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

31734. CASE-средства, практическое внедрение CASE-средств 150.5 KB
  Технология внедрения CSEсредств Процесс внедрения CSEсредств включает следующие этапы: определение потребностей в CSEсредствах; оценка и выбор CSEсредств; выполнение пилотного проекта; практическое внедрение CSEсредств. Несмотря на все потенциальные возможности CSEсредств существует множество примеров их неудачного внедрения в результате чего эти средства становятся полочным ПО shelfwre. В связи с этим необходимо отметить следующее: CSEсредства не обязательно дают немедленный эффект; он может быть получен только спустя...
31735. CASE-средства, реализующие структурный подход 277.5 KB
  В состав этого семейства продуктов входят: llFusion Process Modeler ранее носивший название BPwin средство моделирования бизнеспроцессов; llFusion ERwin Dt Modeler ранее называвшийся ERwin средство моделирования данных являющееся самым популярным в мире в этой категории продуктов; llFusion Dt Model Vlidtor бывший ERwin Exminer средство проверки корректности моделей данных и их соответствия правилам нормализации; llFusion Model Mnger бывший ModelMrt серверный продукт обеспечивающий коллективную работу пользователей ERwin и...
31736. ИС: Основные понятия 78 KB
  Методологические основы проектирования ИС Процесс проектирования ИС это процесс принятия проектноконструкторских решении направленных на получение описания системы проекта ИС удовлетворяющего требования заказчика. Под проектированием ИС понимается процесс преобразования входной информации об объекте проектирования о методах проектирования и об опыте проектирования объектов аналогичного назначения в соответствии с ГОСТом в проект ИС. С этой точки зрения проектирование ИС сводится к последовательной формализации проектных решений на...
31737. Жизненный цикл ИС 92 KB
  Жизненный цикл ИС Потребность в создании ЭИС может обусловливаться либо необходимостью автоматизации или модернизации существующих информационных процессов либо необходимостью коренной реорганизации в деятельности предприятия проведении бизнесреинжиниринга. Потребности создания ЭИС указывают вопервых для достижения каких именно целей необходимо разработать систему; вовторых к какому моменту времени целесообразно осуществить разработку; втретьих какие затраты необходимо осуществить для проектирования системы. Проектирование ЭИС ...
31738. МОДЕЛИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПО 128.5 KB
  1 МОДЕЛИ И СТАДИИ ЖЦ ПО Под моделью ЖЦ ИС понимается структура определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов действий и задач на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ ЭИС определяет характер процесса его создания который представляет собой совокупность упорядоченных во времени взаимосвязанных и объединенных в стадии работ выполнение которых необходимо и достаточно для создания ПО соответствующего заданным требованиям. Под стадией создания ПО понимается часть процесса создания ПО ограниченная некоторыми временными рамками и...
31740. Роль и место ИПБ России в деле реформирования бухгалтерского учета 28.5 KB
  Формирование в РФ ИПБ явилось следствием осуществления реформы бухгалтерского учета в стране. ИПБ активно включился в процесс реформирования учета так как одна из основных целей его создания является разработка новой методологии и методики учета в стране. Являясь добровольным союзом квалифицированных аттестованных профессиональных бухгалтеров ИПБ России призван не только защищать интересы своих членов но и определять новые формы и методы организации учета.
31741. Российская Коллегия аудиторов (РКА) 34 KB
  Основными целями и задачами Коллегии являются: защита и представление законных интересов членов Коллегии в государственных и общественных организациях содействие в профессиональной подготовке и оказание всесторонней поддержки членами Коллегии; содействие разработке основных принципов организации аудита на территории Российской Федерации рекомендаций по совершенствованию форм и методов аудиторской деятельности; координация деятельности членов Коллегии. В соответствии со своими целями и задачами Коллегии осуществляет следующие виды...