18584

Автоматизация управления технологическими процессами

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Автоматизация управления технологическими процессами В автоматизированных системах управления технологическими процессами часто называемых системами промышленной автоматизации можно выделить свои иерархические уровни. На верхнем диспетчерском уровне АСУТП ос...

Русский

2013-07-08

45.5 KB

9 чел.

Автоматизация управления технологическими процессами

В автоматизированных системах управления технологическими процессами, часто называемых системами промышленной автоматизации, можно выделить свои иерархические уровни.

На верхнем (диспетчерском) уровне АСУТП осуществляются сбор и обработка данных о состоянии оборудования и протекании производственных процессов для принятия решений по загрузке станков и выполнению технологических маршрутов. Эти функции возложены на систему диспетчерского управления и сбора данных, называемую SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Кроме диспетчерских функций система SCADA выполняет роль инструментальной системы разработки ПО для промышленных систем компьютерной автоматизации.

На уровне управления технологическим оборудованием (на уровне контроллеров) в АСУТП выполняются запуск, тестирование, выключение станков, сигнализация о неисправностях, выработка управляющих воздействий для рабочих органов программно управляемого оборудования. Для этого в составе технологического оборудования используются системы управления на базе программируемых контроллеров — компьютеров, встроенных в технологическое оборудование. Поэтому системы промышленной автоматизации часто называют встроенными системами (Embedded Computing Systems).

Техническое обеспечение АСУТП представлено персональными ЭВМ и микрокомпьютерами, распределенными по контролируемым участкам производства и связанными друг с другом с помощью промышленных шин. ПО АСУТП представлено операционными системами, программами SCADA, драйверами и прикладными программами контроллеров.

Функции систем SCADA:

сбор первичной информации от датчиков;

хранение, обработка и визуализация данных;

управление и регистрация аварийных сигналов;

связь с корпоративной информационной сетью;

автоматизированная разработка прикладного ПО.

SCADA-системы состоят из терминальных компонентов, диспетчерских пунктов и каналов связи. Различаются SCADA-системы типами поддерживаемых контроллеров и способами связи с ними, операционной средой, типами алармов, числом трендов (тенденций в состоянии контролируемого процесса) и способом их вывода, особенностями человеко-машинного интерфейса (HMI) и др.

Связь с контроллерами и приложениями в SCADA-системах обычно осуществляется посредством технологий DDE, OLE, ОРС или ODBC. В качестве каналов связи используют последовательные промышленные шины Profibus, CANbus, Foundation Fieldbus и др.

Алармы фиксируются при выходе значений контролируемых параметров или скоростей их изменения за границы допустимых диапазонов.

Число одновременно выводимых трендов может быть различным, их визуализация возможна в реальном времени или с предварительной буферизацией. Предусматриваются возможности интерактивной работы операторов.

Разработка программ для программируемых контроллеров выполняется на языках C/C++, VBA или оригинальных языках, разработанных для конкретных систем. Программирование обычно выполняют не профессиональные программисты, а заводские технологи, поэтому желательно, чтобы языки программирования были достаточно простыми, построенными на визуальных изображениях ситуаций. Во многих системах дополнительно используются различные схемные языки. Ряд языков стандартизован и представлен в международном стандарте ГЕС 1131-3.

Одной из широко известных SCADA-систем является система Citect австралийской компании Ci Technology, работающая в среде Windows. Это масштабируемая система клиент - сервер со встроенным резервированием для повышения надежности. Состоит из пяти подсистем: ввода-вывода, визуализации, оповещения (алармов), трендов, отчетов. Подсистемы могут быть распределены по разным узлам сети. Используется оригинальный язык программирования Cicode.

SCADA-система Trace Mode для крупных АСУТП в различных отраслях промышленности и в городских службах создана компанией AdAstra. Система состоит из инструментальной части и исполнительных модулей. Предусмотрены управление технологическими процессами, разработка АРМ руководителей цехов и участков, диспетчеров и операторов. Возможно использование операционных систем QNX, OS9, Windows.

Другой пример популярной SCADA-системы - BridgeVIEW (другое название -Lab VIEW SCADA) компании National Instruments. Ядро системы управляет базой данных, взаимодействует с серверами устройств, реагирует на алармы. Подсистема HMI предназначена для интерфейса с пользователями и для исполнения задаваемых ими программ. При настройке системы на конкретное приложение пользователь конфигурирует входные и выходные каналы, указывая для них такие величины, как частота опроса, диапазоны значений сигнала и т. п., и создает программу работы приложения. Программирование ведется на графическом языке блок-диаграмм.

С развитием сетевой инфраструктуры появляется возможность более тесной интеграции АСУП и АСУТП, ранее развивавшихся автономно. Использование информации непосредственно от технологических процессов позволяет более рационально планировать производство и управлять предприятием. Интеграция выражается в использовании на этих уровнях общих программных средств, баз данных, связей с Internet на основе развития РС-совместимых контроллеров и сетей Industrial Ethernet и т. п.

К ОС реального времени предъявляется ряд специфических требований, основными из них являются требования высокой скорости реакции на запросы внешних устройств, устойчивости системы (т. е. способности работы без зависаний) и экономного использования имеющихся в наличии системных ресурсов.

В SCADA-системах в основном применяют операционные системы UNIX или Windows NT.

Операционные системы Windows NT и Windows 2000 оказывается возможным использовать в системах реального времени, дополнив их, например, средой RTX компании VenturCom. Развитый программный интерфейс RTX API, основанный на Win32 API, обеспечивает создание драйверов и приложений реального времени. Кроме того, Microsoft разработала специальную версию Windows NT для встроенных приложений Windows NT Embedded.

Перспективной считается ОС LynxOS - многозадачная, многопользовательская, UNIX-совместимая система. Есть средства кросс-разработки программ. Сетевые средства предусмотрены для TCP/IP, ATM, FR, ISDN и др.

Авторы одной из концепций построения АСУТП рекомендуют ОС OS-9, QNX или расширения Windows NT для реального времени в случае CompactPCI и ОС QNX или VxWorks в случае использования аппаратуры на базе VMEbus.

Другая популярная ОС для встраиваемых приложений OS-9 относится к многозадачным, многопользовательским системам реального времени. В системе поддерживаются коммуникационные протоколы Х.25, FR, ATM, ISDN, SS7 и др. Для разработки приложений в OS-9 имеется интегрированная кросс-среда Hawk, она включает редактор, браузер исходных кодов, отладчики, компиляторы C/C++.

Операционная система QNX канадской фирмы QSSL - открытая, модульная и легко модифицируемая, она функционирует в «защищенном режиме», поддерживает шины ISA, PCI, CompactPCI, PC/104, VME, STD32 и др.

Операционная система реального времени Vx Works выполняет функции планирования и управления задачами. Может функционировать в мультипроцессорных системах как с общей памятью, так и в слабосвязанных с использованием распределенных очередей сообщений. Система Vx Works поддерживает все сетевые средства, обычные для UNIX, а также ОРС-интерфейсы (OLE for Process Control). Она вместе с инструментальной системой Tornado является кросс-системой для разработки прикладного ПО.

Для разработки ПО реального времени используют пакеты типа Component Integrator. К числу известных комплексов Component Integrator относятся FIX, Factory Suite 2000, ISaGRAF и др. Назначение прикладного ПО - анализ производства, воздействие на него в реальном времени.

Комплекс Factory Suite 2000 компании WonderWare, используемый при проектировании систем промышленной автоматизации от АСУТП до АСУП, включает в себя следующие подсистемы:

InTouch 7.0 - SCADA-система- для создания распределенных приложений, визуализации процессов управления;

InControl - для управления контроллерами;

InTrack - для управления производством (контроль материально-технических запасов, незавершенного производства, загрузки оборудования). В частности, подсистема InTrack интегрирована в известную систему планирования ресурсов предприятия iBaan;

InBatch - для управления процессами непрерывного производства;

IndustrialSQL Server - для хранения статистики, истории производственного процесса, данных о ситуациях;

Scout - удаленный доступ к данным о технологическом процессе.

Одной из развитых инструментальных сред разработки приложений реального времени является система Tornado, разработанная для мультизадачной ОС Vx Works фирмой Wind River. Разработка приложений ведется на инструментальном компьютере, которым могут быть ПЭВМ или рабочие станции Sun, HP, IBM, DEC. В базовую конфигурацию Tornado входят компиляторы C/C++, отладчики, симулятор целевой машины, командный интерпретатор, браузер объектов целевой системы, средства управления проектом и др. Для разработки ПО для встраиваемых сигнальных процессоров Tornado применяют вместе со специальной ОС WISP. Инструментальная среда Tornado Prototyper и симулятор ОС Vx Works, работающий под Windows, могут быть получены бесплатно по Internet, что позволяет провести предварительную разработку прикладной программы, а уже затем закупать полную версию кросс-системы.

Инструментальную среду ISaGRAF используют для разработки прикладного ПО программируемых контроллеров PLC. Среда реализует методологию граф-схем Flowchart и пять языков программирования по стандарту МЭК 61131-3 (IEC 1131-3). Это графические языки функциональных схем SFC, блоковых диаграмм FBD, диаграмм релейной логики LD и текстовые языки - паскалеподобный ST и низкоуровневый язык инструкций IL.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31447. Категории диалектики. «Единичное», «особенное», «всеобщее» 25.5 KB
  Единичное особенное всеобщее. Например единичное и общее. Группы: категории предметные 2категории отношения единичное и всеобщее служебная категория особенное. Единичное отдельный обладающий индивидуальной качественной и количественной определенностью предмет ограниченный в пространстве и во времен от других предметов.
31448. Категории диалектики. «Вещь», «свойство», «отношение». «Часть» и «целое» 26.5 KB
  У каждой науки есть свои категории. Философские категории это предельно общие универсальные понятия отражающих взаимосвязь всех предметов действительности. Философские категории строятся парами они противостоят друг ругу но не могут существовать друг без друга.
31449. Категории диалектики. «Система» - «структура» - «элемент». Принцип системности в научном познании 30.5 KB
  Система структура элемент. Группы: категории предметные 2категории отношения СИСТЕМА СТРУКТУРА ЭЛЕМЕНТ Элемент относительно самостоятельная качественноопределенная составная часть сложного целого. Далеко не любая часть вещи её элемент а только самая простая неделимая далее. Элемент позволяет в каждой системе обозначить относит её границы т.
31450. Категории диалектики. «Содержание» и «форма». Формализм 27 KB
  Содержание и форма. Группы: категории предметные 2категории отношения Содержание это единство всех основных элементов объекта его свойств внутренних процессов связей тенденций развития. Содержание всегда определенным образом оформлено форма всегда содержательна. Поэтому закон необходимого соответствия определенной формы определенному содержанию: содержание изменяется быстрее чем форма а значит является ведущей определяющей стороной в развитии.
31451. Категории диалектики. «Сущность» и «явление», их взаимосвязь. Категория «кажимость» («видимость») 27.5 KB
  Философские категории это предельно общие универсальные понятия отражающих взаимосвязь всех предметов действительности. Сущность отражает внутреннюю внешне не воспринимаемую сторону предметов и явлений. Отношение взаимосвязь предметов и явлений мира. Взаимосвязь взаимообусловленность предметов разделенных в пространстве и во времени и обнаруживается обусловленность лишь в процессе их взаимодействия.
31452. Категории «причина» и «следствие», их диалектика. Принцип причинности и принцип детерминизма, их роль в научном познании. Индетерминизм 25 KB
  Принцип причинности и принцип детерминизма их роль в научном познании. Для реализации причинно следственных отношений большое значение имеют условия связи предмета с факторами внешнего окружения. При увеличении роли условии и подмена ими причинно следственных связей философ называется кандиционализмом. Причинность является генетической зависимостью одно явление порождает другое явление.
31453. Категории диалектики. «Необходимость» и «случайность». Понятие «неизбежности» 25 KB
  Случайным является все то, что может быть, а может и не быть. Случайность выступает формой проявления необходимости, т.е. любой необходимы процесс осуществляется во множестве случайных форм
31454. Категории диалектики. «Возможность», «действительность», «невозможность». Виды возможности (реальные и формальные, абстрактные и конкретные) 27.5 KB
  Категории диалектики. У каждой науки есть свои категории. Философские категории это предельно общие универсальные понятия отражающих взаимосвязь всех предметов действительности. Философские категории строятся парами они противостоят друг ругу но не могут существовать друг без друга.
31455. Закон взаимного перехода качественных и количественных изменений. Соотношение категорий «качество», - «количество», «мера». Понятие «скачка». Виды скачков 34 KB
  Соотношение категорий качество количество мера. По механизму своей реализации: динамические описывают поведение относительно изолированного объекта все параметры движения которого известны; статические которые описывают связи в таких процессах в которых участвует большое количество сравнительно однородных объектов и в которых необходимость проявляется в виде Закона больших чисел: данный закон осуществляется не в каждом отдельном случае а действительно только для большого количества случаев ЗАКОН ВЗАИМНОГО ПРЕХОДА...