Примеры интеграции многоуровневых систем автоматизации

Программно-технический комплекс «ТЕКРОН» – многоуровневая иерархическая информационно-измерительная открытая управляющая система распределённого типа.

Программно-технический комплекс «ТЕКРОН» решает следующие задачи:

· измерение, оперативный контроль технологических параметров, управление технологическим оборудованием, автоматическое управление и регулирование технологических процессов, выполнение противоаварийных защит и блокировок технологических процессов, архивирование значений параметров и событий;

· коммерческий учет и диспетчеризацию добываемого, транспортируемого, перерабатываемого и распределяемого природного газа и их компонентов, а также оперативный контроль и архивирование текущих, суммарных и усредненных значений их технических параметров;

· коммерческий учет и диспетчеризацию отпускаемой или потребляемой тепловой энергии и теплоносителя в открытых и закрытых водяных и паровых системах теплоснабжения и системах теплопотребления, подключённых по зависимой или независимой схеме присоединения к тепловой сети, и оперативный контроль, архивирование текущих, суммарных и усредненных значений теплофизических параметров теплоносителей;

· коммерческий учёт производимой, распределяемой и потребляемой электроэнергии (активной и реактивной составляющей электроэнергии) и режимных параметров электрической сети, а также оперативный контроль, архивирование текущих, суммарных и усредненных значений параметров энергоснабжения/энергопотребления;

· сбор данных телеизмерений и телесигнализации с датчиков телеметрии, коммутационного, технологического и вспомогательного оборудования, выдача и контроль выполнения команд телеуправления и телерегулирования коммутационным оборудованием и исполнительными механизмами.

Программно-технический комплекс «ТЕКРОН» может применяться в различных отраслях промышленности, в том числе на взрывопожароопасных производствах:

· в энергетике, в том числе в энергосистемах, электростанциях, энергетических объектах, на промышленных и приравненных к ним предприятиях, у бытовых потребителей и на других энергопотребляющих или энергопоставляющих предприятиях и организациях

· в нефтегазовой, химической и нефтехимической отраслях

· в металлургических и коксохимических производствах

· в машиностроении, в пищевой, деревообрабатывающей и других отраслях.

ПТК «ТЕКРОН» относится к средствам измерений электрических величин по ГОСТ 22261.

Базовые программные модули, определяющие функциональную область применения ПТК:

- ТЕКРОН® - Р – с применением модуля управления, регулирования, технологических защит и блокировок;
- ТЕКРОН® - Г – с применением модуля коммерческого учета газа;
- ТЕКРОН® - Т – с применением модуля коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя;
- ТЕКРОН® - Э – с применением модуля коммерческого учета электроэнергии;
- ТЕКРОН® - ТМ – с применением модуля телемеханики.

На нижнем уровне ПТК могут применяться следующие технические средства:

a) программируемые логические контроллеры (ПЛК):

- контроллеры многофункциональные МФК3000;
- контроллеры многофункциональные МФК;
- системы интеллектуальных модулей ТЕКОНИК®;
- контроллеры многофункциональные ТКМ410;
- контроллеры многофункциональные ТКМ700,
которые выполняют функции автоматического сбора (по аналоговым и цифровым измерительным каналам), хранения и обработки измеряемых параметров, автоматического регулирования, технологических защит и блокировок, а также реализуют вычислительные алгоритмы, в том числе вычисление количественных и качественных показателей энергоносителей

б) барьеры искрозащиты серии TCC Ex.

Также на нижнем уровне могут использоваться коммуникационные контроллеры на базе процессорных модулей Р06 ТЕКОНИК® или им аналогичных. Такие контроллеры предназначены для автоматического сбора (обмена), хранения и первичной обработки измеряемых параметров от внешних устройств и средств измерений по стандартным интерфейсам RS-232, RS-485, Ethernet. Реализуются вычислительные алгоритмы, в том числе вычисление количественных и качественных показателей энергоносителей.

На верхнем уровне (СВУ) ПТК применяются технические средства (ТС), выполненные на базе IBM PC совместимых компьютеров промышленного или офисного исполнения под управлением операционных систем, совместимых со SCADA «КРУГ-2000», а также сетевое оборудование для объединения всех ТС локальной вычислительной сетью Ethernet.

В качестве устройств верхнего уровня, в общем случае, могут использоваться:

– выделенные серверы оперативной и (или) архивной базы данных (Серверы ОБД и АБД), предназначенные для сбора, регистрации, заданной математической обработки, в том числе для реализации алгоритмов вычисления количественных и качественных показателей энергоносителей, документирования и архивирования информации, поступающей с ПЛК нижнего уровня;

- автоматизированные рабочие места (АРМ) оперативно-диспетчерского и управленческого персонала, которые в общем случае могут быть выполнены с использованием архитектуры «клиент-сервер» (АРМ клиенты). Они предназначены для визуализации оперативной и архивной информации о технологическом процессе с серверов ОБД и АБД, а также для формирования оперативного дистанционного воздействия на объект управления;

- серверы «Web-Контроля», предназначенные для передачи информации с ПТК сторонним Пользователям посредством сети Internet

– станции инжиниринга, предназначенные для осуществления наладочных и сервисных работ по обслуживанию абонентов нижнего и верхнего уровней ПТК;

- серверы точного времени, предназначенные для поддержания единого астрономического времени абонентов нижнего и верхнего уровней ПТК, с его коррекцией по сигналу точного времени, получаемого со спутника (по GPS-приёмнику);

- COM-серверы для связи с другими подсистемами АСУ ТП;

- табло коллективного пользования для отображения информации.

Режим работы ПТК – круглосуточный с остановами на техническое обслуживание во время остановок технологического оборудования.

Основные технические характеристики, общие для всех модификаций ПТК:

· Общее количество аналоговых и дискретных измерительных/управляющих каналов – до 30 000;

· Период обновления информации на верхнем уровне ПТК – от 1 с;

· Периодичность опроса сигналов, обеспечивающая требования по точности фиксации событий и значений аналоговых сигналов по отношению к системному времени ПТК (в зависимости от динамических свойств параметра):

– дискретных пассивных: 0,03-0,5 с;
– дискретных инициативных:10 мс;
– аналоговых: 0,02 -0,2 с;
– аналоговых для температурных параметров: 0,25 -2 с;

· Время выдачи управляющего воздействия по каналам технологических защит (ТЗ) после обнаружения аварийной ситуации (для ТЗ, не имеющих выдержки времени) – не более 0,1-0,2 с;

· Время прохождения команды от момента нажатия оператором-технологом кнопки виртуального блока управления до появления сигнала на выходных цепях ПТК – не более 1 с;

· Задержка от момента выдачи оператором команды дистанционного управления до отображения на мониторе результатов выполнения команды без учета времени отработки команды объектом управления – не более 1,5 с;

· Параметры формируемых трендов:

- количество трендов – до 50 000;

– дискретность записи в тренды – от 1 секунды и выше;
– количество дискретных точек в трендах ("глубина" трендов):

a) оперативных – до 100 000;
b) архивных – ограничено только ёмкостью дискового накопителя;

· Количество регистрируемых в ПТК сообщений (событий):
– оперативных – до 21 000 за одни сутки
– архивных – ограничено только ёмкостью дискового накопителя

· Дискретность регистрируемых сообщений (событий) – от 10 мс.

ПТК «ТЕКРОН» изображен на рис. 55, 56:

Рис. 55. ПТК «ТЕКРОН»

Рис. 56. Уровни управления ПТК «ТЕКРОН»

Программно-технологически й комплекс «ТЕКРОН» на верхнем уровне применяет IBM PC компьютеров с операционными системами совместимыми со SCADA «Круг-2000», а также сетевое оборудование для объединения технических средств локально-вычислительной сетью Ethernet .

Назначение SCADA - системы «Круг-2000»:

- в машиностроении.

- в деревообрабатывающей промышленности.

- в пищевой промышленности.

- в нефтегазовой промышленности.

- в химической промышленности.

- в энергетике.

Архитектура системы «Круг-2000» - многоуровневая иерархическая открытая автоматизированная система распределённого типа, включающая в свой состав отечественные контроллеры ТЕКОН и SCADA – пакет «Круг-2000».

На нижнем уровне применяются ПЛК типа МФК, МФК3000 (до 700 установок есть возможность опрашивать), которые выполняет функции сбора, хранения, обработки и автоматического управления, вычисляют показатели качества параметров технических процессов.

Данные с ПЛК нижнего уровня поступают на сервере ОБД и/или АБД для сбора и регистрации данных, математической обработки данных, документирования и архивирования событий. Локальные АРМ предназначены для визуализации оперативной и архивной информации с серверов ОБД и АБД и оперативно-диспетчерского влияния на объекты управления.

Станция инжиниринга – для осуществления пуско-наладочных и сервисных работ по обслуживанию устройств всех уровней - для инженеров и специалистов.

COM – серверы предназначенные для связи и передачи данных внешним (региональным, корпоративным) АСУ.

На верхнем уровне – АРМ-клиенты – операторские станции диспетчеров и табло коллективного пользования для главных специалистов. Сервер «Web-console» - предназначен для взаимодействия «Текрона» с системами EPR, MES.

Сервер точного времени – для поддержания и коррекции единого астрономического времени на всех уровнях системы. Сигнал точного времени получается со спутника по GPS-приёмнику.

Функциональные возможности системы «Круг-2000»:

1)Контроль и измерение, в том числе телеизмерение и телесигнализация технологических параметров;

2)Автоматическое регулирование;

3)Технологические защиты и технологические блокировки;

4)Регистрация аварийных ситуаций;

5)Логическое управление;

6)Визуализация информации (экраны операторских станций, тренды, теги);

7)Архивирование данных;

8)Резервирование станций операторов, серверов, сетей, ПЛК;

9)Связь с устройствами «третьих» фирм (программные драйверы);

10)Связь с системами управления предприятием (MES, ERP);

11)Диагностика;

12)Синхронизация системного времени;

13)Поддержка OPC-технологии;

Если число контролируемых параметров до тысячи, то SCADA-пакет «Круг-2000» может быть реализован на одной ПЭВМ типа IBM PC, с установленной на нём ОС Windows XP и требующей:

- наличие не менее 512 Мб оперативной памяти,

- не менее 3 Гб дискового пространства,

- видеокарта и монитор, поддерживающие разрешение от 1024x1280,

- наличие сети для связи с контроллером, IP-адрес (172.16.64.xx),

- звуковую карту и динамики для подачи звуковых сигналов при тревогах,

- оптический привод для установки ПО.

Общие технические характеристики системы «Круг-2000»:

1)Общее количество аналоговых и дискретных измерительных управляющих каналов – до тридцати тысяч;

2)Период обновления информации на верхнем уровне – от одной секунды;

3)Периодичность опроса дискретных сигналов – 10мс÷50 мс;

4)Периодичность опроса аналоговых сигналов – 20мс÷200 мс;

5)Время выдачи управляющего воздействия по каналам технологических защит после обнаружения аварийных ситуаций – не более 0,1÷0,2 секунды;

6)Время прохождения команды от момента нажатия оператором-технологом кнопки блока управления до появления на выходных цепях системы – не более одной секунды.

7)Количество трендов - до 50000;

8)Дискретность записи в тренды - от одной секунды и выше;

9)Количество дискретных точек в трендах («глубина» трендов):

- оперативных - до 100000;

- архивных - ограничено только емкостью дискового накопителя;

10)Количество регистрируемых событий (сообщений):

- оперативных - до 21000 за сутки;

- архивных - ограничено только емкостью дискового накопителя;

11)Дискретность регистрируемых событий – от 10 мс.

Современные требования, предъявляемые к качеству выпускаемой продукции, к актуальности и достоверности информации на предприятиях, особо остро ставят задачи построения высокопроизводительных, надежных и безопасных систем мониторинга, управления и сбора данных (Supervisory, Control And Data Acquisition). Именно поэтому естественным является динамичное и интенсивное развитие SCADA «КРУГ-2000». Очередной важный этап развития – версия 3.0, в которой реализовано много принципиально новых, полезных и интересных возможностей, главные из них следующие:

· Межсерверный обмен и многосерверный доступ;

· Новая система событий;

· Новая интегрированная среда разработки программ Пользователя;

· Встроенный ОРС-клиент;

· Новая диагностика процессов SCADA «КРУГ-2000»;

· Функции коммерческого учета теплоресурсов, природного газа и его компонентов в среде исполнения SCADA «КРУГ-2000».

В SCADA «КРУГ-2000» версии 3.0 реализованы гибкие средства межкомпонентного, внутрисистемного взаимодействия, которые позволяют строить системы контроля и управления с ещё более сложными архитектурой и функционалом.

Межсерверный обмен предназначен для прямого обмена информацией между серверами различных АСУ ТП на базе SCADA «КРУГ-2000» версии 3.0. Обмен производится паспортами выбранных переменных и связанными с ними событиями.

Обмен данными между различными АСУ ТП можно организовать в виде графа произвольной сложности, отображающего связи между серверами АСУ ТП (рис. 57). Возможно, например, на одном рабочем месте организовывать мониторинг технологических процессов нескольких АСУ ТП. Для этого достаточно создать на этом рабочем месте базу данных, состоящую исключительно из каналов связи с переменными, получаемыми с других АСУ ТП.

Межсерверный обмен поддерживает резервирование серверов как на АСУ ТП источнике данных (серверная АСУ ТП), так и на АСУ ТП приемнике данных (клиентская АСУ ТП). Для этого используется новый протокол обмена «Сервер БД», поддерживающий резервирование каналов связи «Сервер БД». Серверы АСУ ТП могут быть одновременно источниками и приемниками данных как для двух АСУ ТП, так и для другого произвольного количества систем.

Рис. 57 – Архитектура межсерверного обмена Многосерверный доступ – это возможность легкого переключения доступа клиентских станций к нескольким Серверам базы данных через интерфейс Пользователя. В версии 3.0 клиентские приложения получили новые возможности по управлению и диагностике нескольких Серверов базы данных:   · Отображение обобщенной звуковой сигнализации с заданных Серверов БД; · Смена графического проекта и подключение клиента к другому Серверу БД по команде из графического интерфейса.   Эти возможности настраиваются в Менеджере задач «КРУГ-2000» в свойствах проекта. Теперь для каждого проекта можно задавать несколько Конфигураций подключения к Серверу базы данных, в которых указываются имена графических проектов, адреса Серверов баз данных, настройки звуковой сигнализации и резервирование клиентов (рис. 58). Во время запуска проекта Менеджер задач загружает заданные графические проекты и регистрирует их на соответствующих серверах. Затем, через определенные промежутки времени, менеджер задач считывает сигнализацию с серверов, рассчитывает и, при необходимости, формирует звуковую сигнализацию. Имеется возможность временного отключения некоторой конфигурации проекта, определения порядка запуска и основной конфигурации.       Рис. 58 Настройка подключения клиентов к серверам Новая система событий создана для организации более гибкого и эффективного отслеживания реакций системы на возникающие события в контролируемом объекте. Система событий предоставляет Пользователю огромные возможности по выборкам (фильтрам) самых разнообразных видов и категорий событий, начиная от комбинаций символов в позиции переменной (поддержка систем классификации типа AKS, KKS и любых других), выборкой событий по одному агрегату или устройству и заканчивая всеми событиями для одной переменной. В версии 3.0 введено чёткое разграничение событий и формируемых на их основе сообщений. Если в версии 2.5 событию соответствовало одно сообщение, то в версии 3.0 сообщение может быть сформировано из нескольких событий. Статус (Авария, Предупреждение, Норма) всего сообщения рассчитывается на основе алгоритмов, определяемых Пользователем. Таким образом, появилась возможность повысить наглядность и информативность системы сообщений путём объединения событий, относящихся к одной технологической переменной, в одно сообщение. Также существует среда разработки программ пользователя. Существенные улучшения реализованы в интегрированной среде разработки программ Пользователя – ИСР КРУГОЛ™. Новая версия интегрированной среды (ИСР КРУГОЛ™ версия 2.0) отвечает современным требованиям к разработке технологических программ (IEC 61131-3) и объединяет в своем составе компоненты разработки на языках структурированного текста (СТ) и функциональных блочных диаграмм (ФБД). Главные принципы среды разработки КРУГОЛ:   · Один проект и для станции оператора и для контроллера; · Один проект – много платформ (Windows, Linux, QNX). Новое в ИСР КРУГОЛ: · В одну среду разработки объединены средства для программирования на языках ФБД и СТ · Программы КРУГОЛ могут использовать общие исходные тексты СТ и схемы ФБД как в одном проекте, так и в одной программе · Отладка программ, как для станций верхнего уровня, так и для контроллеров в одной среде · Значительно расширены функциональные возможности ФБД, в частности добавлены удобные блоки условия и цикла · Общее количество функций в библиотеках составляет более 200 · Новый компонент «Библиотекарь КРУГОЛ» (рис. 59) – это возможность легко включать функции Пользователя (языки C/C++/Delphi/…) в библиотеку функций КРУГОЛ для их выполнения на различных платформах (Windows, Linux, QNX) · Значительно усовершенствован интерфейс Среды разработки и добавлено много полезных сервисов · Ядро КРУГОЛ новой версии обеспечивает ускорение выполнения программ КРУГОЛ в среднем в 7-8 раз.     Рис. 59 – Библиотекарь программ КРУГОЛ Универсализация доступа к различным источникам данных путём использования OPC-технологий – отличительная черта SCADA «КРУГ-2000». Чтобы упростить передачу данных, исключая промежуточное звено (Сервер ввода-вывода в версии 2.х), и сделать связь системы с ОРС-серверами более прозрачной и понятной для Пользователей, в версии 3.0 произведена тесная интеграция OPC-клиента с Сервером базы данных. Теперь настройку OPC-клиента можно просто осуществлять в стандартных диалогах Генератора базы данных. Для подключения ОРС-серверов введен новый тип абонента - «ОРС-сервер». Это сделано для того, чтобы можно было обозначить источник данных (компьютер), на котором, возможно, не установлена никакая часть SCADA «КРУГ-2000». Абонент «ОРС-сервер» имеет общие свойства, присущие всем абонентам системы. Однако абонентом, содержащим OPC-сервер, может быть абонент любого типа. Настройка ОРС-клиента происходит в несколько этапов:   · Определение и добавление абонентов в систему (если необходимо). · Создание каналов данных (по числу опрашиваемых ОРС-серверов). · Указание соответствий между тегами или атрибутами тегов каждого ОРС-сервера и атрибутами переменных оперативной БД.   Привязка ОРС тэгов к переменным базы данных является максимально открытой для Пользователя и позволяет связать любой атрибут тега с любым атрибутом в паспорте любой переменной БД (рис 60).       Рис. 60 Привязка OPC-тегов к переменным базы данных В версии 3.0 модернизирована диагностика процессов, запускаемых Менеджером задач SCADA «КРУГ-2000». Такие процессы (а это основные исполняемые программные модули SCADA-системы – Сервер БД, Графический интерфейс и др.) в версии 3.0 могут предоставлять Менеджеру задач ряд специальных диагностических параметров, описывающих состояние процесса (размер занимаемой памяти, кол-во GDI-ресурсов, процент загрузки процессора и т.д.), и допустимые границы изменения этих параметров. При выходе диагностического параметра процесса за граничные значения Менеджер задач осуществляет перезапуск процесса. Всё это делает работу «КРУГ-2000» ещё более надёжной. Функции коммерческого учета теплоресурсов, природного газа и его компонентов реализованы и в Среде исполнения (run-time) SCADA «КРУГ-2000» (в предыдущих версиях эти функции были доступны только в системе реального времени контроллера). Поддерживаются все функции учета тепловой энергии и функции расхода газа из библиотеки функций КРУГОЛ™. Упаковка дискретных переменных – это ещё один (экономичный) способ передачи/получения значений большого количества дискретных переменных при обмене между контроллером и Сервером БД SCADA «КРУГ-2000». При этом производится сокращение числа передаваемых пакетов и, соответственно, уменьшение объёма передаваемой информации. Так, например, при организации группы из 8000 дискретных переменных выигрыш по количеству передаваемых пакетов составит 40 раз, а, соответственно цикл обмена переменных «контроллер – сервер БД» существенно уменьшается. Для «упаковки» создаются группы дискретных переменных, которые принадлежат одному каналу (ненулевому) и имеют один тип: входные или выходные. Тип канала, для которого будет работать упаковка, может быть «РС-контроллер» или «PC-контроллер (дублируемый процессор)».