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

4579. Визначення максимальної енергії бета-частинок у спектрі 78 KB
  Визначення максимальної енергіїбета-частинок у спектрі Мета роботи: визначення максимальної енергії бета-частинок в спектрі. Короткі теоретичні відомості Бета-розпад — це самовільний процес, в якому нестабільне ядро перетворюєтьс...
4580. Вивчення прискорення вільного падіння тіла за допомогою фізичного маятника 103 KB
  Вивчення прискорення вільного падіння тіла за допомогою фізичного маятника Мета роботи. Вивчити вільні незатухаючі коливання фізичного маятника і визначити прискорення вільного падіння. Теоретичні відомості. Коливання - це процес, який п...
4581. Управление затратами предприятия на примере ООО «Кормилец» 184.81 KB
  Дать характеристику и классификацию издержек обращения в торговых предприятиях; изучить методы управления затратами; дать характеристику деятельности ООО «Кормилец»; сделать анализ финансового состояния предприятия; разработать план мероприятия по управлению затратами; дать оценку эффективности данных мероприятий...
4582. Сучасні технології захисту інформації в комп’ютерних системах і мережах 2.15 MB
  Частина друга присвячена питанням захисту інформації в комп’ютерних мережах. До її складу входять роботи: Перехоплення мережевого обміну, Сканування TCP/IP мереж, Засоби аналізу захищеності, Міжмережеві екрани, Системи виявлення атак. Лаборатор...
4583. Використання методу Монте-Карло для вирішення стохастичних і детермінованих задач 80 KB
  Використання методу Монте-Карло для вирішення стохастичних і детермінованих задач. Мета роботи:Ознайомитись з методом статистичних випробувань (метод Монте-Карло), та його застосуванням для вирішення стохастичних та детермінованих задач. Метод...
4584. Знайомство з системою комп’ютерної математики - математичною матричною лабораторією MATLAB 232.5 KB
  Знайомство з системою комп’ютерної математики - математичною матричною лабораторією MATLAB. Мета роботи: Ознайомитися з основними елементами і складовими частинами системи комп’ютерної математики MatLab® і її робочим і програмним середовищ...
4585. Планування модельних експериментів. Стратегічне планування модельного експерименту 101 KB
  Планування модельних експериментів. Стратегічне планування модельного експерименту. Мета роботи: Ознайомитися з методами стратегічного планування імітаційних експериментів. Планування модельних експериментів Припустимо, три юні натураліст...
4586. Методи управління модельним часом: моделювання з постійним кроком і по особливих станах 101 KB
  Методи управління модельним часом: моделювання з постійним кроком і по особливих станах. Мета роботи: Вивчити методи управління модельним часом. Ознайомитися і програмно реалізувати алгоритми управління модельним часом з постійним кроком і по особли...
4587. Субтрактивне змішування кольорів. Диск Максвелла 38.52 KB
  Субтрактивне змішування кольорів. Диск Максвелла. Виконання роботи. Визначення координат ахроматичної точки. Підібрали такі розміри зовнішніх секторів з кольорами Cyan, Magenta, Yellow, що їх суміш дала ахроматичний колір. Отримали наступні коорд...