Общий вид диплома (Разработка мехатронного устройства с системой управления класса Smart House), страница 5

На мнемосхеме в реальном масштабе времени отображается ход технологического процесса, а использование объемных изображений элементов мнемосхемы, максимально приближенных к виду реальных конструкций технологического оборудования, облегчает работу оператора и обеспечивает хорошее восприятие им фактического состояния управляемого в дистанционном режиме оборудования.

Мнемосхема САУ стадии стерилизации повторяет с некоторыми особенностями функциональную схему автоматизации, содержит основное технологическое оборудование и направления движения материальных потоков, отражает принципиальную схему КИПиА с одновременной индикацией в цифровой форме:

• значений контролируемых и регулируемых технологических параметров;

• значений сигналов, характеризующих действительное состояние двухпозиционных, исполнительных механизмов (клапанов, насосов);

• состояния (ВКЛ/ВЫКЛ) различного электротехнического оборудования;

• состояние технологического параметра относительно технологических и аварийных регламентных значений;

• для отсечного клапана выводится текстовая индикация состояния клапана по управляющему сигналу.

Наибольшее внимание на мнемосхеме уделяется запорно-регулирующей арматуре, а также позициям, на которых установлены датчики технологического процесса.

Статические элементы мнемосхемы изображаются в виде объемных фигур светло-серого цвета с текстовыми подписями, даны названия и направления массовых потоков (пар, стерильный воздух и др.).

По данной мнемосхеме осуществляется контроль за следующими параметрами технологического процесса:

• температура среды;

• давление теплоносителя;

• уровень среды в баке.

4.5. Выбор и описание протоколов обмена

Современные SCADA - системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня (контроллеров), так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня.

Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA - системе в настоящее время используются следующие механизмы:

• ставший стандартом de facto динамический обмен данными (DDE);

• собственные протоколы фирм-производителей SCADA - систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;

• новый OPC - протокол, который, с одной стороны, является стандартным и поддерживается большинством SCADA - систем, а с другой стороны, лишен недостатков протоколов DDE.

Изначально протокол DDE применялся в первых человеко - машинных интерфейсах в качестве механизма разделения данных между прикладными системами и устройствами типа ПЛК (программируемые логические контроллеры). Для преодоления недостатков DDE, прежде всего для повышения надежности и скорости обмена, разработчики предложили свои собственные решения (протоколы), такие как AdvancedDDE или FastDDE - протоколы, связанные с пакетированием информации при обмене с ПЛК и сетевыми контроллерами. Но такие частные решения приводят к ряду проблем:

• для каждой SCADA - системы пишется свой драйвер для поставляемого на рынок оборудования;

• в общем случае, два пакета не могут иметь доступ к одному драйверу в одно и то же время, поскольку каждый из них поддерживает обмен именно со своим драйвером.

Основная цель OPC стандарта (OLE for Process Control) заключается в определении механизма доступа к данным с любого устройства из приложений. OPC позволяет производителям оборудования поставлять программные компоненты, которые стандартным способом обеспечат клиентов данными с ПЛК. При широком распространении OPC - стандарта появятся следующие преимущества:

• OPC позволят определять на уровне объектов различные системы управления и контроля, работающие в распределенной гетерогенной среде;

• OPC - устранят необходимость использования различного нестандартного оборудования и соответствующих коммуникационных программных драйверов;

• у потребителя появится больший выбор при разработке приложений.

С OPC - решениями интеграция в гетерогенные (неоднородные) системы становится достаточно простой. Применительно к SCADA-системам OPC серверы, расположенные на всех компьютерах системы управления производственного предприятия, стандартным способом могут поставлять данные в программу визуализации, базы данных и т. п., уничтожая, в некотором смысле, само понятие неоднородной системы.

Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода

Для организации взаимодействия с контроллерами могут быть использованы следующие аппаратные средства:

• COM - порты.
  В этом случае контроллер или объединенные сетью контроллеры подключаются по протоколам RS-232, RS-422, RS-485.

• Сетевые платы.
  Использование такой аппаратной поддержки возможно, если соответствующие контроллеры снабжены интерфейсным выходом на Ethernet.

• Вставные платы.
  В этом случае протокол взаимодействия определяется платой и может быть уникальным. В настоящее время предлагаются реализации в стандартах ISA, PCI, CompactPCI.

Прикладные протоколы, используемые для организации взаимодействия с контроллерами, оставлены за границей этой книги.

4.5.1. Серверы ввода/вывода в InTouch

При функционировании InTouch - приложения в реальном времени информация обо всех его переменных хранится в базе данных. К такой информации относятся имя переменной, ее тип, минимальное и максимальное значения, уставки, способ отображения (дисплей, журнал) и т. д., а также информация о коммуникационных каналах, по которым происходит обмен данными между технологическим процессом и приложением.
InTouch - приложение поддерживает взаимодействие с DDE и OPC-серверами. Именно на организации взаимодействия с ними и остановимся ниже.

4.5.2. Поддерживаемые коммуникационные протоколы

DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными) представляет собой коммуникационный протокол, разработанный компанией Microsoft для обмена данными между различными Windows - приложениями. Этот протокол реализует взаимосвязи типа клиент - сервер между двумя одновременно исполняющимися программами.
В InTouch поддерживается также пакетированный DDE - обмен - FastDDE. Применение последнего заметно повышает эффективность и производительность обмена данными благодаря уменьшению общего количества DDE - пакетов, которыми клиент и сервер обмениваются между собой. Но принципиальные недостатки, связанные с надежностью и зависимостью от количества загруженных в текущий момент приложений Windows, остались. Необходимость в появлении более совершенного технологичного протокола созрела! Но следует отметить, что отказ от DDE-механизма происходит не мгновенно хотя бы потому, что в мире наработано большое количество DDE - серверов.
С целью расширения возможностей стандартного протокола DDE на локальную сеть компания Wonderware предложила NetDDE. Он позволяет приложениям, запущенным на объединенных в локальную сеть компьютерах, вести DDE - обмен. Позднее NetDDE лицензируется компанией Microsoft и поставляется в дистрибутивном пакете Windows. Следует отметить и то, что NetDDE допускает обмен информацией между приложениями на IBM PC и приложениями на машинах другого типа с операционной системой VMS или UNIX. Компания Wonderware предлагает и инструментальные средства для разработки DDE-серверов, в том числе и для не-Windows-платформ.
Протокол SuiteLink был специально разработан фирмой Wonderware для того, чтобы удовлетворить таким требованиям, как целостность данных, высокая производительность и простота диагностики. В основе протокола SuiteLink лежит протокол TCP/IP. SuiteLink не является заменой протоколам DDE, FastDDE и NetDDE. Новый протокол разработан для поддержания быстродействующих промышленных систем и обладает следующими характеристиками:

• Передача данных осуществляется в формате VTQ (Value, Time, Quality - значение, время, качество), в соответствии с которым каждая пересылаемая клиенту единица информации сопровождается метками времени и качества данных.

• Благодаря системному монитору операционной системы Windows NT (Performance Monitor) стал возможным расширенный анализ производительности по передаче данных, степени загрузки сервера, степени потребления ресурсов компьютера и сети, что особенно важно для проектирования и сопровождения больших распределенных промышленных сетей.

• Поддержка обмена данными между приложениями происходит независимо от того, исполняются ли эти приложения на одном узле сети или на разных.

Для реализации функций OPC - клиента Wonderware предлагает OPCLink - сервер, преобразующий OPC в SuitLink - протокол.
В материалах, предложенных компанией Wonderware, отмечается, что большинство реализованных OPC-серверов создают для каждого подключаемого к серверу клиента новый канал связи или нить. Для текущей обработки каждого клиента сервер должен переключаться между нитями. Каждая нить использует DCOM (Distributed Component Object Model) для организации обмена данными, и DCOM также управляет переключением нитей. В итоге возможна достаточно низкая производительность в сети.
Тесты, проведенные фирмой Wonderware, показали, что при обслуживании OPC-сервером 7 клиентов (при передаче 4 целых чисел в режиме обновления) сервер на 95% занимал ресурсы CPU. Это означает, что ресурсы компьютера практически целиком были заняты переключением нитей и DCOM- процедурами.
Поэтому на текущем этапе параметры производительности протокола SuiteLink превосходят параметры DCOM. Поставляемый в комплекте FactorySuite (Wonderware) OPCLink Server обеспечивает прием информации с OPC- сервера и передачу ее по протоколу SuiteLink в SCADA - систему InTouch и наоборот. Именно OPCLink Server рекомендуется устанавливать на одном узле с OPC- сервером, чтобы для сетевых передач использовался SuiteLink- протокол, а не DCOM.

Все описанные ниже особенности адресации распространяются и на OPC-серверы с одним лишь ограничением. При разработке InTouch - приложения создается канал связи с OPCLink - сервером (как с любым другим SuiteLink - сервером). Но рекомендуется использовать встроенный в InTouch OPC Browser для упрощения выбора параметров конфигурации подключаемого OPC - сервера.

Рис 4.3. Иерархическая структура клиент – серверной архитектуры OPC

4.6. Выбор контроллера и измерительных преобразователей.

4.6.1. Описание контроллера

«М90» представляет собой микро «OPLC»1; компактный контроллер, содержащий полностью интегрированную панель управления. Это превосходное устройство для выполнения простых задач управления, как в домашнем хозяйстве, так и на производстве. «М90» включается в состав различных моделей, предлагающих разнообразные возможности, в том числе аналоговое управление, «CANbus» и порты расширения. Эти качества «М90» обеспечивают ему гибкость для контроля за временем и состоянием окружающей среды, в которой происходят технологические процессы.

Рисунок 4.4.Вид контроллера «М90»

Панель управления, показанная на Рис. 1, представляет собой интерфейс оператора. На панели управления «М90» находятся жидкокристаллический текстовый дисплей и клавишная панель. ЖК экран может использоваться для вывода на него указаний, свойство, которое делает «М90» очень удобным в работе. Клавишную панель оператор использует для ввода информации в «М90» или для изменения каких-либо уже введенных ранее данных. Этот коммуникационный интерфейс между «М90» и оператором в данном справочнике именуется «HMI-интерфейсом», или человеко-машинным интерфейсом («Human Machine Interface»).