Курс лекций для студентов высших учебных заведений Чебоксары 2012 scadaсистема каскад. Курс лекций для студентов вузов. Ооо Каскадасу, г. Чебоксары, 2012 г. Страница 2 Оглавление
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
3. Архитектура исполнительной системы KLogic Исполнительная система представляет собой один исполняемый файл. Этот файл выполняется под управлением встроенной операционной системы микропроцессорного контроллера. При запуске исполнительная система загружает конфигурацию из конфигурационного файла. На основе этой конфигурации ядро исполнительной системы запускает на выполнение ряд соответствующих задач. Конфигурационный файл генерируется инструментальной средой разработки. Все задачи исполнительной системы KLogic в качестве входных/выходных данных оперируют параметрами, находящимися в глобальном массиве параметров. Доступ задач к этому массиву происходит с помощью специальных функций чтения/записи. Глобальный массив представляет собой линейную область памяти, в которой последовательно друг за другом хранятся структуры состояния параметров. Каждый параметр однозначно идентифицируется номером. SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 21 Рис. 1.4. Архитектура исполнительной системы Все задачи в исполнительной системе контроллера работают под управлением многозадачного ядра реального времени (в DOS-подобных операционных системах), или непосредственно под операционной системой контроллера (Linux-подобные системы, Win32/WinCE). Задачи выполняются параллельно, в режиме приоритетной (вытесняющей) многозадачности. По аналогии с Windows – каждая задача представляет собой поток, выполняемый с определенным приоритетом. Следует понимать, что задача в терминологии KLogic – это самостоятельный поток команд, выполняемый полностью параллельно, независимо от других подобных задач, и взаимодействующий с другими задачами только через массив глобальных параметров. Поэтому несколько «задач» в терминологии пользователя реально может выполняться одной задачей KLogic, если только пользователь не предпримет дополнительных усилий по распараллеливанию своих задач. Это можно делать для того, чтобы, например, выделить блоки регуляторов в отдельную задачу с более высоким приоритетом и меньшим циклом. Рис.1.5. Таблица приоритетов выполнения задач Типы задач, выполняющихся в контроллере под управлением исполнительной системы KLogic: • Программа пользователя – задача выполнения последовательности функциональных блоков, реализующая определенный алгоритм обработки параметров глобального массива. Количество таких задач и конфигурация каждой из них определяется инструментальной средой разработки. SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 22 • Связь с внутренними модулями УСО – задача функционирует с определенным периодом, и осуществляет чтение/запись физических контекстов ввода/вывода, находящихся непосредственно на том же микроконтроллере, на котором запущена исполнительная система. Предполагается, что эта задача будет существовать в единственном экземпляре. • Связь с внешними модулями УСО – осуществляет связь с внешними модулями УСО по коммуникационным каналам связи – последовательным портам и Ethernet. Количество задач зависит от данных в конфигурационном файле. • Обмен с верхним уровнем – задача обеспечивает коммуникацию верхнего уровня с исполнительной системой. Эта задача отвечает за загрузку конфигурации в контроллер, отладку программ пользователя, мониторинг состояния исполнительной системы, чтение/запись параметров глобального массива и пр. Задача существует в единственном экземпляре. • Резервирование – осуществляет задачи резервирования. Существует в единственном экземпляре. • Терминал – задача предоставляет средства для мониторинга состояния исполнительной системы в режиме терминала. Возможен вариант с подключением к контроллеру клавиатуры и монитора (при наличии таковых портов), и вариант удаленного терминала. В случае удаленного терминала задача использует один из последовательных портов (тот, который предусмотрен в контроллере для подобных целей). • Архивы – задачи ведения оперативных и исторических архивов. • МЭК – реализует поддержку обмена по протоколу МЭК 870-5-104. Контроллер является контролируемой станцией (КП). • Контейнер ввода-вывода – реализует опрос разнородных модулей (разных протоколов) в пределах одной задачи ввода-вывода. Опрос может вестись по каналам связи Ethernet и последовательному порту (в том числе по модему). Лекция 4. Клиентские модули SCADA-системы «Каскад». 1. Модуль Визуализации. Модуль Визуализации является основным клиентским приложением SCADA-системы «Каскад». Более правильно будет назвать его «Диалоговой средой контроля и управления». Задачей этого модуля является получение данных с одного или нескольких СДД и отображение в виде набора мнемонических схем (мнемосхем), а также предоставление пользователю возможности управления. Каждая мнемосхема позволяет в схематичном и понятном пользователю виде представить участок технологической схемы с отображением необходимых параметров техпроцесса. SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 23 Рис.1.1. Модуль визуализации. Пример мнемосхемы. Изображение на мнемосхеме строится при помощи объектов визуализации. Такими объектами могут быть рисунки, таблицы, текст, анимация, элементы управления, графики и т.д. Объекты визуализации могут быть статическими и динамическими. Динамические объекты привязаны к одному или нескольким паспортам, и их отображение зависит от значений этих паспортов. Примеры таких объектов: значение параметра, гистограмма, исторический тренд. Статические объекты к паспортам не привязываются, и их отображение всегда постоянно. На Рис.1.1. такими объектами являются трубопроводы, обозначения датчиков (PT, FE, TE), надписи. Для перехода по мнемосхемам служат объекты: кнопки перехода, панель навигации (на рис.1.1 она вверху) с соответствующим набором кнопок, а также дерево проекта и кнопки клавиатуры PgUp и PgDown. Для внесения изменений в проект (создания, удаления и настройки мнемосхем) необходимо перейти в режим редактирования, нажав клавишу F6 (рис. 1.2). SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 24 Рис. 1.2. Визуализация. Режим настройки. Объекты визуализации сгруппированы по смыслу и функциональному назначению. После добавления на мнемосхему объекты можно двигать, изменять их размер при помощи мыши, копировать, удалять. Каждый объект имеет настраиваемые свойства. Настроить объект, можно щелкнув по нему дважды левой кнопкой мыши, либо вызвав на нем контекстное меню и выбрав пункт Свойства объекта. Рис.1.3. Свойства объекта «Значение параметра». В случае, если необходимо установить один и тот же параметр нескольких одинаковых или однотипных объектов в одно и то же значение, удобнее воспользоваться Редактором свойств (он вызывается из контекстного меню либо нажатием комбинации SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 25 Рис. 1.4. Групповое редактирование свойств объектов. Помимо этого объекты, связанные по смыслу, можно сгруппировать. Для этого нужно выделить их и нажать У групп есть еще одно интересное свойство. Можно управлять видимостью группы, то есть при необходимости скрывать ее или отображать. Для этого необходимо привязать группу к дискретному паспорту, и в зависимости от его состояния группа будет либо видна, либо нет. Привязку можно выполнить так: в дереве проекта (вызвать его можно по F3) на вкладке Объекты нужно найти нужную группу, щелкнуть на ней правой кнопкой мыши и выбрать Свойства. Появится окно настройки группы (рис.1.5). Рис. 1.5. Свойства группы объектов. Как и Сервер Доступа к Данным, Визуализация построена по модульному принципу. Есть единая оболочка, имеющая необходимые интерфейсы для создания, удаления и обслуживания объектов, и есть набор библиотек, написанных с соблюдением определенных правил, и выполняющих различные функции отображения. Каждая библиотека может хранить один или несколько объектов визуализации. При необходимости пользователь может сам написать объект с нужными свойствами и подключить его к системе. Как правило, объекты, из которых состоит мнемосхема, загружаются вместе с самой мнемосхемой. Вместе с ней они создаются и вместе с ней уничтожаются. При переключении на следующую мнемосхему предыдущая уничтожается не сразу. Модуль Визуализации хранит в памяти кэш из несколько последних мнемосхем (по умолчанию 5). И только когда этот кэш заполняется, наиболее старые мнемосхемы удаляются из него. Это связано с тем, что, как правило, в работе используются несколько одних и тех же мнемосхем, которые отображают сводную информацию о техпроцессе, и оператор в штатном режиме переключается только между ними. Сохраняя в памяти их в памяти, мы ускоряем переключение между ними, поскольку при этом не требуется каждый раз создавать мнемосхему, все находящиеся на ней объекты и запускать процессы опроса параметров. Однако когда мнемосхема переходит в кэш, опрос параметров с нее прекращается, чтобы не нагружать протокол опроса и не запрашивать ненужную информацию. Если все же необходимо, чтобы мнемосхема всегда получала данные, даже находясь в кэше, необходимо в ее настройках включить SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 26 опцию Постоянно опрашиваемая. Как правило, постоянно опрашиваемые мнемосхемы делают также и Невыгружаемыми ( из кэша такие мнемосхемы удаляться не будут), а также Автозагружаемыми (то есть при старте модуля Визуализации эти мнемосхемы будут загружены сразу же и помещены в кэш). Рис.1.6. Свойства мнемосхемы. Перечислим остальные свойства мнемосхем: • стартовая – эта мнемосхема всегда открывается при запуске модуля Визуализации • инженерная – мнемосхемы этого типа требуют дополнительных разрешений на доступ к ним • всплывающая – эта мнемосхема откроется в отдельном окне поверх предыдущей Остальные свойства, относящиеся к всплывающим мнемосхемам, думаю, понятны без дополнительных разъяснений. Для каждого динамического объекта в режиме работы можно вывести график с историей его изменения, если для паспорта, к которому привязан объект, ведется история. Точно так же для каждого динамического объекта можно вызвать список событий, связанных с паспортом, к которому привязан объект. В SCADA-системе «Каскад» есть класс объектов, которые загружаются независимо от мнемосхем при запуске модуля визуализации. Это автозагружаемые объекты. К ним относятся панель навигации, модуль просмотра событий, модуль сигнализации, модуль синхронизации времени, модуль просмотра истории (для всплывающих трендов) и другие. Эти модули можно подключать и отключать по необходимости через меню Расширения. 2. Модуль регистрации технологических параметров. Одной из основных функций любой SCADA-системы является сохранение истории изменения значений технологических параметров в базы данных. В SCADA-системе «КАСКАД» за выполнение этой функции отвечает подсистема регистрации технологических параметров, основными частями которой являются: 1) модуль настройки баз данных (БД) технологических параметров (ТП); 2) модуль регистрации значений ТП в БД; 3) модуль извлечения данных из БД ТП. 2.1. Модуль настройки БД ТП Данный модуль предназначен для создания, настройки, удаления и других действий с базами данных. Количество БД ТП в проекте – не ограничено. SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 27 Рис. 2.1. Список БД ТП Существует несколько типов БД ТП: 1) Обычная (или оперативная) БД – база данных регистрации оперативных значений. В неё записываются текущие значения параметров. Это наиболее часто используемый тип БД. 2) БД с дочиткой – база данных регистрации исторических значений. В такую базу записывается информация, получаемая из архивов устройств сбора данных (данный тип БД может использоваться при условии, что контроллеры имеют собственные исторические архивы и в модуле доступа к данным для этих контроллеров реализовано чтение исторических значений). 3) БД АСКУЭ – база данных регистрации параметров Диспетчер-АСКУЭ (рассмотрение данного типа БД выходит за рамки нашего курса). 4) Вторичная БД – база данных с обработкой. В неё записываются значения, периодически получаемые из первичных БД (Обычных БД, БД с дочиткой, БД ручного ввода) и обработанные по заданному алгоритму: среднее, сумма, минимум, максимум, смещение, масштабирование и т.д. 5) БД ручного ввода – база данных, информация в которую заносится пользователем вручную, с помощью объекта визуализации «Ручной ввод». Каждая БД ТП имеет свои настройки, в зависимости от типа. Тем не менее, существует ряд свойств, присущих большинству БД: 1. Для каждой БД ТП обязательно необходимо задать параметры подключения к файлу БД и создать собственно файл БД. 2. Ограничение срока хранения данных – признак, отвечающий за автоматическое удаление устаревших данных из БД. 3. Список параметров – набор параметров, данные по которым будут сохраняться в БД. Параметры могут объединяться в группы неограниченной вложенности. Добавление параметров в БД осуществляется простым перетаскиванием паспортов или их групп. Список параметров БД определяется инженером на основе требований проекта. В базу данных следует добавлять только те параметры, история которых представляет интерес. 4. Настройки записи определяют, по каким алгоритмам будет происходить запись значений параметров в базу данных: • периодически; • по расписанию; • по событию (при срабатывании заданного дискретного параметра); • по инициативе снизу (при получении уведомления от нижнего уровеня SCADA- системы о том, что значение параметра изменилось). SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 28 Кроме этого, для БД ТП можно настроить условия записи, резервирование, автоматическое создание архивных копий, а также посмотреть статистику по БД или очистить базу данных от устаревших значений. По умолчанию, группы параметров имеют те же самые настройки, что и БД. При необходимости, для каждой группы можно задать свои собственные настройки, отличающиеся от настроек корневого элемента (БД или родительской группы параметров). В подсистеме регистрации технологических параметров существует важное правило: для каждого паспорта можно создать только один параметр БД ТП. Данное ограничение позволяет однозначно определить параметр БД на основе выбранного паспорта, что используется, например, в трендах и рапортах. 2.2. Модуль регистрации значений ТП в БД Данный модуль является одним из модулей обработки данных (МОД), входящих в сервер доступа к данным (СДД). Он отвечает за сохранение значений параметров в базы данных на основе заданных настроек. 2.3. Модуль извлечения данных из БД ТП Это библиотека с открытым интерфейсом для доступа к информации, хранящейся в БД, из клиентских приложений. Данный модуль позволяет осуществлять просмотр накопленных данных на трендах и формировать отчёты. 3. Модуль формирования рапортов. SCADA-система «КАСКАД» непрерывно ведёт историю технологического процесса. Для того, чтобы проанализировать накопленную информацию, создать некий сводный отчет за определенный период (смену, сутки, месяц), служит подсистема создания отчётной документации. Создание отчётной документации в SCADA-системе «КАСКАД» осуществляется с помощью модуля формирования рапортов , основными функциями которого являются: 1) создание и настройка шаблонов отчётов; 2) генерация отчётов на основе настроенных шаблонов; 3) отображение готовых отчётов, с возможностью их печати, сохранения и экспорта в Microsft Excel, HTML или текстовый файлы. Модуль формирования рапортов имеет два режима: рабочий режим и режим настройки. Рабочий режим служит для навигации по списку настроенных шаблонов рапортов, генерации отчётов, их просмотра, печати и сохранения. В режиме настройки, как следует из названия, осуществляется создание и вся настройка необходимых отчётов. Для успешной настройки шаблонов отчётов следует понимать назначение трёх основных элементов модуля формирования рапортов: 1) дерево рапортов; 2) дерево алгоритмов; 3) таблица шаблона. 1) Дерево рапортов (рис. 3.1) позволяет переключаться между существующими шаблонами рапортов, добавлять новые шаблоны, разбивать их по группам, удалять ненужные, создавать шаблоны на основе уже существующих с помощью копирования и вставки, настраивать основные свойства рапортов. SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 29 Рис. 3.1. Дерево рапортов 2) Дерево алгоритмов (рис. 3.2) позволяет настраивать набор алгоритмов, содержащихся в рапорте. Данный набор определяется инженером на основе требований, которым должен удовлетворять тот или иной отчёт. К примеру, если рапорт должен содержать информацию по заданным параметрам за заданный промежуток времени, в виде таблицы с заданным шагом, то следует выбрать алгоритм «Таблица значений». Другой пример: если необходимо настроить отчёт, который бы выдавал список событий за заданный промежуток времени с заданными критериями отбора, то следует выбрать алгоритм «Список событий». Таким образом, в каждом конкретном случае инженер подбирает набор алгоритмов, необходимых для конкретного отчёта. Модуль формирования рапортов предоставляет большой выбор алгоритмов, достаточный для того, чтобы настроить отчёт любой сложности. Рис. 3.2. Дерево алгоритмов С помощью дерева алгоритмов осуществляется добавление алгоритмов в шаблон отчёта, их группировка, настройка свойств каждого алгоритма, размножение алгоритмов с помощью механизма копирования и вставки. SCADA-система КАСКАД. Курс лекций для студентов ВУЗов. © ООО «Каскад-АСУ», г. Чебоксары, 2012 г. Страница 30 Каждый алгоритм решает определённую задачу и имеет свой набор настроек. Тем не менее, существует ряд общих настроек, присущих большинству алгоритмов, как например: - интервал времени, за который необходимо запросить данные для отчёта; - список параметров, данные по которым необходимо отобразить в отчёте. Алгоритмы располагаются в виде дерева, корневым элементом которого является имя рапорта. Они могут объединяться в группы неограниченной вложности. При этом каждый алгоритм имеет признак наследования интервала времени от родительской ветки, что позволяет наследовать родительский диапазон или задавать свой собственный. Каждый алгоритм также имеет свой набор выходов, в зависимости от решаемой задачи. Выходы алгоритмов соответствуют конкретным значениям, которые будут отображаться в сгенерированных отчётах. Примеры выходов: сумма, среднее, минимальное значение, шифр параметра, значение параметра, временная метка параметра, номер строки в таблице, зона производства, текст события, имя пользователя и т.д. Выходы алгоритмов расставляются в ячейки таблицы шаблона с помощью простого перетаскивания мышью. Выходами алгоритмов могут быть как одиночные значения, так и наборы данных. Во втором случае в таблице шаблона, при перетаскивании выхода в ячейку, автоматически создаются бэнды (рис. 3.3) – специальные элементы, которые привязаны к своему набору данных и размножаются в готовом отчёте по числу записей в этом наборе. Например, для алгоритма «Таблица значений», настроенного на сутки с периодом в один час, в таблице шаблона будет соответствовать всего одна строка с автоматически созданными бэндами, которые размножат эту строку в готовом отчёте до 24 строк. Рис. 3.3. Бэнды 3) |