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

65474. ФОРМУВАННЯ СОЦІАЛЬНОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНІХ ПРАКТИЧНИХ ПСИХОЛОГІВ У ПРОЦЕСІ ПРОФЕСІЙНОЇ ПІДГОТОВКИ 188.5 KB
  В умовах суспільних трансформацій та входження України до європейського освітнього простору формування в майбутніх практичних психологів соціальної компетентності готовності до ефективної взаємодії є нагальною проблемою...
65475. РОЗВИТОК МЕТОДИКИ ПРИКЛАДНОГО МИСТЕЦТВА ГОТФРІДОМ ЗЕМПЕРОМ У ХУДОЖНЬО-ПРОМИСЛОВИХ ШКОЛАХ ЗАХІДНОЇ ЄВРОПИ (ДРУГА ПОЛОВИНА ХІХ СТОЛІТТЯ) 189 KB
  Сьогодні технологічна освіта зазнає радикальних змін у розрізі яких відбувається системне впровадження в навчальний процес різних типів закладів освіти мистецтва дизайну джерелом якого є...
65476. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРІВНЮВАННЯ НАХИЛЕНИХ БУДІВЕЛЬ ГОРИЗОНТАЛЬНИМ ВИБУРЮВАННЯМ ГРУНТУ ІЗ ОСНОВИ 186.5 KB
  Дисертаційна робота виконувалась у рамках реалізації наукової програми Розробка та дослідження технології вирівнювання будівель та споруд проводилась відповідно до етапів держбюджетної теми НП 11 Розробка і вдосконалення існуючих способів вирівнювання будівель...
65477. ДЕРЖАВНЕ РЕГУЛЮВАННЯ РОЗВИТКУ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНИ 635.5 KB
  Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України завідувач кафедри менеджмент на транспорті. Виходячи з цього постановка проблеми пошуку механізмів державного регулювання розвитку...
65478. ТУРИЗМ ЯК СОЦІОЕТИЧНИЙ ЧИННИК СУСПІЛЬНОГО ЖИТТЯ 147.5 KB
  Сучасна цивілізація перебуває на переломному етапі свого поступу. Людству загрожує загострення різноманітних глобальних криз, в суспільстві зростає соціальна напруга. Як констатувалось на ХХІІ Всесвітньому філософському конгресі...
65479. ДВОСМУЖКОВА ЛІНІЯ МІЛІМЕТРОВОГО ТА СУБМІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНІВ 5.73 MB
  Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому що вперше: Розроблено числову математичну модель багатозв’язних планарних хвилевідних структур яка дозволяє проводити їх повний електродинамічний аналіз з урахуванням втрат та дисперсії.
65480. ПІДВИЩЕННЯ ЕКОБЕЗПЕКИ ПОРУШЕНИХ ГІРНИЧИМИ РОБОТАМИ ТЕРИТОРІЙ ЗА РАХУНОК ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОГО ПРИСКОРЕНОГО ФОРМУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ 259 KB
  Сучасні щорічні об’єми проведення рекультивації у Кривбасі складають менше 1 від кількості порушених гірничими роботами земель. Окрім того технології рекультивації не завжди успішні оскільки розраховані на відновлення порушених земель горизонтальних родовищ корисних копалин.
65481. ТЕАТРАЛЬНІСТЬ ЯК ТВОРЧИЙ ПРИНЦИП МУЗИЧНО-ВИКОНАВСЬКОГО МИСТЕЦТВА (НА ПРИКЛАДІ ФОРТЕПІАННОГО ВИКОНАВСТВА) 146.5 KB
  Якщо в таких галузях як літературознавство теорія театру та образотворчих мистецтв поняття театральність і пов’язане з ним коло проблем осмислене достатньо глибоко і ґрунтовно розглянуто в ряді спеціальних досліджень в теорії музичного виконавства досі бракує...
65482. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОРНОГО АГРЕГАТУ ПРИ НЕСТІЙКОМУ РУСІ 201.5 KB
  При цьому недостатньо приділяється уваги дослідженням орного агрегату як механічної системи а динамічна взаємодія трактора та начіпногоплуга суттєво впливає на ефективність агрегату і позначається на якісних показниках обробітку ґрунту.