Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
ввода/вывода В распределенной клиент-серверной архитектуре SCADA- систем лишь один (основной) сервер взаимодействует с контроллерами. При этом основной сервер постоянно обновляет базу данных резервного сервера, обеспечивая его постоянную готовность. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ СЕТИ ИКОН ТРОЛЛЕ РОВ Структура, рассмотренная ранее, увеличивает надёжность системы, устраняя одно из основных слабых мест - отказ сервера. Другим слабым местом распределённой системы управления может быть сама сеть. Выходе из строя нарушает управление, так как станции операторов/диспетчеров в этом случае оказываются отрезанными от системы. Повышение надежности системы управления обеспечивается дополнительной сетью (рис. 16.8). Большинство контроллеров может поддерживать дополнительную (резервную) связь с сервером ввода/вывода. При отказе 249 ДУБЛИРОВАНИЕ СЕРВЕРА ВВОДА ВЫВОДА Для повышения надежности системы управления достаточно явно просматривается вариант с резервированием сервера. Здесь возможны два варианта. Водном случае оба сервера (основной и резервный) взаимодействуют с устройствами ввода/вывода, удваивая нагрузку на промышленную сеть и снижая производительность системы. В штатном режиме клиенты взаимодействуют с основным сервером. При выходе его из строя они направляют свои запросы к резервному серверу (рис. 16.7). Рис. Система с резервированием локальной сети основного канала гарантируется обмен данными между контроллером и сервером. Достичь полного резервирования можно путём дублирования контроллеров. Рассмотренные способы повышения надежности системы управления хорошо известны. Важным здесь является то, что именно встроенные в систему механизмы позволяют конфигурировать распределенную клиент-серверную архитектуру, определяя на стадии проектирования основные и резервные устройства системы управления. А в режиме исполнения именно система определяет неисправность того или иного компонента системы и автоматически производит переключение на резервное оборудование, предупреждая об этом оперативный персонал. 16.6. ПРОГРАММНО-АППАРАТНАЯ ПЛАТФОРМА К этой группе можно отнести следующие характеристики компьютерная платформа, операционная система, конфигурация компьютера (частота процессора, требуемые ресурсы оперативной и дисковой памяти, возможность переноса приложений в другую операционную систему. Анализ платформ и операционных систем необходим, поскольку они определяют возможность распространения SCADA- системы на имеющиеся вычислительные средства и стоимость системы. Программное обеспечение SCADA, как и любое другое ПО, выполняется под управлением той или иной операционной системы. 250 Подавляющее большинство систем реализовано на MS платформах (Windows NT/XP/2000). Это и InTouch, и FIX, и Genesis, и российский Трейс Моуд. Здесь, безусловно, сказались позиции компании Microsoft на рынке операционных систем. Известно, что именно компания Microsoft была и остается законодателем моды в этом классе программного обеспечения. А вот такие популярные системы, как RealFlex, Sitex, RTWin функционируют под управлением операционной системы реального времени QNX. Эта ОСРВ для IBM PC является одной из наиболее широко используемых при построении систем управления и сбора данных прежде всего за счёт того, что гарантирует время реакции системы в пределах от нескольких десятков микросекунд до нескольких миллисекунд (в зависимости от быстродействия ПЭВМ и версии QNX). Компьютерные ресурсы, требуемые для установки и нормального функционирования различных компонентов систем, определяются многими факторами, в том числе, назначением сетевого компьютера (рабочая станция оператора, сервер БД, АРМ специалиста и т.п.), количеством обрабатываемых переменных, используемой операционной системой (Windows 95/98/NT/2000, QNX) и т.п. В качестве клиентских компьютеров (АРМ) наибольшее распространение в настоящее время находят совместимые ПК. Оперативная память, требуемая для пакетов различных производителей, колеблется от 256 до 512 Мб. Требования к свободному объему памяти на жёстком диске достаточно мягки (несколько сот Мб). Могут накладываться также ограничения на качество и объём памяти видеокарты, разрешение экрана монитора, размеры монитора. Требования к аппаратным средствам, призванным поддерживать серверные функции, могут быть существенно более высокими. Это относится и к объёму оперативной памяти, и к объ ёму жесткого диска, который может измеряться уже десятками Гб. С другой стороны, многие клиентские компьютеры при использовании современных сетевых технологий, таких, как архитектура Server/Terminal, технологий (сервер, могут быть достаточно слабых конфигураций (IBM 286/386) с минимальными требованиями как к оперативной, таки к дисковой памяти, а то и вовсе бездисковыми. 16.7. МАСШТАБИРУЕМОСТЬ, Масштабируемость - это сспособность По SCADA наращивать размеры системы управления, обеспечив при этом преемственность по отношению ко всем ранее установленным про граммно-аппаратным средствам. С ростом мощности компьютеров и соответствующим ростом информационной мощности операторских станций SCADA- системы стали масштабируемьими. Они выпускаются в различных вариантах, которые при сохранении в це. Л ом функционального профиля поддерживают отг нескольких Десятков или сотен до десятков тысяч входов/выходюв (лицензируемых точек. Естественно, стоимость таких пакетов различна чем больше переменных поддерживает пакет, тем он дороже. Но это удобно потребителю - можно приобрести пакет под проект практически любого масштаба. Градация количества лицензируемых точек в различных пакетах различна. В ряде пакетов она более равномерна, чем в других. Например, на рыщке программных продуктов можно найти пакеты на 75„ 150, 500, 1 500, 5 ООО, 15 ООО, 50 ООО, 150 000 и 450 000 переменных. При этом учитываются только внешние переменные, считываемые с устройств ввода вывода. Внутренние переменные, которые будут определены разработчиком при проектировании, не являются лицензируемыми бесплатны, хотя и будут храниться в памяти компьютера или на жёстком диске. Другие фирмы-производители SCADA в общее количество лицензируемых точек включают и внутренние переменные. Например, приобретение такого Пакета на 500 ли цензируемых точек означает следующее. Если в соответствии с проектом разработчику потребуется создать 100 внутренних переменных, то система способна будет обрабатывать лишь 400 переменных ввода/вывода. Но и о возможном расширении системы не надо забывать. 16.8. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ К этой группе можно отнести - удобство интерфейса среды разработки (это качество обеспечивается применением подобных интерфейсов, полнота и наглядность представления функций системы на экране, удобство и информативность контекстных и оперативных подсказок, справочной системы 252 - качество документации - полнота, ясность и наглядность описания системы, применение установившейся терминологии, русификация, уровень русификации (экраны, подсказки, справочная система, системные сообщения, документация - полнота/недостаточность средств диагностики состояния системы при сбоях и отказах, нарушениях внешних связей тру доёмкость и уровень автоматизации работ при инсталляции и конфигурировании системы возможности внесения изменений в систему безе остановки и т.д. - положение программного продукта на рынке дилерская сеть, консультационная поддержка, наличие горячей линии, обучение, условия обновления версий (upgrade), количество инсталляций и т.д. Специалисты часто испытывают трудности в освоении SCADA из-за отсутствия качественной документации на приоб ретённые программные продукты. Требуется подробная и качественная документация на русском языке. Эксплуатационные характеристики в значительной мере носят субъективный характер и не могут быть оценены количественно. О них можно судить только по результатам практического использования программного продукта тестирования, апробирования, анализа, опыта промышленного внедрения. Количество инсталляций пакетов крупнейших производителей, таких как Wonderware и Intellution (GE Fanuc), давно перешагнуло за 200 тысяч. Глава 17 ОСНОВНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ- ПАКЕТОВ. ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС Для реализации функций интерфейса оператора/диспетчера, рассмотренных ранее, разработчику потребуется, как минимум - организовать взаимодействие пакета с аппаратными средствами автоматизации (контроллерами - создать графический интерфейс для оператора/диспетчера, те. мнемосхемы для отображения технологического процесса и значений параметров - обеспечить оперативный персонал информацией о ситуациях, связанных с отклонением технологических параметров от заданных значений, о предаварийном состоянии оборудования и т.п.; 253 - настроить систему регистрации и архивирования данных и их представление на мониторе в виде трендов, что позволит оператору и специалистам проводить анализ состояния процесса и оборудования. Можно перечислить ещё ряд типовых задач, решаемых в процессе разработки системы управления (шаблоны отчётов, статистическая обработка данных и др. Более того, практически каждый производитель SCADA предлагает свои специализированные механизмы, направленные на повышение информативности операторского интерфейса, удобства работы с ним. Безусловно, все они не могут быть рассмотрены в рамках данной книги. Для разработки качественного операторского интерфейса разработчику также необходимо владеть встроенным в SCADA-na- кет языком программирования. Сего помощью создаются так называемые сценарии (скрипты) - фрагменты программ, обеспечивающие оперативный персонал своевременной информацией и облегчающие управление процессом. Таким образом, SCADA - это набор инструментов (подсистем) для решения перечисленных задач. Качество отображения информации на мнемосхемах определяется характеристиками графических возможностей пакетов. К ним можно отнести графический редактор, возможность создания объёмных изображений, наличие библиотеки разнообразие графических заготовок и готовых объектов, богатство инструментария, многообразие динамических свойств элементов мнемосхем, форматы импортируемых изображений, наличие инструментария для создания растровых рисунков, наличие и возможности многооконных режимов и т.п. При создании компонентов операторских интерфейсов (например, мнемосхем) разработчику приходится использовать графические объекты, представляющие собой технологические аппараты (колонны, ёмкости, теплообменники и т.д.), участки трубопровода и такие устройства, как клапаны, насосы, электродвигатели, контроллеры, компьютеры и т.д. Как правило, это сложные объекты, полученные объединением множества простых объектов. Создание каждого из этих объектов требует большого времени и может значительно затянуть разработку проекта. Для ускорения работы над проектом практически все разработчики SCADA предлагают библиотеки готовых объектов, включающие сотни и тысячи графических компонентов. На рис. 17.1 приведен фрагмент библиотеки Клапаны одного из пакетов. Теперь нет необходимости рисовать объект и терять драгоценное время, если подобный объект есть в библиотеке. Достаточно открыть библиотеку объектов щелчком по соответст- 254 Рис. Фрагмент библиотеки Клапаны одного из пакетов Рис. Лицевая панель вующей иконке инструментария, выбрать раздел, затем - объект и вставлять его в любые окна разрабатываемого интерфейса. Операция вставки готового объекта занимает всего несколько секунд. Часто при разработке графического интерфейса приходится создавать типовые группы объектов, предназначенные для решения конкретной задачи. Для решения подобных задач SCADA- пакеты предлагают различные решения - готовые сложные объекты с заданным набором динамических свойств, хранящиеся в специальных библиотеках - инструментарий для их создания с возможностью сохранения в библиотеке для многократного использования. Разработчику надо лишь выбрать требуемый объект из библиотеки, вставить его в графическую страницу ив появившийся на экране диалог ввести имя/имена переменной/пе ременных. На рис. 17.2 приведена лицевая панель управления контуром регулирования. Имеется возможность перехода из автоматического режима управления наручной и наоборот. В ручном режиме предусмотрена возможность изменения задания регулятору (вертикальная шкала, дистанционного управления клапаном (горизонтальная шкала. Три цифровых дисплея выводят информацию о значении регулируемого параметра (PV), заданное значение (SP) и положение штока клапана в процентах (ОР). В системах различных производителей набор динамических свойств объектов достаточно типизирован. В режиме исполнения при определённых условиях объекты интерфейса могут - перемещаться (горизонтально, вертикально - изменять размеры (по горизонтали, по вертикали - заполняться цветом (по горизонтали, по вертикали - быть ползунковыми регуляторами (горизонтального или вертикального типа - появляться на экране и исчезать с него (видимость - мерцать - вращаться - изменять цвет. 256 Рис. Диалог выбора динамических свойств объекта На рис. 17.3 приведен диалог для выбора динамических свойств объекта в пакете InTouch (Интач). Здесь и перемещение (Location), и изменение размеров (Ob ject Size), и видимость (Visibility), и мерцание (Blink). Объекту можно присвоить свойство изменять цвет в зависимости от значений параметра (Line Color, Fill Color, Text Color). Один и тот же объект может иметь набор различных динамических свойств. Комбинации этих свойств предоставляют возможность создавать на экране в режиме исполнения (Runtime) практически любые динамические эффекты, облегчая операто ру/диспетчеру восприятие информации. В целях унификации окон интерфейса оператора/диспетчера и сокращения сроков разработки проектов некоторые компании- производители SCADA снабжают свои пакеты программ шаблонами окон с возможностью их модификации и создания собственных шаблонов. Другие системы предусматривают возможность импорта/экспорта окон из одних приложений в другие, что также существенно упрощает процесс разработки. - 17.2. ПОДСИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ Возможности по предоставлению информации эксплуатационному персоналу об аварийных ситуациях и событиях обеспечиваются подсистемами сигнализации. Такие подсистемы - обязательный компонент любого пакета, но механизмы их реализации различны. Поддерживаемые типы алармов (тревог, приоритеты, возможности по фильтрации алармов (группировка, механизмы вывода информации об алармах, удобство конфигурирования системы алармов и т.п. - вот далеко неполный перечень характеристик подсистемы сигнализации. Аларм (состояние тревоги) - это сообщение, формируемое системой управления и имеющее целью привлечь внимание оперативного персонала о возникновении ситуации, которая может привести к нарушению технологического процесса или более серьезным последствиям. Степень важности того или иного аварийного сообщения зависит от последствий, к которым может привести нарушение, вызвавшее данное аварийное сообщение. Наиболее важные аварийные сообщения могут потребовать вмешательства оперативного персонала. Поэтому для большинства аварийных сообщений, сформированных системой, требуется подтверждение (квитирование) их получения оператором/дис петчером. Наряду с алармами в SCADA - системах существует понятие событий. Под событием следует понимать обычные статусные сообщения системы, не требующие подтверждения их получения и ответной реакции оператора. Обычно события генерируются при возникновении в системе определенных условий (регистрация оператора в системе, ввод информации оператором. Причины, вызывающие состояние аларма, могут быть самыми разными - отказ аппаратных средств (датчиков, контроллеров, каналов связи - отказ технологического оборудования (насоса, электродвигателя и т.п.); - выход параметров технологического процесса за заданные границы. Все SCADA - системы поддерживают алармы двух типов дискретные и аналоговые. Дискретные алармы срабатывают при изменении состояния дискретной переменной (кран открыт/закрыт, насос вклю чен/выключен). По умолчанию дискретный аларм может срабатывать при переходе на i (ON) или на О (OFF), в зависимости от конкретного пакета. Аналоговые алармы базируются на анализе выхода значений переменной за указанные верхние и нижние пределы. Аналоговые алармы могут быть заданы в нескольких комбинациях - верхние пределы (предаварийный и аварийный - рис. 17.4); 258 - нижний пределы (предаварийный и аварийный - отклонение от заданного значения - скорость изменения параметра. Всё изложенное справедливо и для аларма типа отклонение. Заданное значение входе технологического процесса может изменяться либо оператором, либо программно (автоматически. Аларм сработает при выходе значения переменной заграницу допустимого отклонения. Алармы, определяемые скоростью изменения параметра, возникают в случае, если она становится больше (меньше) предельно допустимой. Понятие зона нечувствительности к алар- мам этого типа не применяется. Важную роль в подсистеме алармов любого пакета играют приоритеты. Приоритеты алармов могут быть использованы в различных целях для определения способа вывода алар мов (на принтер, в файл, в текущую сводку, для определения порядка их появления в окнах текущих алармов, для запуска скриптов, для определения действия, вызываемого срабатыванием аларма определенного приоритета (например, включение звукового сигнала) и т.п. Как правило, важность приоритета уменьшается с увеличением его значения. Таким образом, приоритет с номером 1 - самый Рис. Верхние предаварийные и аварийные алармы 259 9 высокий. Например, если алармы с приоритетами от 1 до 10 должны выводиться на экран, то первыми будут выводиться алармы с приоритетом 1 в порядке их поступления, затем - алармы с приоритетом 2 и т.д. Количество значений (уровней) приоритетов в разных пакетах различно (десятки и сотни. Подсистема алармов предусматривает возможность классификации алармов по самым различным признакам по аппаратам технологического процесса, по типу алармов, имени, приоритету и т.д. В зависимости от этого каждый аларм может быть отнесен определенной группе (зоне, категории. Подобная группировка - удобный способ фильтрации алармов и их обработки (подтверждение, способ вывода, формат, цвет и т.п.). Вывод информации об аварийных ситуациях реализуется различными способами. Ее можно выводить в специализированные окна операторского интерфейса в виде текущих и архивных сводок, записывать в файлы, распечатывать на принтерах, предназначенных для вывода аварийных сообщений. Кроме того, эту аварийную информацию можно отображать непосредственно на мнемосхемах интерфейса оперативного персонала - вывод в специальные текстовые поля - динамизация объектов (изменение цвета, мерцание и т.п.). Формат вывода (информация, включаемая в аварийное сообщение) определяется на стадии проектирования (рис. 17.5). В Рис. 17.5. Формат вывода текущих алармов • строку аварийного сообщения можно включить текущую время и дату (MM/DD, HH:MM:SS), тип аларма (Туре, его приоритет (Pri), имя переменной (Name), её текущее значение (Value), зону нечувствительности, размерность, а также группу алармов (GroupName) и его состояние (подтвержден/неподтверждён). Для дискретных алармов можно создать поле on (вкл.)/ off (выкл.). Для алармов с метками времени в поле текущего времени можно выводить информацию с точностью до миллисекунд. 260 |