в. Программное обеспечение систем управления

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

5.8. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ ОТ ФИРМЫ GE FANUC

1. 5.8.1. Программное обеспечение CIMPLICITY HMI

Пакет CIMPLICITY HMI разработан в целях использования архитектуры клиент-сервер для Windows'95 и относится к семейству уже применяемых для UNIX систем CIMPLICITY. Благодаря ПО CIMPLICITY возможны быстрая разработка приложения, уменьшение её стоимости и повышение конкурентоспособности системы.

2. 5.8.2. Динамическая графика

Графика CIMPLICITY с возможностью использования 16 млн. цветов, масштабируемыми фронтами и анимацией позволяет создавать динамические экраны, представляющие производственный процесс с помощью панели инструментов можно выравнивать, вращать, изменять контуры, рисовать и создавать группы объектов, редактировать, копировать и стирать данные. Программное обеспечение CIMPLICITY HMI предоставляет различные объекты и контуры, а также библиотеку графических объектов для различных отраслей промышленности.

Посредством панели навигации поддерживается анимация объекта, который может вращаться, двигаться, изменять цвет и объем заполнения, геометрию объекта, его масштаб и т.д.

Рекомендуемые материалы

Графика CIMPLICITY HMI поддерживает OLE и ОСХ, Object Linking и Embedding, стандарты Microsoft. Можно включить в графические экраны следующие приложения:

· таблицы и графики из Excel;

· рапорта из баз данных (БД) SQL или ACCESS;

· картинки bitmap;

· видео- и аудиоклипы;

· графики, сигналы тревог (алармы) и другое, взятое из приложений пакета CIMPLICITY HMI.

Импорт метафайлов позволяет получать объект из AutoCAD и PowerPoint, который затем удается анимироватъ.

3. 5.8.3. Генерация и упрощение ширмами

Фирма GE Fanuc создала инструмент управления алармами. Он представляет собой объект OLE. Окно алармов можно настраивать и встраивать в графический экран. Пользователь выбирает информацию об алармах, которую необходимо видеть оператору. Предусмотрено изменение фонтов, размеров окна, стилей и текстов алармов и т.д.

4. 5.8.4. Система "трендов" для промышленных объектов

Просто и быстро анализировать собранные параметры - важная характеристика системы управления и мониторинга. Модуль трендов является объектом управления ОСХ и может быть встроен в графический экран. В отличие от других пакетов НМI в данном модуле не ограничено число графиков на один объект тренда. Кроме того, один модуль трендов может иметь сразу несколько одновременных источников поступления информации, включая текущие данные, данные, собранные в предыдущий раз, и данные, сохраненные в файле. Для каждого графика предусмотрен свой масштаб. Возможность изменять конфигурацию трендов в момент работы модуля исполнения делает этот модуль еще более привлекательным для инженера.

Модуль Basic Control позволяет интегрировать язык Visual Basic в CIMPLICITY HMI для написания собственных программных модулей. Пользователь может создавать блохи программ, базирующихся на системных событиях, алармах, переменных из БД или конкретных действиях оператора. С помощью создания модулей на Visual Basic можно быстро разработать свой интерфейс к конкретной задаче.

Пакет CIMPLICITY HMI поддерживает обмен с БД через ODBC.

Панель управления предоставляет список переменных с возможностью получения динамической информации об их значениях и о статусе алармов. Панель управления переменными дает возможность:

· просматривать и устанавливать локальные и удаленные переменные;

· разрешать и запрещать генерацию алармов.

С помощью панели управления переменными можно их фильтровать и сортировать в зависимости от имени, устройства поступления, ресурсов, ассоциированных с переменной, и т.д.

Модуль рецептов позволяет создавать, загружать н выполнять рецепты для производственного процесса.

Модуль SPC представляет собой набор инструментов, позволяющий контролировать качество продукции. Каким образом удается улучшить его?

 Для этого необходимо реализовать следующую программу:

· измерение - надо собрать большое количество точных данных для реализации статистического анализа;

· статистический анализ, помогающий принять решение об изменении тех или иных параметров процесса;

· изменение параметров процесса;

· контроль - мониторинг процесса и сбор новых данных.

Изложенную программу позволяют реализовать, ПО CIMPLICITY HMI и модуль SPC.

Анализ исторических данных дает возможность анализа, представления и модификации массивов с последующими вычислениями. Таким образом, отпадает необходимость в написании собственных программ для анализа. Модуль анализа исторических данных также может передавать данные в CIMPLICITY HMI, где они представляются в удобном для оператора виде.

Модуль WebGateway обеспечивает доступ к данным из CIMPLICITY HMI через Internet Этот модуль позволяет создать Web-документ (в стандартном html формате), который содержат необходимые данные, включи их графическое представление в виде bitmap или динамических окон ActiveX.

5. 5.8.5. Доступ в реальном времени к наиболее важной информации

Поскольку интеграция данных очень важна для процесса автоматизации, пакет CIMPLICITY HMI разработан таким образом, чтобы получить все преимущества от быстродействующего сбора и передачи информации. Основываясь на 20-летнем опыте, фирма GE Fanuc обеспечивает стратегию передачи данных как в рамках одного компьютера (от задачи к задаче), так и по сети от одного компьютера к другому. Архитектура клиент-сервер позволяет решить эту задачу оптимально.

В пакете CIMPLICITY HMI предусмотрено горячее резервирование, что дает возможность автоматически переключаться с первичной системы на вторичную в случае отказа. При резервирований пользователь не просто оперирует с двумя системами. Используя резервирование для Ethernet и подключая систему к контроллеру, он параллельно собирает данные сразу на две системы. Переменные, алармы и другие параметры сохраняются синхронно в двух системах, тем самым уменьшается время реакции на отказ системы.

Программное обеспечение CIMPLICITY Control

Созданное для работы с Windows, CIMPLICITY Control является ПО, служащим для программирования логических контроллеров фирмы GE Fanuc. Оно позволяет значительно снизить время разработки проекта и затраты, программировать контроллеры Series 90-70 и 90-30, используя "релейные диаграммы" или шаговые блоки, и совместимо со стандартом IEC 1131-3, допускает работу через TCP/IP Ethernet и сеть Genius. Кроме того, важно, что CIMPCICTTY Control полностью интегрировано с пакетом мониторинга CIMPLICITY HMI. Это позволяет иметь одну БД для переменных контроллера и ПО HMI. Разработчик получает возможность быстрого создания проекта и более надежного контроля над ним. Предусмотрена редакция данных в режиме on-line, при этом они автоматически передаются в другую задачу. Программа контроллера и ПО HMI могут обмениваться с контроллером по одной линии передачи информации, экономя таким образом оборудование.

Пакет CIMPLICITY Control позволяет выполнить задачу конфигурации контроллера очень легко, представляя в графическом виде состояние контроллера, блока питания и других его модулей.

6.

7. 5.8.6. Инструмент интегратора

Инструмент интегратора содержит три основных компонента, которые дают возможность расширить функции ПО от фирмы GE Fanuc.

Инструмент разработки драйверов предоставляет интерфейс к модулю разработки и исполнения пакета CIMPLICITY HMI. Пользователь может разрабатывать свои драйверы для любых контроллеров и интегрировать их с этим пакетом.

Модуль АPI управления переменными обеспечивает всем необходимым для доступа к переменным БД модуля исполнения CIMPLICITY HMI из своей задачи. Кроме доступа к значениям переменных из БД можно получать также следующую информацию о них:

· значение переменных только при изменении;

· сведения о состоянии алармов для данной переменной;

· значение переменной через заданное время.

Модуль позволяет устанавливать значения переменой.

Модуль API управления алармами предоставляет доступ к состоянию алармов модуля исполнения CMPLIC1TY HMI из своей задачи.

 

5.8.7. Программное обеспечение CIMPLICITY PC Control

Сегодня можно воспользоваться растущей производительностью персональных компьютеров (ПК); а такое полностью интегрировать задачу управления в ПК. Программное обеспечение CIMPLICITY PC Control работает под управлением Windows NT и соответствует стандарту IEC 1131-3. Оно состоит из модулей редактирования программ и исполнения. Модуль исполнения позволяет управлять каналами ввода/вывода через платы интерфейса ПК с различными промышленными сетями (Genius, Profibus и т.д.).

5.8.8. Методика сравнительного анализа SCADA-систем

На мировом рынке систем управления технологическими процессами идет жесткая конкурентная борьба между фирмами-разработчиками программного обеспечения (ПО) для систем автоматизации.

Выбор наиболее приемлемого для конкретного заказчика варианта системы мониторинга и управления технологическими процессами (SCADA-снстсмы) при автоматизации производства представляет собой достаточно сложную многокритериальную задачу, решением которой является компромисс между стоимостью, техническим уровнем, надежностью, комфортностью, затратами на сервисное обслуживание, полнотой ПО и т.д.

В функции SCADA-системы входят: сбор данных от контроллеров; первичная обработка и архивация данных; представление динамичных мнемосхем объекта и трендов измеряемых величии; сообщение о неисправностях и об авариях; печать протоколов и отчетов; ввод в систему команд операторов; связь с другими пультами операторов; решение прикладных задач на базе текущих данных.

Существенно влияют на выбор SCADA-системы такие свойства объекта автоматизации, как его тип, мощность, динамичность; учет дальнейшего распространения SCADA-системы на другие объекты автоматизации; класс систем автоматизации, контроль и учет; имеющаяся платформа; число и расположение пультов операторов; число и типы контроллеров; имеющаяся сетевая архитектура; число измеряемых величин на каждый пульт; необходимость обработки измерительной информации; надежность.

Различные SCADA-системы отличаются друг от друга такими параметрами, как мощность векторной графики; особенности построения графиков, трендов; формат экспорта и импорта изображений; возможность работы с мультимедиа; тиражирование изображений; проектирование первичной обработки данных; написание пользователем программ; особенности отладки отдельных программ (эмуляция); возможность эмуляции объекта автоматизации; обучаемость персонала; открытость протоколов связи с контроллерами и сетями; наличие интерфейса с базами данных и электронными таблицами; перечень имеющихся драйверов к контроллерам; полнота документации; особенности сопровождения; цена базового комплекта.

Методика сравнительного анализа состоит в иерархической декомпозиции проблемы выбора SCADA-системы на все более простые составные части и дальнейшей обработке последовательности суждений лица, принимающего решение (ЛПР) по парным сравнениям.

В общем случае иерархическая модель для выбора SCADA-системы может быть представлена следующим образом: иерархия исходит из фокуса (глобальной цели) к критериям, потом к подкритериям и, наконец, к альтернативам, из которых нужно сделать выбор.

Иерархическая структура считается полной, если каждый элемент заданного уровня функционирует как критерий для всех элементов нижестоящего уровня. В противном случае иерархия неполная.

После иерархического или сетевого воспроизведения проблемы устанавливаются приоритеты критериев, оцениваются альтернативы по ним и выявляется самая важная.

Методика сравнительного анализа использует специальное ПО, разработанное в "Интелсист".

Пример. Предположим, что перед экспертами стоит проблема выбора среди предлагаемых SCADA-систем и эксперты хотят сравнить между собой три SCADA-сястемы. В данном случае глобальная цель задачи - выбор SCADA-системы; критерии - требования, которым должна удовлетворять последняя; альтернативы - SCADA 1,2,3(см. рис.5.10).

Рисунок 5.13.

Экспертам нужно учесть относительную важность критериев на втором уровне иерархии: цена; надежность; удобство работы; обмен данными.

На первом шаге эксперты оценивают значимость критериев по их парным сравнениям между собой. Им нужно ответить примерно на следующие вопросы: на сколько цена SCADA-системы больше влияет на её выбор, чем её надёжность, удобство работы персонала, обмен данными?

Для ответа на поставленные вопросы экспертам предлагается девятибальная вербальная шкала относительной важности (см. таблицу).

После ответа на вопросы система рассчитывает приоритеты критериев в численном и графическом виде (графики выдаются как гистограммы). Самым значительным (влияющим на выбор) критерием может оказаться, например, цена или надежность.

Отличительной чертой предложенной методики является то, что при этом также выдаётся согласованность суждений экспертов, что увеличивает достоверность результатов экспертизы. Если полученное отношение согласованности больше 10%, то экспертам следует пересмотреть свои суждения.

Далее необходимо оценить SCADA-системы по всем перечисленным критериям. Для этого экспертам нужно ответить на ряд вопросов, в частности:

· на сколько SCADA 1 дешевле, чем SCADA 2?

· на сколько SCADA 2 надежнее, чем SCADA 3?

· на сколько в SCADA 1 удобнее работать, чем в SCADA 2?

· на сколько в SCADA 3 обмен данными лучше, чем в SCADA 1?

Система рассчитывает локальные приоритеты SCADA-систем по каждому из критериев: ценам, надежности, удобству работы, обмену данными и т.п.

Затем рассчитываются и выдаются на экран глобальные приоритеты SCADA-систем. При этом для суждений по каждому из критериев выводится значение согласованности, а затем - общая согласованность для всей иерархии.

Каждый из критериев может быть разбит на подкритерии.

Например, критерий "цена" можно разбить на подкритерии: цена полного комплекта; наличие более дешёвых (простых, облегченных) версий и отдельных мониторов архива, мониторов реального времени (Runtime); возможность приобретения обновленных версий (Upgrade).

Критерий "надежность" может быть разбит на следующие подкритерии: год выпуска (число проработанных лет); число продаж (инсталляций) и внедренных инсталляций; отсутствие отказов (рекламаций) в работе.

Критерии "удобство в работе" можно разбить на подкритерии: наличие стандартных изображений (Wizards); удобство работы с редакторами; наличие объемной "красивой" графики; удобство математического описания (формул, законов, языков программирования).

Критерий "обмен данными" разбивается на подкритерии: многоканальность, число входов/выходов; возможность математического описания (написание пользовательских программ для законов управления н преобразования сигналов); число драйверов, возможность их описания; многоплатформность.

В свою очередь, рассмотренные подкритерии могут быть представлены дополнительной иерархией до тех пор, пока у эксперта по данной проблеме имеются знания.

Эта система позволяет пользователю выбрать SCADA-систему, которая в надлежащей степени удовлетворяет всем его требованиям с учетом их значимости. Пользователь может прервать работу, записать данные в отдельный файл, а затем начать ее с прерванного места. Закончив работу, пользователь может записать информацию, а затем просматривать её.

Рассмотренная методика является замкнутой логической конструкцией, обеспечивающей с помощью простых правил анализ сложных проблем во всем их разнообразии и приводящей к наилучшему ответу.

Данная система может также использоваться для решения задач планирования, разрешения конфликтных ситуаций, анализа "стоимость - эффективность" и для решения вопросов размещения ресурсов.

5.9. SCADA-СИСТЕМА ТИПА GENIE 3.0

5.9.1. GENIE 3.0 – в двух словах о назначении

      Пакет GENIE (по-русски произноситься как “Джинни” с ударением на первом слоге, а в переводе – “джинн” – не напиток), разработанный фирмой Advantech, является инструментальным средством для сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA), исполняющегося в среде MS Windows 3.x, Windows 95 и Windows 98. GENIE текущей версии может применятся в проектах АСУ ТП масштаба технологического участка и/или цеха, с начальным или средним уровнем сложности.

9. 5.9.2. Состав и архитектура системы

Пакет GENIE состоит из двух основных программных модулей:

·  построитель стратегии GENIE (GENIE.EXE)

· исполнительная среда GENIE (GWRUN.EXE).

Построитель стратегий используется для проектирования и тестирования проектов, называемых стратегия, а исполнительная среда – только для исполнения стратегии.

Кроме того, в состав пакета имеется программа установки и настройки устройств ввода/вывода, а также набор динамически компонуемых библиотек (DLL), выполняющих различные функции в процессе разработки и выполнения программного обеспечения SCADA.

GENIE имеет модульно-ориентированную, открытую интегрированную архитектуру (рис. 5.11.). Открытость архитектуры позволяет легко реализовывать взаимодействие GENIE с другими приложениями для совместного доступа к данным во время исполнения стратегий.

Результат разработки приложения в GENIE сохраняется в файле стратегии. Файл стратегии (с расширением .GNI)представляет собой двоичный файл, содержащий всю информацию последнего сеанса редактирования. Стратегия – это совокупность одной или нескольких задач вместе с одной или большим количеством экранных форм, а также одним основным сценарием. Задача, экранная форма и основной сценарий являются тремя основными элементами, используемыми при проектировании стратегий. Простейшая стратегия имеет одну задачу с одной экранной формой и не имеет основного сценария.

Каждая задача и экранная форма имеют собственные параметры. Впервые созданная новая задача или новая экранная форма имеют заданные по умолчанию параметры, которые могут быть изменены пользователем в соответствии с требованиями алгоритма. Задача имеет такие параметры, как период сканирования (интервал времени между текущим и следующим вызовом задачи для исполнения), эффективный интервал исполнения (абсолютное время выполнения задачи), метод запуска и метод завершения.

Построитель стратегий GENIE представляет в распоряжение пользователя четыре различных редактора:

· редактор задач,

· редактор форм отображения,

· редактор отчетов,

· редактор сценариев.

Указанные редакторы используются для создания, отладки и модификации задач, экранных форм, отчетов и сценариев процедур соответственно. Поскольку в рамках одной стратегии может присутствовать несколько задач, то имеется возможность создания множества окон в редакторе задач. По той же самой причине возможно создать множество окон в редакторе форм отображения для редактирования множества экранных форм. Но поскольку для любой системы может быть только основной сценарий, то в редакторе сценариев может быть открыто только одно окно.

10. 5.9.3. Редактор задач

      Редактор задач предназначен для реализации прикладных алгоритмов создаваемой системы. GENIE имеет большое количество встроенных стандартных функциональных блоков для реализации различных алгоритмов сбора данных и управления.

Разработка системы сводится к размещению пользователем функциональных блоков в окне задачи и установлению между ними связей, определяемых алгоритмом обработки данных. GENIE 3.0 обеспечивает возможность разработки и одновременного исполнения до 8 задач.

Рисунок 5.14. Архитектура GENIE 3.0

11.

12. 5.9.4. Редактор форм отображения

Редактор форм отображения предназначен для создания динамических экранных форм отображения, связанных с исполняемой стратегией сбора данных и управления. При необходимости создания графического интерфейса оператора Редактора форм отображения обеспечивает возможность разработки удобных для восприятия экранных форм в кратчайшие сроки путем использования входящих в пакет стандартных элементов отображения и управления. Кроме того, графический интерфейс оператора может быть усовершенствован с помощью специальных инструментов рисования и элементов отображения, определяемых пользователем.

13. 5.9.5. Редактор отчетов

Редактор отчетов предназначен для разработки и генерации отчетов. Редактор отчетов пакета GENIE представляет разработчику на этапе проектирования, а пользователю – в процессе эксплуатации системы возможность определять содержание отчета, формируемое на основе собираемых данных действий оператора, с последующей автоматической печатью в определенные моменты времени. Средства, входящие в Редактор отчетов, могут быть использованы для выбора и печати отчетов вручную в требуемый момент времени.

Редактор отчетов пакета GENIE обеспечивает выполнение пяти основных функций: сбор данных, конфигурирование формата отчета, составление расписания автоматической печати отчетов, генерацию отчета событий и генерацию отчета тревог.

14. 5.9.6. Редактор сценариев (Script Designer)

Редактор сценариев предназначен для управления задачами, вычислениями и анализом в процессе использования стратегии.

Данные мощное средство создания сценария процедур, совместимое с Microsoft Visual Basic, лицензировано у компании Summit Software Inc. Бейсик-сценарий является наиболее важным компонентом пакета GENIE, обеспечивающим возможность разработки специализированных фрагментов стратегии на языке программирования высокого уровня. Поскольку Visual Basic является одним из самых популярных и простых для изучения языка программирования, его наличие в составе пакета позволяет значительно упростить и повысить эффективность программирования в рамках GENIE.

Наличие данного средства создания и исполнения сценарных процедур делает пакета GENIE одним и наиболее удобных и современных инструментов для разработки программного обеспечения верхнего уровня систем сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA).

5.9.7. Центр обработки данных (Data Center)

      Центр обработки данных является набором библиотек динамической компоновки (DDL-библиотек) и предназначен для хранения и обработки всех данных, связанных с работой стратегии под управлением исполнительной среды GENIE. Центр обработки данных поддерживает три способа взаимодействия пакета GENIE с другими приложениями Windows:

· интерфейс прикладного программирования C API;

· механизм динамического обмена данными DDE;

· механизм связывания и внедрения объектов OLE Automation.

Интерфейс прикладного программирования C API представляет наиболее эффективное средство взаимодействия между GENIE и другими приложениями, поскольку посредством указанного интерфейса осуществляется взаимодействие между программными компонентами самого GENIE. Интерфейс связывания и внедрения OLE Automation предназначен для организации взаимодействия между GENIE и другими приложениями Windows, поддерживающими механизм OLE.

Таким образом, центр обработки данных является основным информационным хранилищем в GENIE. Результаты выполнения всех функциональных блоков и данные, вводимые пользователем с помощью элементов управления в экранных формах, передаются в центр обработки данных. Центр обработки данных располагается в физической (не виртуальной) оперативной памяти.

15. 5.9.8. Поддержка аппаратуры ввода/вывода

Драйверы ввода/вывода, входящие в комплект поставки GENIE, обеспечивают поддержку всех аппаратных средств промышленной автоматизации формы Adventech, включая модули сбора данных и управления, IBM PC совместимый модульный контроллер MIC-2000, устройство удаленного сбора данных и управления серий ADAM-4000 и ADAM-5000/485, а также устройство промышленной шины CAN с протоколом DeviceNet ADAM-5000/CAN.

При необходимости реализации поддержки аппаратуры других производителей возможно использование следующих средств:

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 17. Электромагнитные нейтральные реле.

· разработка драйверов в виде библиотек динамической компоновки, включаемых в набор инструментов Редактора задач в качестве библиотечных блоков пользователя (User Defined DDL).

· вызов функций из имеющихся драйверов аппаратуры с помощью блока Бейсик-сценария.

· взаимодействие с серверами динамического обмена данными, проставляемыми некоторыми производителями аппаратуры, посредством механизма DDE с помощью функционального блока клиента динамического обмена данными Редактора задач.

· вспользование внешних программ, разработанных на языках программирования Си и/или Visual Basic, работающих с асинхронными устройствами типа модемов выделенных и коммутируемых линий или специализированными устройствами ввода/вывода, которые обмениваются данными с GENIE посредством механизма связывания и внедрения объектов OLE Automation.

5.9.9. GENIE – инструмент для начинающего и профессионала

Пакет GENIE позволяет решать все основные задачи, стоящие перед разработчиком программного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП. При этом разработка и сопровождение системы могут выполнятся специалистами, имеющими как начальный, так и высокий уровни подготовки в области программирования. Открытость архитектуры GENIE обеспечивает множество путей организации взаимодействия GENIE с аппаратурой ввода/вывода и программным обеспечением различных производителей. Все это делает GENIE оптимальным инструментом для разработки программного обеспечения верхнего уровня во многих проектах АСУ ТП, в том числе с ограниченным бюджетом.