г. Программное обеспечение систем управления

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

5.10. Trace Mode 5 для Windows NT: SCADA-система нового поколения

Trace Mode 5 для Windows NT представляет собой SCADA-систему нового поколения. Ее основные отличия от старых SCADA-систем заключены в трех ключевых технологиях проектирования АСУТП:

- обеспечении единых инструментальных средств (единой линии программирования) как для разработки операторских станций, так и для программирования контроллеров;

- разработке распределенной АСУТП как единого проекта;'

технологии автопостроения проекта. Эти три технологии появились впервые в России и не имеют конкурентоспособных аналогов на Западе.

5.10.1. Стоимость

Trace Mode -модульная система. Существуют модули на 128, 1024, 32 000х16 и 64 000х15 точек ввода/вывода с ценой от 590 долл. США. Стоимость системы Trace Mode относится к стоимости аналогичных зарубежных систем приблизительно как 1:3, а рассчитанная на одну точку измерения контроля составляет всего менее 0,45: 2,9 и 10,8 долл. США соответственно для крупных (более 10 000 I/O), средних (более 1000 I/O) и малых (менее 100 I/0) систем.

Рекомендуемые материалы

Кроме того, существует специальная версия Trace Mode Laboratory для учебных заведений (лицензия на 12 рабочих мест стоит всего 300 долл. США).

5.10.2. Единая линия программирования

Традиционно SCADA-системы понимались как инструмент разработки программного обеспечения (ПО) для рабочих мест диспетчеров, т.е. для верхнего уровня АСУТП. Программирование промышленных контроллеров или интеллектуальных датчиков проводилось иными программными средствами или специальными программаторами, поставляемыми с оборудованием. Это было неудобно, но при большом рыночном разнообразии процессоров и шин, неустоявшихся стандартов использование специфических программаторов казалось единственным выходом. Однако ситуация изменилась. С момента массового распространения IBM PC-совместимых контроллеров (РС- контролеров) появилась возможность унифицировать ПО для операторских персональных компьютеров (ПК) и промышленных контроллеров.

Такая возможность была впервые реализована в России в 1995 г., когда в SCADA-систему Trace Mode 4.20 были введены функции программирования контроллеров и выпущена специальная исполнительная система для контроллеров - микромонитор реального времени (Микро МРВ).

Микро МРВ предназначен для управления задачами сбора данных и управления в контроллерах нижнего уровня АСУТП. Он может быть использован в любых IBM-совместимых контроллерах.

По возможностям математической обработки, управления, обмена данными с другими мониторами ТРЕЙС МОУД Микро МРВ идентичен монитору реального времени. Однако для него не реализованы функции графического вывода информации.

Задачи для Микро МРВ разрабатываются в редакторе базы каналов. Поэтому при использовании IBM-совместимых контроллеров в рамках ТРЕЙС МОУД реализуется единая линия программирования задач верхнего и нижнего уровней систем управления.

В контроллерах до сих пор еще используются типы процессоров, которые давно считаются устаревшими для применения в персональных компьютерах. Поэтому существуют следующие три модификации исполнительных модулей Микро МРВ:

· для процессоров типа I8088; 

· для процессоров типа I80286 и старше без сопроцессора; 

· для процессоров типа I80286 и старше с сопроцессором. 

Запуск этих исполнительных модулей осуществляется следующими командными строками соответственно:

MRT88.exe <path> <name> ,

MRT.exe <path> <name>,

MRT7.exe <path> <name>,

где

<path>         -                  путь к директории проекта;

<name>        -        имя файла базы каналов без расширения;

MRT88.exe  -        исполнительный модуль Микро МРВ для процессоров типа I8088;

MRT.exe      -        исполнительный модуль Микро МРВ для процессоров типа I80286 и старше без сопроцессора;

MRT7.exe    -        исполнительный модуль Микро МРВ для процессоров типа I80286 и старше с сопроцессором.

Эти исполнительные модули запускаются под управлением операционной системой MS DOS версии 5.0 и выше.

Так был создан единый инструмент для решения всех задач АСУТП - от программирования датчиков и контроллеров до создания операторских станций (ОС). Идея прижилась, и к настоящему времени с использованием технологии сквозного программирования выполнен ряд ответственных проектов, среди которых система контроля радиационной безопасности НПО "Маяк" (Челябинск). АСУТП коксовой батареи Новолипецкого металлургического завода, АСУ спиртовым производством, АСУ газоперекачивающими агрегатами компрессорных станций магистральных газопроводов, АСУТП цеха по производству взрывчатых веществ "Порэмит" ОАО "Апатит" (г. Апатиты) и ряд других.

В новой версии Trace Mode для Windows NT технология сквозного программирования верхнего и нижнего уровня АСУТП была усовершенствована. Наибольшие изменения коснулись средств разработки. Редактор базы каналов Trace Mode 5 приведен в соответствие со стандартом Международной электротехнической комиссии (МЭК) ГЕС 1131/3, регламентирующим синтаксис языков программирования промышленных контроллеров. Сообразно с требованиями стандарта программирование логических задач осуществляется визуальными, интуитивно понятными инженерам-технологам методами в виде функциональных блоков (язык Техно FBD) или на языке инструкций (Техно IL). Trace Mode поддерживает языки визуального программирования в соответствии со стандартом IEC 1131/3 .

Реализованные в инструментальной системе Trace Mode 5.0 языки схем на функциональных блоках (Техно FBD) и инструкций (Техно IL) существенно расширены по сравнению с базовыми требованиями стандарта. включают в себя набор из более чем 150 элементарных и библиотечных функций. Среди встроенных алгоритмов: ПИД, ПДД, нечеткое, позиционное регулирование. ШИМ преобразование, динамическая балансировка. алгоритмы массового обслуживания, блоки моделирования объектов, произвольно программируемые алгоритмы, арифметические, алгебраические, логические, тригонометрические, статистические функции, функции расчета технико-экономических показателей (ТЭП) и т.д.

Существенным развитием стандарта является добавление функциональных блоков, ориентированных на контроль типовых технологических объектов (клапанов. задвижек, приводов и т.д.) и управление ими. Кроме того, проектировщик имеет возможность наращивать библиотеки языков собственными алгоритмами, учитывающими особенности задач, решаемых в его проектах. Созданная для каждого узла проекта информационная база отлаживается в редакторе с помощью трех уровнен эмуляции (отдельные программы на Техно PBD, пересчет параметров канала и всей базы) в двух режимах: пошаговом и непрерывном.

5.10.3. Разработка сетевого комплекса как единого проекта

В обычных SCADA-системах разработка проекта привязана к одной ОС. Поэтому при создании сетевых комплексов сначала рождаются базы данных (БД) реального времени для отдельных ПК, и лишь потом они объединяются в сеть. Однако современные промышленные АСУ "живут" и развиваются десятки лет, имеют тенденцию к интеграции как между собой, так и с АСУ финансово-хозяйственных служб. За это время меняется технология, добавляются и заменяются датчики, вводятся новые функции и т.д. Вместе с тем неизбежно развивается и модифицируется ПО АСУ. Поддерживать и развивать системы, состоящие из многих обособленных ПК и контроллеров, каждый из которых ничего не "знает" о других, трудно и дорого. Использование архитектуры клиент - сервер, где БД реального времени сосредоточена на сервере, а клиенты получают по сети лишь образы экранов, снижает надежность системы (что произойдет, если сервер зависнет или будет физически уничтожен?). К тому же рассылка образов экранов крайне нерациональна. Для того чтобы отобразить на удаленной станции один дискретный сигнал (послать по сети 1 бит), требуется послать 480 000 байт (копия экрана 800х600х256 мм)!

В системе Trace Mode 5 распределенная АСУТП, содержащая и ПК, и контроллеры, рассматривается как один проект. Поэтому каждый узел (ПК или контроллер) в распределенной системе, работающей под управлением Trace Mode 5, имеет информацию об остальных узлах системы и в случае его модификации автоматически обновляет соответствующие БД в других узлах. При этом АСУ можно создавать как в архитектуре клиент - сервер, так и в виде распределенной системы - технология разработки АСУТП как единого проекта будет одинаково эффективна.

5.10.4. Автопостроение

"Автопостроение" - это торговая марка фирмы AdAstra, а также группа оригинальных технологии, реализованных в Trace Mode 5. Суть технологии типопостроения заключается в автоматическом генерировании баз каналов ОС и контроллеров, входящих в АСУТП, на основе информации о числе сигналов ввода/вывода, номенклатуре используемых контроллеров и устройств связи с объектом (УСО), наличии и характере связей между ПК и контроллерами. В соответствии с этим в Trace Mode 5 реализованы технологии автопостроения:

· баз каналов для связи с УСО в РС-контроллерах;

пользователю достаточно указать марку и число РС- контроллеров, используемых в проекте, и запустить автопостроение - Trace Mode сформирует базу каналов для каждого контроллера и настроит их на УСО автоматически; .

· баз каналов для связи с обычными контроллерами;

эта процедура автоматически генерирует базы каналов ОС и проводит настройку на распространенные в России контроллеры, например Ремиконт, Ломиконт, Ш-711, ТСМ, ЭК-2000, ADAM 4000 и 5000, Allen-Breadley и др.;

· связей между следующими узлами'. ПК — ПК, ПК - контроллеры, контроллеры - контроллеры, осуществляющими создание, автоматическое поддержание и обновление коммуникаций (например, сетевых, RS-485, Profibus и т.д.) между узлами распределенной АСУТП;

· при импорте баз технологических параметров, в ряде организаций разработке проекта предшествуют детальная проработка проекта и составление баз технологических параметров; часто для этих целей используются распространенные БД и электронные таблицы, например Excel, Access и др. Trace Mode 5 допускает импорт этих баз и осуществляет автопостроение соответствующих баз каналов.

Технология автопостроения является революционным шагом в разработке систем реального времени, так как снимает огромную часть рутинной работы по "набивке" и конфигурированию баз параметров. Благодаря автопостроению разработка АСУТП сводится к следующим несложным процедурам:

- размещению в рабочем поле редактора базы каналов Trace Mode 5 (например, на плане объекта) иконок (объектов) контроллеров и операторских ПК;

Trace Mode 5 позволяет разрабатывать распределенную АСУТП как единый проект, включая уровень контроллеров;

· указание наличия информационного обмена между узлами;

· запуск процедуры автопостроения проекта;

· задание математической обработки данных и алгоритмов управления.

Подобная технология применяется впервые и в корне отличается от той, что используется в старых SCADA для Windows, предлагавших программирование "от картинки", позволяющее быстро создавать малые системы, но ввиду слабой структурированности проектов приводит к сложностям при разработке крупных систем.

5.10.5. Разработка графического интерфейса

Разработка графического интерфейса ОС осуществляется в объектно-ориентированном редакторе представления данных. Аналогично редактору базы каналов редактор представления данных обеспечивает создание мнемосхем для всех узлов распределенной АСУТП.

Графические мнемосхемы процесса создаются в объектно-ориентированном редакторе представления данных.

Редактор дает возможность на всех узлах устанавливать общие настройки, определяющие стиль представления информации (например, цвет фона и текстуру). Для облегчения разработки все экраны в графических базах Trace Mode собраны в группы исходя из их функционального назначения. Например, в одну группу можно объединить мнемосхемы, в другую - экраны настройки регуляторов, в следующую - обзорные экраны и т. п. Можно также разбивать экраны на группы по участкам автоматизируемого процесса.

Среди графических  элементов, которые могут быть размещены на экранах графических баз, выделяются следующие три типа:

· статические схем;

· динамические формы отображения и управления (кнопки, тренды, гистограммы, анимация и т.д.);

· графические объекты.

Последние могут включать в себя неограниченное количество статичных элементов рисования и динамических форм отображения. Они вставляются в экраны в виде одного элемента. Графические объекты Trace Mode являются мощным механизмом тиражирования готовых решений в области создания фрагментов графического представления информации и органов интерактивного управления.

Оформленные в виде объектов типовые графические фрагменты могут затем добавляться в будущие проекты. В то же время любой фрагмент экрана графической базы можно перенести в объект и затем использовать на других экранах и в других графических базах. Графические объекты Trace Mode собираются в библиотеки.

Для отладки проекта в редакторе представления данных предусмотрено два режима эмуляции работы монитора реального времени: непрерывный и пошаговый, которые используются для контроля реальной работы форм отображения после их размещения на экранах. Первый из них реализует постоянный пересчет базы каналов текущего узла, а второй - однократный пересчет. Кроме того, пользователь может связаться с контроллерами прямо из редактора Trace Mode и проводить отладку на реальном объекте.

5.10.6. Распределённая АСУТП на базе Trace Mode

Система Trace Mode позволяет создавать многоуровневые, иерархические и резервированные АСУТП.

Связь между узлами в распределенной АСУТП на базе Trace Mode может осуществляться с использованием' одного из следующих протоколов: TCP/Net, IPX/SPX, NetBeui, M-Link, DDE/NetDDE, AdvancedDDe,. OPC. открытого формата Trace Mode для связи с любым УСО.

Информация с диспетчерского уровня передается в СУБД системы управления предприятием. Trace Mode предоставляет обширный набор интерфейсов для связи с офисными приложениями: Excel, Access, Oracle, BaseStar, R/3, прикладными программными комплексами российского производства фирм "Парус", "Галактика" (Москва). Для этой цели используются следующие стандартные протоколы и интерфейсы:

TCP/IP, IPX/SPX, NetBeui, DCOM, DDE/NetDDE, AdvancedDDE, OPC.

Поддержка системой Trace Mode большого числа стандартных протоколов обмена данными делает возможным свободный переток информации между уровнями управления предприятием и создает условия для обеспечения его информационной прозрачности.

Система управления технологическими процессами и оборудованием создается на основе Микро МРВ. Эта программа размещается в PC-контроллере и осуществляет сбор данных с объекта, программно-логическое управление технологическими процессами и регулирование параметров по различным законам (ПИД, ПДД, ШИМ, позиционному, нечеткого регулирования и т.д.), а также ведение локальных архивов. С помощью программы постоянно контролируется работоспособность УСО, сетевых линии, и в случае их выхода из строя система автоматически переходит на резервные средства. Микро МРВ обеспечивает автоматическое восстановление функционирования в случае зависания процессора путем "безударного рестарта" системы. Посредством Микро МРВ можно создавать дублированные или троированные системы с горячим резервированием.

Основу диспетчерского управления составляют МРВ; МРВ Trace Mode - это сервер реального времени, осуществляющий прием данных с контроллеров, управление технологическим процессом, перераспределение данных по локальной сети, визуализацию информации, расчет ТЭП и статистических зависимостей, ведение архивов. В МРВ встроены средства настройки временных параметров как системы в целом, так и ее отдельных задач. По результатам текущей диагностики или в соответствии с переменным регламентом контроля и управления может быть запрограммирована или введена интерактивно процедура перераспределения временных ресурсов вычислительного ядра, могут изменяться приоритеты отдельных задач.

Минимальное время реакции МРВ составляет 0,001 с. Архивирование информации МРВ осуществляется с дискретностью 0,001 с. Можно выполнять On-Line редактирование проекта (не прерывая работы в реальном времени). Существуют специальные сетевые мониторы реального времени: NetLink МРВ и NetLink Light, предназначенные для создания дополнительных рабочих мест диспетчеров и операторов-технологов; NelLink МРВ является функциональным аналогом МРВ за одним исключением: источником данных для NetLink МРВ служат пе контроллеры, а МРВ или Микро МРВ.

Система Trace Mode предоставляет средства для разработки автоматизированных рабочих мест руководителя (административный уровень АСУТП). На административном уровне АСУТП используются модули Supervisor, представляющие руководителю информацию о ходе и ретроспективе технологического процесса, статистических и ТЭП предприятия. Эта информация может обновляться в режиме, близком к реальному времени (задержка на 10...30 с). Кроме того, Supervisor дает возможность просматривать ретроспективу (осуществлять "плейбек") процесса как фильм на видеомагнитофоне. Графический "плейбек" архива - это инструмент контроля работы диспетчерского комплекса и предприятия в целом.

5.10.7. Единое сетевое время

Система Trace Mode является пока единственной на российском рынке SCADA-системой для операционных систем общего назначения, обладающей системой единого сетевого времени. Все процессы в сетевых комплексах Trace Mode автоматически синхронизируются, что позволяет однозначно привязывать технологические события к временной шкале, каким бы из 256 сетевых ПК они ни были зафиксированы. Точность временной привязки составляет 1 мс.

5.10.8. Система архивирования данных и подготовки отчетов

Рекомендуем посмотреть лекцию "1 - Навигация".

Ни один диспетчерский комплекс не может обойтись без развитой системы архивирования данных, которая в Trace Mode обеспечивает непрерывную запись значений всех параметров технологического процесса с точностью до 0,001 с, автоматическое резервирование и восстановление данных в локальных и глобальных архивах, ведение протокола аварий и тревог, связь с БД (DDE/NetDDE, SQL/ODBC, OPC), генерирование отчетов о технологическом процессе и публикацию данных в сети Internet/Intranet; кроме перечисленных собственных архивов Trace Mode поддерживает сохранение данных в стандартном журнале событий Windows NT.

Для надежного сохранения истории данных технологического процесса служит специальный исполнительный модуль Trace Mode - глобальное информационное хранилище (регистратор изменений), обеспечивающее:

· запись 64 000 и более параметров с дискретностью до 0,001 с;

· поддержку режима горячего резервирования сервера;

· автоматическое восстановление данных после сбоя.

Генерирование отчетной документации о ходе технологического процесса осуществляет сервер документирования, способный принимать данные от удаленных узлов, обрабатывать их в соответствии со «сценариями» и генерировать на их основе отчеты произвольной формы. Готовые отчеты могут быть записаны в файл, выведены на печать, экспортированы в любые СУБД или опубликованы в Internet. Данные о работе предприятия могут быть просмотрены через Internet при помощи обыкновенного браузера