданных параметров технологического процесса;

• создание аварийного архива данных о значениях критических параметров технологического процесса;

• прием и хранение данных в указанных архивах с заданными временами циклов опроса и архивирования;

• возможность выборки из архива групп данных по определенным параметрам, (имя параметра) или по интервалу времени;

• формирование расчетных архивов данных по условиям (имена расчетных параметров, формат хранения, интервал времени в течении которого будет храниться и архивироваться данный параметр, времена циклов опроса и архивирования);

• создание архива сообщений о ходе и нарушениях в ходе технологического процесса;

• хранение выборка и отображение сообщений по заданному критерию;

• печать заданной выборки из архива сообщений по запросу оператора.

Также в системе реализованы функции протоколирования сообщений о ходе технологического процесса. Регистрируются нарушения и отклонения технологических параметров, двоичных событий (типа вкл./выкл. или открыт/закрыт), действия оператора-технолога, аварийные ситуаций.

Данные протоколы в случае необходимости могут быть распечатаны в форме аналогичной их отображению на экране монитора и в этом случае являются отчетными документами и предназначены для:

 анализа функционирования технологического объекта;

 управления в регламентных и нештатных ситуациях;

 анализа причин нарушений и отклонений от регламента;

 анализа функционирования программно-технического комплекса.

Рассмотрим подробнее реализацию диспетчерского уровня автоматизации САУ стадией стерилизации в SCADA системы в NI LabVIEW DSC.

Структура интерфейса оператора

Основой для построения иерархической системы визуализации (интерфейса оператора) для системы управления является технологическая структура стадии стерилизации состоящая из ферментера, запорно-регулирующей арматуры, трубопроводной обвязки.

Визуализация информации о функционировании производства на стадии стерилизации осуществляется с помощью совокупности видеограмм – окон и панелей, отображаемых на экранах цветных мониторов рабочих станций операторов-технологов.

Структура интерфейса оператора:

• верхний уровень: обзорное меню с реализацией функций прямого вызова видеограмм нижнего уровня;

• нижний уровень: комплекс соответствующих видеограмм отдельной технологической нитки (стадии стерилизации).

К видеограммам нижнего уровня относятся:

1. Мнемосхема - технологическое окно отображения работы оборудования, вывода технологических параметров и аварийной сигнализации (показания датчиков и состояние исполнительных механизмов);

2. Виртуальная панель контроля и управления стадией стерилизации – окно, служащее управляющим интерфейсом стадии стерилизации;

3. Окно трендов стадии стерилизации – панель, на которой отображается актуальная технологическая информация в виде графиков и диаграмм - трендов (trends);

4. Окно событий – предназначено для регистрации и просмотра текущих и исторических тревог, аварий и других событий;

5. Окно исторических трендов – обеспечивает просмотр графиков выполнения технологического процесса.

Системы визуализации, построенная на основе описанной структуры в дальнейшем будет интегрирована в состав диспетчерского уровня АСУТП биосинтеза эритромицина, в качестве реализации диспетчерского уровня отдельной ветви технологического процесса.

Общие характеристики интерфейса оператора

Все панели и окна интерфейса оператора, принадлежащие одной системе визуализации построены по принципу унификации свойств (тип, цвет, анимация) графических элементов.

Панели и окна интерфейса оператора отображаются на черном фоне экрана монитора рабочей станции.

Цвет фона панелей и окон интерфейса оператора задается одним цветом (серо-голубым) для обозначения принадлежности видеограмм к одной системе визуализации.

Статические составляющие интерфейса оператора, такие как изображения технологического оборудование установки отображаются преимущественно серым цветом.

Текстовые обозначения (подписи) индикаторов, полей ввода, аппаратов и материальных потоков, идентификаторы технологических параметров, физические размерности технологических параметров, обозначаются черным или синим цветом.

В оформлении динамических элементов ввода и отображения значений (состояний) технологических параметров, следуя концепции унификации, используются следующие цветовые и анимационные решения:

• для алфавитно-цифровых индикаторов параметров технологического процесса регламентные значения технологических параметров (активные, рабочие состояния) отображаются зеленым или синим цветами на черном или белом фоне;

• регламентные значения (неактивные, выключенные состояния) отображается серым, серо-зеленым, красным цветами (например, закрытый клапан);

• отклонившиеся от нормы значения технологических параметров при нарушении границ L и H (сигнализация) отображаются желтым цветом, при нарушении границ LL HH (блокировка) отображаются ярко красным цветом, с использованием мерцающей смены цветов.

В оформлении динамических элементов ввода и отображения, не связанных напрямую с технологическими параметрами (кнопки, переключатели, индикаторы состояния процесса) используются следующие цветовые и анимационные решения:

• для обозначения регламентных значений (активных, рабочих состояний) используются синий, зеленый цвета (различной яркости);

• для обозначений регламентных значений (неактивных, выключенных состояний) используются серый, красный (приостановка процесса) цвета;

• не регламентные значения обозначаются желтым, красным цветами с добавлением анимационных эффектов (мерцание).

Более подробное описание оформления динамических элементов интерфейса оператора приведено в следующих подразделах.

На видеограммах должна отображаться следующая информация:

• для контролируемых технологических параметров индицируется его числовое значение и физическая размерность. При выходе значения параметра за пределы верхних или нижних границ H и L (сигнализация) и или HH и LL (блокировка), если она/они заданы, цифровое значение параметра, с момента возникновения отклонения значение отображается в режиме мигания и выделяется соответствующим цветом – желтым при нарушении границ типа L и H и ярко красным при нарушении границ типа LL и HH. После квитирования события оператором - технологом отображение параметра режим мигания снимается. Возвращение отображения параметра к обычному цвету происходит при возврате значения параметра к нормальной величине. Обычным по умолчанию является синий (зеленый) цвет;

• для регулируемого технологического параметра индицируется название параметра, его числовое значение, физическая размерность.

Обзорное меню

Обзорное меню предназначено для быстрого (путем нажатия соответствующей кнопки) вызова всех типов видеограмм, относящихся к данной технологической линии (стадии стерилизации).

Меню содержит кнопки вызова панелей и окон интерфейса оператора, а также сопроводительные надписи. Во время работы обзорное меню располагается постоянно на переднем плане в правой части экрана, делая удобной быструю навигацию по видеограммам.

При первом нажатии на выбранную кнопку происходит загрузка и запуск соответствующего окна (панели). Повторное нажатие (при загруженной панели) приводит к выводу окна на передний план.

Изображение обзорного меню дано на рис. 7.1. Блок-диаграмма приведена в приложении 8.