SCADA-системы. Система Трейс Моуд

Введение

Актуальность работы. Разработка АСУ ТП для механической обработки обычно ограничивается применением программируемого логического контроллера (ПЛК), где основным принципом действия является цикличная работа, в которой контроллер выполняет по очереди отдельные команды в такой последовательности, в которой они записаны в программе. В начале каждого цикла программа считывает «картину» состояния входов контроллера и записывает их состояния (таблица состояния входов процесса). После выполнения всех команд и определения (подсчета) актуального для данной ситуации состояния выходов, контроллер вписывает состояния выходов к памяти, что является таблицей состояния выходов процесса, а операционная система выставляет соответствующие сигналы на выходы, которые управляют исполнительными механизмами. Итак, все сигнальные комбинации подаются во входной модуль контроллера, а программа отслеживает их картину и реагирует изменением состояний выходов на основе заложенного алгоритма. Данная технология не может обеспечить контроль и мониторинг всех систем технологического процесса, что возможно обеспечить применил SCADA-системы, которые собирают текущую информацию о работе оборудования с датчиков и контроллеров, первично превращают ее и ее хранят, представление текущей информации в виде гистограмм, таблиц, графиков. Также данная система дает возможность печати отчетов и протоколов о работе единиц оборудования, передача и ввода в устройства управления команд диспетчера, использование текущей информации для решения задач управления производством, организация связи с устройствами, подключенными к информационной сети.
Объект исследования: SCADA-системы. Система Трейс Моуд
Предмет исследования: геометрические параметры детали, которая изготавливается.
Цель работы: рассмотреть SCADA-системы Trace Mode
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть основные понятия и задачи SCADA-систем;
- выявить особенности проектирования АСУ ТП в SCADA-системе TRACE MODE;
- проанализировать интегрированную среду разработки Trace Mode 6.
1. Основные понятия и задачи SCADA-систем
Использование SCADA-технологий позволяет обеспечить высокий уровень автоматизации на предприятиях, а именно в разработке систем управления, обработки, хранения и отображения информации.
Наиболее используемое понимание SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское управление и сбор данных) – приложения к программному комплексу, который обеспечивает осуществление указанных выше функций, а также инструментальных средств для создания этого программного обеспечения.
Но чаще SCADA - систему считают как программно-аппаратные комплексы, которые позволяют создавать АСУ ТП в клиент архитектуре [9].
Порой к SCADA-систем также прилагается программное обеспечение для возможности программирования промышленных контроллеров. Эти SCADA-системы имеют название интегрированы и добавляют приставку SoftLogic. Простота человеко-машинного интерфейса программы (HMI/MMI (Human Machine Interface – человеко-машинный интерфейс; Man-Machine Interface – интерфейс взаимодействия человека с оборудованием)), предоставляемого SCADA-системами, понятность и наглядность информации, простота управления, удобство в использовании вспомогательных подсказок – значительно улучшает взаимодействие диспетчеру с системой и уменьшает критические ошибки в управлении [10].
Нужно отметить, что основу SCADA-системы составляет автоматизированная разработка систем управления и дает возможность найти решение задачам, которые длительное время были без решения: уменьшение срока разработки проектов по автоматизации и финансовые затраты на разработку.
В настоящее время SCADA является самым перспективным методом автоматизированного управления динамическими системами.
SCADA-системы – это программное обеспечение, которое имеет направление на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления [1].
Спектр функциональных возможностей встроен почти во всех пакетах SCADA-систем. Можем перечислить все ключевые средства, имеющиеся в большинстве систем с разницей только в особенностях реализации:
- автоматизированная разработка, которая предоставляет возможность создать программное обеспечение автоматизации без тяжелого программирования;
средства сбора базовой информации с контроллеров и устройств низшего - уровня;
средства управления и записи сигналов, свидетельствующих об аварийных ситуациях;
средства хранения информации с функцией пост-обработки;
средства принятия и преобразования исходной информации;
средства предоставления информации в визуальном виде (графики, диаграммы, и тому подобное).
SCADA-системы решают следующие задачи:
1. Обмен информацией с оборудованием, обеспечивающим связь, и объектом в реальном времени.
2. Возможность опарювання информации в реальном времени.
3. Показ информации в понятном для человека виде (HMI).
4. Создание отчетов о протекании технологического процесса.
5. Сетевая связь между SCADA ПК.
6. Поддержание связи со сторонними приложениями [2].
SCADA сокр. с английского языка супервизорный контроль и сбор данных.
Основные задачи, решаемые SCADA-систем являются:
1. обмен данными с USO (object communication devices, т. е. промышленными контроллерами и платами ввода-вывода) в режиме реального времени осуществляется через драйверы.
2. Обработка информации в режиме реального времени.
3. Отображение информации на экране монитора в удобочитаемой форме (HMI).
4. Ведение базы данных в режиме реального времени с технологической информацией.
5. Управление сигнализацией и тревожными сообщениями.
6. Подготовка и формирование отчетов о ходе технологического процесса.
7. Реализация сетевого взаимодействия между ПК SCADA.
8. Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и др.). В системе управления предприятием эти приложения чаще всего относятся к уровню MES.
SCADA системы предлагают следующие основные функции:
1. предлагает кнопки, поворотные ручки и другие элементы управления, позволяющие управлять технологическим процессом;
2. предлагается набор различных индикаторов, графиков, обеспечивающих возможность отображения информации о процессах;
3. предоставляет возможность создавать различные типы отчетов и архивов;
4. предлагается упрощенный язык для создания алгоритмов, что дает возможность создавать автоматизированные системы управления для технологов, не имеющих опыта программирования на языках высокого уровня;
5. предлагает инструменты для документирования разработанных алгоритмов и технологических процессов;
6. аппаратные драйверы, обеспечивающие ввод и вывод аналоговых и цифровых сигналов;
7. сетевые функции, которые позволяют обмениваться данными между компьютерами, подключенными к одной сети, публиковать отчеты в сети или управлять процессом с удаленного компьютера через Интернет
Под SCADA-системой следует понимать специализированное программное обеспечение, реализующее интерфейс между человеком и системой управления, связь с внешним миром.
Широко используются следующие SCADA-системы: Genesis, Trace Mode, InTouch, Citect, IGSS.
Современный бизнес по разработке программного обеспечения становится все более сегментированным и специализированным. Разработчики операционных систем, разработчики инструментов, разработчики прикладного программного обеспечения и так далее по существу говорят на разных языках.
Таким образом, сама логика развития современного бизнеса с точки зрения разработки ППО для систем управления конечными пользователями требует использования все более развитых инструментов, таких как SCADA-системы (от супервизорного контроля и сбора данных). Разработка современной SCADA-системы требует больших инвестиций и выполняется в течение длительного времени. И именно поэтому в большинстве случаев разработчикам управляющих ППО, в частности ППО для автоматизированных систем управления, представляется целесообразным пойти вторым путем, приобретая, осваивая и адаптируя некоторые готовые, уже опробованные универсальные инструменты.
Программные продукты класса SCADA широко представлены на мировом рынке. Это несколько десятков SCADA-систем, многие из которых нашли свое применение в России. Самые популярные из них перечислены ниже:
1. Citect (CI technologies) - Австралия;
2. InTouch (Wonderware) - США;
3. Genesis (Iconics Co) - США;
4. FIX (Intellution) - США;
5. RealFlex (Bj Software Systems) - США;
6. Factory Link (United States Data Co) - США;
7. Cimplicity (GE Fanuc) - США;
8. Sitex (Jade Software) - Великобритания;
9. TraceMode (Адастра) - Россия;
10. Саргон (НВТ-автоматика) - Россия.
2. Особенности проектирования АСУ ТП в SCADA-системе TRACE MODE
Инструментальная SCADA система TRACE MODE позволяет создавать проект АСУ ТП в идеологии единой линии программирования, когда все задачи проекта решаются единственным инструментом, а все данные хранятся в единой СУБД распределенного проекта. Инструментальные средства включают: редактор представления данных (РПД), редактор базы каналов (РБК) и редактор шаблонов отчетов (РШ). Редактор представления данных (РПД) - инструмент разработки экранных форм операторского интерфейса SCADA/HMI.
В РПД во все узлы проекта АСУ ТП строятся графические экраны, формируются статические мнемосхемы процесса и создается их динамизация.
Редактор базы каналов (РБК) – инструмент, что дает возможность разработки распределенной базы данных реального времени проекта АСУ ТП.
В РБК:
подключаются узлы проекта TRACE MODE - операторские станции и контроллеры;
происходит настройка контроллеров и плат ввода/вывода;
в состав РБК входит библиотека встроенных бесплатных драйверов PLC и плат УСО, включающий более 1500 устройств; создаются технологические границы и сообщения, проводится программирование алгоритмов управления на языках Techno FBD TechnoLD и Techno IL;
возможность горячего резервирования серверов SCADA и настройка связи между базами данных и приложениями

.
В системе TRACE MODE мониторы реального времени обмениваются информацией через локальную сеть; последовательный интерфейс RS; радиоканал; сети GSM. При этом могут появиться как вертикальные связи (между уровнями), так и горизонтальные (между узлами одного уровня). Например, при необходимости связи двух каналов разных узлов по RS необходимо создать в узлах компоненты COM-порт, задать для них необходимые параметры и указать для канала-приемника используется интерфейс связи.
Опубликована спецификация ОРС-набор документов, определяющий правила для реализации взаимодействия. Довольно много программ-клиентов может получать данные из различных источников и делать их доступными для драйверов разных разработчиков.
Технология ОРС имеет 2 классы программ: ОРС-сервер (ОРС server), который непосредственно взаимодействует с аппаратурой телемеханики, и ОРС-клиент (ОРС client), который получает данные от ОРС-сервера для дальнейшей обработки и передает в ОРС-сервер команды управления.
Технология ОРС в промышленности имеет следующие плюсы:
Независимость в применении систем диспетчеризации от используемого в конкретном проекте оборудования.
Разработчики программного обеспечения могут не модифицировать свои• продукты через обновление оборудования.
Заказчик имеет свободный выбор между поставщиками оборудования, и может интегрировать это оборудование в информационную систему предприятия, которая может охватывать всю систему производства.
3 Интегрированная среда разработки Trace Mode 6
TRACE MODE ® 6 состоит из инструментальной системы (интегрированной среды разработки) и набора исполнительных модулей.
Используя модули выполнения TRACE MODE ® , проект ACS запускается для выполнения в режиме реального времени. Режим трассировки позволяет создавать проект сразу для нескольких исполняемых модулей-узлов проекта.
Инструментальная система включает в себя полный набор средств разработки автоматизированных систем управления технологическими процессами, а именно: :
- интерфейс оператора (SCADA/HMI);
- распределенные системы управления (DCS);
- промышленная база данных в реальном времени;
- программное обеспечение для промышленных контроллеров (SOFTLOGIC);
а также инструменты для управления бизнес-процессами производства (АСУП):
– системы управления основными средствами и техническое обслуживание оборудования (EAM);
системы управления персоналом (HRM);
- системы управления производством (МЭС).
Исполнительные модули для АСУ ТП и АСУ ТП различны. Модули для управления технологическими процессами (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в состав комплекса TRACE MODE ® , а исполнительные модули для BMS (класс EAM, HRM, MES) – комплекса T-FACTORY.exe™ .
Вместе TRACE MODE ® и T–FACTORY ™ предоставляют решения для интегрированного управления технологическими процессами и производственными предприятиями в режиме реального времени, формируя интегрированную платформу управления производством.
TRACE MODE ® 6 удобен и прост в использовании. Однако архитектура системы позволяет создавать крупные АСУ корпоративного уровня.
Основные характеристики TRACE MODE 6
–более 1000 графических изображений;
–поддержка более, чем 1600 контроллеров и плат ввода–вывода;
–поддержка управления нечеткой логики;
–более 150 алгоритмов обработки данных и управления;
–многоплатформенность;
–высокая надежность.
Среди специальных технологий, повышающих производительность труда разработчиков:
–автопостроение проекта;
–единая база данных распределенного проекта;
–мощные средства отладки;
–богатые библиотеки драйверов, графических объектов и алгоритмов;
–собственный генератор отчетов;
–встроенная система горячего резервирования;
–промышленная база данных реального времени SIAD/SQL 6.
Инструментальная среда TRACE MODE
Технология комплексной разработки автоматизированных систем управления сочетает в себе программирование как интерфейса оператора, так и промышленных контроллеров.
Инструментальная система состоит из следующих редакторов:
- редактор базы данных каналов;
- редактор представления данных (РПД);
–редактор шаблонов.
Редактор базы данных канала необходим для разработки структуры проекта, а также включает в себя математические основы обработки и управления данными (распределенная база данных реального времени):
- описывает конфигурацию всех рабочих станций, USOS и контроллеров;
- информационные потоки между ними настроены;
- описывает входные и выходные сигналы и их связь с устройствами сбора и управления данными;
- настройка законов первичной обработки данных, технологических границ;
- настройка архивации и совместного использования сети и т.д.
РПД предназначен для разработки графической составляющей проекта:
–создание статических чертежей процесса;
- динамические формы отображения и управления накладываются на статические.
Редактор шаблонов используется для разработки шаблонов документов.
Кроме того, интегрированная среда разработки TRACE MODE ® 6 включает в себя:
–редактор программы;
–Компоновщик связей с СУБД;
–редактор аппаратных паспортов (EAM);
редактор персонала (управление персоналом);
- редактор материальных ресурсов (МЭС).
Исполнительные модули TRACE MODE 6 SOFTLOGIC–SCADA/HMI в распределенной АСУТП
TRACE MODE ® 6 и runtime modules T-FACTORY.exe ™ обеспечивает работу в режиме реального времени АСУ ТП и проектов АСУ ТП, созданных в интегрированной среде разработки. Соответственно, исполнительные модули системы охватывают следующие уровни АСУ:
- интерфейс оператора (SCADA/HMI);
- промышленные контроллеры (SOFTLOGIC);
- промышленная база данных в реальном времени;
–системы управления основными средствами и техническое обслуживание оборудования (EAM);
системы управления персоналом (HRM);
- системы управления производством (МЭС).
Исполнительные модули для управления технологическими процессами (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE ® , а исполнительные модули для BMS (класс EAM, HRM, MES) – в комплекс T-FACTORY.exe ™ . Все модули исполнения режима трассировки прекрасно интегрированы и образуют единую платформу для управления производством.
Исполнительные модули TRACE MODE 6 и T–FACTORY 6 разделены на серверы (узлы) и клиенты (консоли). Это разделение несколько условно, так как консоль TRACE MODE 6 в ряде системных конфигураций может выполнять функции, обычно присущие серверам (пересчет базы данных канала, выполнение программы и т. д.), а серверы могут выполнять функции операторского интерфейса, что часто считается прерогативой клиентских программ. Как клиентское, так и серверное программное обеспечение разрабатывается в единой интегрированной системе разработки и имеет единую базу данных распределенных переменных, атрибуты которой могут быть свободно доступны любым модулям выполнения режима трассировки. Эта архитектура обеспечивает удивительную гибкость при разработке распределенных систем управления, так как позволяет создавать автоматизированные системы управления в различных архитектурах (опционально):
- местный;
- распределенный клиент-сервер;
–распределенная DCS (распределенной системы управления);
- телемеханика;
Режим трассировки SCADA имеет встроенную систему горячего резервирования, поэтому каждый компонент может быть легко снабжен горячим резервированием.
Сервер реального времени
Основным сервером реального времени уровня SCADA/HMI в режиме трассировки 6 является монитор реального времени (MRV). Режим трассировки 6 MPV получает данные от контроллеров, плат ввода-вывода и систем телемеханики (RTU) через встроенные протоколы, драйверы и клиенты OPC или DDE. В trace MODE 6 MPV есть бесплатные драйверы для 2197 ПЛК, контроллеров на базе ПК, удаленных модулей ввода-вывода и плат USO. Кроме того, каждый сервер SCADA/HMI имеет встроенную поддержку протоколов M-LINK (RS 485/232) и I–NET для связи с исполнительными модулями класса Micro TRACE MODE SOFTLOGIC, работающими в контроллерах на базе ПК.
Монитор реального времени TRACE MODE 6 выполняет первичную обработку информации, поступающей от контроллеров или систем телемеханики (фильтрация, масштабирование, пограничный контроль и др.).), управление и регулирование технологических процессов, перераспределение данных по локальной сети (i-NET TCP / IP), визуализация информации на анимированных мнемонических схемах и графиках изменения параметров (HMI), расчет статистических параметров процесса в реальном времени (SPC – статистический контроль процессов), ведение исторических архивов, управление собственной промышленной СУБД реального времени SIAD / SQL ™ 6, генерация отчетных документов, обеспечение связи с СУБД и приложениями через SQL / ODBC и встроенный OPC-сервер (опционально).
Существуют MPV с различными комбинациями вышеперечисленных свойств. Кроме того, режим трассировки SCADA включает в себя MPV-версии с автоматическим горячим резервированием, адаптивным регулированием, со встроенным OPC-сервером, GSM-сервером и др.
МРВ включает в себя графическую консоль HMI, обеспечивающую визуализацию информации о технологическом процессе на динамических мнемонических схемах. Монитор реального времени обладает мощными графическими возможностями:
- фотореалистичная объемная графика;
- поддержка" прозрачности " форм и наложение текстур;
- поддержка графических слоев;
- масштабирование экранов;
- Технология 3D FAST +, которая ускоряет загрузку графических экранов в режиме реального времени;
–возможность динамической модификации любого графического объекта;
–анимация;
- графики изменения параметров в реальном времени;
- исторические графики изменения параметров неограниченной глубины;
- окна событий.
SCADA-сервер TRACE MODE 6 MRV имеет свою собственную многопоточную систему реального времени на основе приоритета