Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
17.3. ПОДСИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ, АРХИВИРОВАНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ ДАННЫХ В ВИДЕ ТРЕНДОВ Представление данных в виде графиков (трендов) реализуется в современных пакетах специальными подсистемами. К характеристикам таких подсистем можно отнести способы регистрации архивных данных, способы отображения трендов, удобство по конфигурированию трендов, возможности по переконфи гурированию трендов в режиме Runtime, предоставляемый сервис при работе с архивными трендами, возможность построения графиков ухи т.п. Тренды реального времени (Real Time) отображают динамические изменения параметра в текущем времени (в темпе с протеканием технологического процесса. При появлении нового значения параметра в окне тренда происходит прокрутка графика. Текущее значение параметра выводится, как правило, в правой части окна. Исторические (Historical) или архивные тренды не являются динамическими и строятся на основе выборки архивных данных. Отображаемые значения переменных на архивных трендах неподвижны и могут быть отображены только на определенном выборкой отрезке времени. При работе системы в режиме Runtime (среда исполнения) производится запись значений переменных в регистрационные файлы. Для записи значений переменных в регистрационный файл могут использоваться различные способы - регистрация при изменении переменной на величину, превышающую некоторый порог - периодически с заданной частотой. Предпочтительна регистрация данных в несколько небольших по размеру файлов, чем в один большой файл, так как при этом проще осуществлять выборку данных для последующего анализа. Объём выборки для хранения в файлах задается в процессе кон фигурирования системы временным периодом (от нескольких часов до недель. Для того чтобы архивирование переменной выполнялось в пакете InTouch (рис. 17.6), необходимо включить опцию Log Data (регистрация данных) при определении переменной в диалоге Tagname Dictionary (словарь переменных. Для графического отображения информации системы различных производителей предлагают два решения - использование двух различных инструментов для создания диаграмм под тренды реального времени и архивные тренды; 261 Рис. 17.6. Диалог Tagname Dictionary - единый инструмент для трендов реального времени и архивных трендов. По числу перьев на одной диаграмме также возможны варианты. В одних системах количество перьев на диаграмме задано жестко (4, 8, 16 перьев. Другие предлагают диаграммы на неограниченное количество перьев. Например, пакет InTouch предлагает пользователю два типа графических объектов, называемых трендами: тренд реального времени и исторический (архивный) тренд. Тренды реального времени дают возможность создавать графики изменения во времени четырех переменных (4 пера, в то время как для исторических трендов можно конфигурировать до восьми перьев на одном графике. Количество объектов типа «тренд» в приложении, в том числе ив одном окне, не ограничено. Конфигурирование тренда реального времени в InTouch производится в диалог Real Time Trend Configuration (рис. 17.7). В этом диалоге производится выбор временного диапазона тренда (Time Span), частоты обновления значений переменных (Interval), разрешение сетки по осям тренда, цвет и толщина перьев (Color, Width) и т.д. Возможность переконфигурирования перьев тренда в режиме Runtime - важная характеристика пакета. Она закладывается на стадии проектирования с использованием различных методов с помощью встроенных функций, уникальных встроенных механизмов. Удобным механизмом работы с диаграммой в режиме выполнения является отображение курсора времени (визира. В местах пересечения курсора с кривыми высвечиваются значение пере Рис. Диалог g u r a t i o n менной и время, соответствующее этому значению. Полезной может оказаться и возможность вывода на одной диаграмме перьев с различными пределами отображаемых переменных и различными шкалами. Для работы с архивными трендами производители SCADA- систем предлагают дополнительный сервис возможность выделять различные участки диаграммы, увеличивать выделенные участки для детального анализа кривых, перемещаться вдоль архивного тренда и т.п. 17.4. ВСТРОЕННЫЕ ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ Встроенные языки программирования - мощное средство систем, предоставляющее разработчику гибкий инструмент для разработки сложных приложений. Современные пакеты используют как подобные языки с небогатым набором операторов типов IF, THEN, ELSE или FOR, NEXT, так высокоуровневые языки программирования типа С или VBA (Visual Basic for Application). 263 Многие функции присутствуют практически во всех языках математические функции, функции управления экранами, алар- мами, трендами, объектами и т.д. Полный набор требуемых функций конкретной системы управления обычно не может быть обеспечен только базовым ПО. Существует большое количество задач, в том числе и расчетных, для решения которых потребуется встроенный в систему язык программирования. Для повышения функциональности интерфейса в разрабатываемом приложении с помощью этих языков программирования могут создаваться программные фрагменты (скрипты, выполнение которых связывается с разнообразными событиями в приложении, такими как нажатие кнопки, открытие окна и т.п. ПРОИЗВОДИТЕЛИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В настоящее время на российском рынке присутствует несколько десятков открытых пакетов, обладающих практически одинаковыми функциональными возможностями. Но это совсем не означает, что любой из них можно с одинаковыми усилиями (временными и финансовыми) успешно адаптировать к той или иной системе управления, особенно, если речь идёт о ее модернизации. Каждый пакет является по-своему уникальными его выбор для конкретной системы автоматизации, обсуждаемый на страницах специальной периодической прессы почти на протяжении последних десяти лет, по-прежнему остается актуальным. Ниже приведен перечень наиболее популярных в России пакетов. Trace Mode/Трейс Моуд (AdAstrA) - Россия InTouch (Wonderware) - США FIX (Intellution ) - США Genesis (Iconics Co) - США Factory Link (United States Data Co) - США RealFlex (BJ Software Systems) - США Sitex G a de Software) - Великобритания Citect (CI Technology) - Австралия WinCC (Siemens) - Германия RTWin (SWD Real Time Systems) - Россия С АРГОН (HBT - Автоматика) - Россия MIKSSys ( МИФ И ) - Россия Cimplicity (GE Fanuc) - США RSView (Rockwell Automation) - США и многие другие. 264 Глава 18 D C S - СИСТЕМЫ. СОСТАВ И ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ системой (Distributed Control System) принято называть большую систему управления, поставляемую в полном комплекте одним производителем. В комплект системы входят контроллеры (управляющие процессоры, платы и модули ввода/вывода, сетевое оборудование, рабочие станции, программное обеспечение - как правило, все от одного производителя. Производителями систем являются зарубежные компании. В России эти системы появились в девяностые годы го века. К наиболее популярным системам этого класса, нашедшим широкое применение на российском рынке автоматизации, следует отнести - I/A Series (компания Foxboro); - RS/3, Delta-V (компания Emerson); - TDS3000, PlantScape, Experion (компания Honeywell); - Centum 1000, Centum 3000 (компания Yokogawa). Раньше системы разрабатывались для автоматизации непрерывных технологических процессов. Сегодня область применения этих систем - автоматизация и непрерывных, и дискретных процессов. Функционально системы отличаются от систем, построенных на базе ПЛК, следующими свойствами База данных распределена между контроллерами, но выглядит единой сточки зрения инженера. Программное обеспечение для программирования управляющих процессоров (контроллеров) и разработки операторского интерфейса тесно интегрировано в систему. Обработка тревог (алармов) и событий начинается на уровне контроллеров и реализуется без усилий со стороны разработчика. Возможность резервирования любого компонента системы контроллер, модуль ввода/вывода, операторские станции) на аппаратном уровне и без настройки программного обеспечения. Все это, разумеется, делает начальную цену систем более высокой по сравнению с системами на базе ПЛК, но значительно снижает время разработки и внедрения. Понятие ^Distributed system* не относится к территориальным признакам. Подразумевается распределенность обработки данных в системе управления (децентрализация. 265 18.2. СИСТЕМА I/A SERIES ФИРМЫ) Оборудование систем управления и противоаварийной защиты компании Invensys pic является одним из наиболее конкурентоспособных в мире. Объект управления может быть любой сложности - от нескольких параметров до десятков тысяч. В качестве ядра для построения распределенной системы управления применяются технические средства и программное обеспечение системы управления А Series* (Intelligent Automation Series) производства компании Foxboro. Система I/A Series является современной открытой промышленной системой, работающей под управлением операционных систем Windows ХР и Unix. Первоначально система I/A Series работала на компьютерах под управлением подобной операционной системы и, соответственно, всё программное обеспечение было написано под Unix. Популярная операционная система Microsoft Windows NT стимулировала выпуск очередной версии I/A Series - шестой, ас появлением ОС Microsoft Windows ХР вышла и седьмая версия системы, основа и внешний вид которой изменились незначительно. В 2004 г. появилась восьмая версия системы I/A Series, принципиально отличающаяся от прежних версий. В восьмой версии реализован совершенно другой принцип построения сети управления, маршрутизации, передачи данных, а также представлено новое поколение управляющих процессоров (рис. 18.1). В этой версии центральным компонентом системы является сеть управления Mesh. Эта сеть представляет собой коммутируемую сеть Fast Ethernet, основанную на стандартах IEEE 802.3u (Fast Ethernet 100 Мб) и IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet 1 Гб). Главную роль в сети играют коммутаторы, количество и расположение которых определяет структуру системы управления. К коммутаторам подключаются различные компоненты системы управления. Устройствами системы, подключаемыми к коммутаторам, являются - рабочие станции WP и AW (подключение к сети без использования интерфейсных модулей - управляющие процессоры FCP270, напрямую взаимодействующие с модулями ввода/вывода FBM по полевой шине Field- bus; - управляющие процессоры ZCP270, взаимодействующие с модулями ввода/вывода через коммуникационный модуль FCMlOOEt (на рисунке не показаны. 266 Рис. Структурная схема восьмой версии AW - инженерная станция WP - станция оператора Резервированная сеть управления Mesh предоставляет многочисленные каналы связи между любыми двумя устройствами сети, что обеспечивает высокую надёжность. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА В настоящее время номенклатура применяемых в системе I/A Series аппаратных средств достаточно унифицирована. Можно выделить следующие основные группы оборудования, производимого непосредственно компанией Foxboro: - управляющие процессоры FCP270; - модули ввода/вывода серии FBM200, включая группу модулей системных интеграторов 267 - вспомогательное оборудование - базовые платы, терминальные панели, процессорные корзины, блоки питания. Модули системных интеграторов позволяют подключать к системе управления, построенной на базе программно-техни ческих средств I/A Series, технические средства сторонних производителей, использующие другие протоколы обмена данными например, Modbus, Profibus-DP). Рабочие станции, сетевое и шкафное оборудование не являются собственными разработками Foxboro и закупаются у других компаний. При построении системы I/A Series под Windows в качестве рабочих станций применяются ПК фирмы Dell, а в качестве станций на операционной системе Unix - компьютерные платформы фирмы Sun. УПРАВЛЯЮЩИЕ ПРОЦЕССОРЫ S O R S ) Управляющие процессоры обеспечивают обработку полевых сигналов с модулей FBM. Управляющий процессор содержит в памяти базу данных процесса ив соответствии с ней производит обработку сигналов. Процессоры обладают большой производительностью, что позволяет осуществлять операции с плавающей точкой и реализовывать сложные алгоритмы управления. В восьмой версии системы основным управляющим процессором является FCP270 (рис. 18.2). Полевой управляющий процессор FCP270 выполняет функции автоматического регулирования, синхронизации, логического и последовательного управления вместе с подключенными модулями FBM и другими устройствами интерфейса с технологическим процессом. Он выполняет сбор данных с помощью модулей FBM и системных интеграторов, а также обнаружение и уведомление об аварийных сигналах. FCP270 обеспечивает ряд новых функций по сравнению с традиционными процессорами - прямое соединение через волоконно-оптический кабель 100 Мб/с Ethernet с сетью управления Mesh, которая не вос- Рис. 18.2. Управляющий процессор приимчива к электромагнитным помехам на участках волоконно- оптических кабелей, для высокоскоростной передачи данных - непосредственное соединение с полевой шиной без использования интерфейсного модуля - монтаж в стандартные базовые платы - поддерживаются модули FBM стандарта Foundation Field- bus. Характеристика процессора F C P 2 7 0 Процессор F C P 2 7 0 Тип процессора A M D Elan 520 Частота, МГц 100 Память S D R A M , Мб 16 Память Flash, Мб 32 Скорость связи с FBM 2 Мб/с Число подключенных модулей Мах 30 Отказоустойчивая версия FCP270 состоит из двух параллельно работающих модулей с двумя отдельными соединениями с сетью управления Mesh. Два модуля управляющего процессора, связанные друг с другом как отказоустойчивая пара, обеспечивают непрерывную работу объекта управления в случае практически любой аппаратной неисправности одного из модулей этой пары. Оба модуля принимают и обрабатывают информацию одновременно, и неисправности обнаруживаются самими модулями. Одним из важных методов обнаружения неисправности является сравнение коммуникационных сообщений на внешнем интерфейсе модуля. При обнаружении неисправности коммуникационное сообщение прерывается. Запускается процедура самодиагностики обоих модулей, чтобы определить, какой из модулей является неисправным. Исправный модуль принимает на себя управление, не оказывая влияния на нормальную работу системы. После этого прерванное коммуникационное сообщение передается исправным модулем через механизмы повторной передачи коммуникационного протокола. ПОДСИСТЕМА ВВОДА ВЫВОДА К подсистеме ввода/вывода относятся модули ввода/вывода FBM200, базовые платы и терминальные панели. Управляющие процессоры устанавливается на тех же базовых платах, что и модули FBM. Модульные базовые платы монтируются на рейку и предназначены для установки модулей ввода/вывода FBM и управляющих процессоров FCP270. Существуют платы на 2, 4 или 8 модулей (рис. 18.3). Внутри базовых плат проходит шина 269 Таблица Код Характеристика FBM201 F B M 2 0 2 F B M 2 0 3 F B M 2 0 4 F B M 2 0 5 F B M 2 0 7 F B M 2 1 1 F B M 2 1 4 F B M 2 1 6 F B M 2 1 7 F B M 2 2 0 F B M 2 2 3 F B M 2 2 4 FBM230-233 F B M 2 3 7 F B M 2 4 1 F B M 2 4 2 F B M 2 4 3 F B M 2 4 6 8AI уровня 0 - 2 0 мА с изоляцией каналов 8AI для приёма сигнала от термопар -10,5...+69,5 мВ с изоляцией каналов и температурной компенсацией 8AI для приёма сигнала от термометров сопротивления сизо bbляцией каналов (три типа 0...320 Ом, 0...640 Ом и 0...30 Ом АО уровня 0...20 мА с изоляцией каналов Резервированный 4AI, АО уровня 0...20 мА с изоляцией каналов 16DI уровней 207 - 60 V D C , 120 VAC/125 V D C , 240 VAC; 207b - 24 V D C ; с - 48 V D C 16AI уровня 0...20 мА с изоляцией дифференциалов Связь по протоколу H A R T Резервированный модуль связи по протоколу H A R T 3 2 D I уровней 24, 110 V D C , 220VAC с изоляцией групп Модуль связи по протоколу Foundation fieldbus Н Модуль связи по Profibus-DP Модуль связи по Modbus Системный интегратор полевых устройств ( F D S I ) Резервированный АО уровня 0...20 мА с изоляцией каналов 8DI, 8 D O с изоляцией каналов 1 6 D O уровней 24, ПО V D C , 220VAC с изоляцией каналов Модуль связи по FoxCom Резервированный модуль связи по FoxCom 270 Fieldbus. На лицевой панели имеются разъёмы для расширения шины Fieldbus (объединения нескольких платна шине, а также разъёмы для подключения кабелей от терминальных панелей. В качестве модулей ввода/вывода в настоящее время используются модули серии FBM200. Эта серия включает широкий набор модулей - аналоговые, дискретные, модули связи с интеллектуальными датчиками и модули системных интеграторов. Краткая характеристика некоторых модулей приведена в табл. 18.1. Рис. 18.3. Базовая платана модулей Терминальные панели (клеммники и барьеры искробезопас- ности) отделяют систему I/A Series от полевых устройств (измерительных преобразователей, исполнительных устройств, установленных непосредственно на объекте. Терминальные панели содержат защитные цепи и обеспечивают первоначальную обработку сигнала. Для подключения терминальных панелей к разъё мам базовой платы используют специальные кабели длиной 3 мВ зависимости от типа входного сигнала каждый из модулей связан либо с барьерами искробезопасности (для аналоговых сигналов, либо с клеммной панелью (для дискретных сигналов. РАБОЧИЕ СТАНЦИИ Рабочие станции обеспечивают интерфейс между системой и человеком для управления технологическим процессом, а также для конфигурирования и поддержки самой системы управления. В настоящее время один компьютер способен выполнять все необходимые операции по конфигурированию системы, отображению информации и хранению данных. Тем не менее, в системе I/A Series различают операторские рабочие станции (WP) и инженерные рабочие станции (AW). Компьютер станции AW, как правило, имеет больший объём оперативной памяти по сравнению с компьютером операторской станции WP (1024 Мб и 512 Мб, соответственно. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА Ранее было сказано, что программное обеспечение системы I/A Series тесно интегрировано в систему. Популярно говоря, это означает, что ни технические средства I/A Series, ни программное обеспечение не могут функционировать одно без другого. Нельзя построить систему управления на базе технических средств I/A Series и программного обеспечения SCADA. Нельзя построить систему управления на базе контроллеров, например, фирмы GE Fanuc и программного обеспечения системы I/A Se ries. Почему Да потому, что I/A Series - по определению является интегрированной (единой) системой. Более того, программное обеспечение I/A Series представляет собой набор пакетов программ, которые функционируют в единой оболочке (программе, которая обеспечивает интерфейс пользователя с системой управления. Эта программа называется FoxView. Пользователем может быть, с одной стороны, оператор, решающий задачи управления технологическим процессом. Ему требуется информация, представленная в виде мнемосхем раз Рис. 18.4. Пример мнемосхемы интерфейса оператора в Fox View личной детализации, трендов технологических параметров, сводок алармов и т.п. С другой стороны, пользователем системы управления может быть и инженер-программист, в задачу которого входит поддержание системы управления в рабочем состоянии, внесение изменений в конфигурацию системы. Поэтому главное окно FoxView содержит основное меню, которое, в зависимости от прав доступа, обеспечивает переход в соответствующую среду (оператора, инженера-технолога, инже нера-программиста). Выбор среды обеспечивает доступ к различным компонентам программного обеспечения I/A Series. Оператор, выбрав свою среду (Operator), получает доступ к своему интерфейсу, где отображается ход технологического процесса во времени и оператору предоставляются все средства контроля и управления. Отсюда же осуществляется доступ к сводкам алармов, трендам, отчетам, окнам диагностики всех аппаратных компонентов системы управления. Пример мнемосхемы оператора УКПГ приведен на рис. 18.4. Инженер-программист, выбрав свою среду, получает доступ к конфигураторам системы управления. Конфигураторы - это программы конфигурирования и настройки компонентов системы управления. Для создания мнемосхем технологического процесса используется пакет FoxDraw (графика, динамизация объектов, привязка объектов к переменным процесса и т.д.). Для настройки параметров отображения алармов применяется программа Alarm Manager. С помощью программы AIM Historian можно настраивать систему архивирования данных (выбор параметров для хранения в архиве, частота записи в архив, длительность хранения и т.п.). Для создания и редактирования базы данных управляющих процессоров в системе имеется конфигуратор интегрированного управления ICC (Integrated Control Configurator). Под базой данных понимается набор алгоритмов управления, построенных на базе типовых блоков (алгоритмов, имеющихся в библиотеке системы. 18 |