Софтуер за системи за управление, диспечиране и системи за управление на процеси. Хардуерен и софтуерен комплекс за надзорен контрол Хардуерен софтуер на средствата на системата за надзорен контрол

Класификация на софтуера за АСУТП.Както вече споменахме, две нива са ясно видими в типичната архитектура на SCADA система:

· ниво на локален контролер , взаимодействащи с обекта на управление чрез сензори и изпълнителни механизми;

· ниво на оперативно управление технологичен процес, чиито основни компоненти са сървъри, работни станции на оператори/диспечери, работни станции на специалисти.

Всяко от тези нива работи под контрола на специализиран софтуер (SW). Разработването на този софтуер или неговият избор от софтуерните инструменти, предлагани в момента на пазара, зависи от много фактори, преди всичко от задачите, които се решават на определено ниво. Разграничете основени приложено софтуер(вижте фигура 5.1).

Фигура 5.2 - Класификация на софтуерните инструменти на системата за управление.

ОсновенСофтуерът включва различни компоненти, но основният е операционната система (ОС) на софтуера и хардуера на АСУ ТП. Всяко ниво на системата за управление на процесите е представено от „собствен“ софтуер и хардуер: на по-ниското ниво говорим за контролери, докато основният технически инструмент на горното ниво е компютър. В съответствие с това в кръга на специалистите се появи следната класификация: вградении работен плотсофтуер.

Очевидно изискванията за вградения и настолния софтуер са различни. Контролерът в системата за управление, заедно с функциите за събиране на информация, решава проблемите на автоматичното непрекъснато или логическо управление. В тази връзка се подчинява на строги изисквания за времето на реакция на състоянието на обекта и издаване на управляващи въздействия върху изпълнителните механизми. Контролерът трябва гарантиранореагира на промени в състоянието на обекта даденовреме.

Избор на операционна система на софтуер и хардуер Най-високо нивоСистемата за контрол на процеса се определя от задачата на приложението (публична операционна система или RTOS). Но най-популярните и широко разпространени са различни версии на Windows OS. Те са оборудвани с софтуер и хардуер от най-високо ниво за системи за управление на процеси, представени от персонални компютри (PC) с различни мощности и конфигурации - работни станции на оператори/диспечери и специалисти, сървъри за бази данни (DB) и др.

Тази ситуация възникна в резултат на редица причини и тенденции в развитието на съвременните информационни и микропроцесорни технологии.

Ето някои от основните аргументи в полза на Windows:

· Windows е много разпространена в света, включително в Казахстан, и затова е лесно да се намери специалист, който да придружава системи, базирани на тази ОС;

Тази операционна система има много приложения, които предоставят решения на различни проблеми с обработката и представянето на информация;

· OS Windows и Windows-приложенията са лесни за научаване и имат типичен интуитивен интерфейс;

Базираните на Windows приложения поддържат обществени стандарти за обмен на данни.

· Windows базираните системи са лесни за работа и разработване, което ги прави икономични както по отношение на поддръжка, така и постепенен растеж;

· Microsoft развива информационни технологии (ИТ) за Windows с бързи темпове, което позволява на компаниите, използващи тази платформа, да са „в крак с времето“.

Трябва също така да се има предвид, че неразделна част от горното ниво на АСУ ТП е човек, чието време за реакция на събития е недетерминирано и често доста дълго. А самият проблем в реално време на най-високо ниво не е толкова актуален.

За работата на системата за управление е необходим и още един вид софтуер - приложен софтуер(PPO). Има два начина за разработване на приложен софтуер за системи за управление:

създаване на собствен приложен софтуер с помощта на традиционни инструменти за програмиране ( стандартни езициинструменти за програмиране, отстраняване на грешки и др.);

Използване на съществуващи (готови) инструменти за разработка на приложен софтуер.

· Софтуер от най-високо ниво за системи за управление на процеси (SCADA-пакети) са предназначени за създаване на приложен софтуер за мониторинг и контролни панели, внедрени на различни компютърни платформи и специализирани работни станции. SCADA - пакетите позволяват, с минимален дял на програмиране в прости езикови инструменти, да се разработи многофункционален интерфейс, който предоставя на оператора / диспечера не само пълна информация за технологичен процесно и способността да го управлявате.

В своето развитие SCADA пакетите са изминали същия път като софтуера за програмиране на контролери. В началния етап (80-те) разработчиците на хардуер създават свои собствени (затворени) SCADA системи, които могат да взаимодействат само с „техния“ хардуер. От 90-те години се появяват универсални (отворени) SCADA програми.

Концепцията за отвореност е фундаментална, когато става дума за софтуер и хардуер за изграждане на многостепенни системи за автоматизация. Това ще бъде разгледано по-подробно по-долу.

Сега на руски пазарима няколко десетки отворени SCADA пакети с почти същата функционалност. Но това изобщо не означава, че някоя от тях със същите усилия (временни и финансови) може успешно да се адаптира към една или друга система за управление, особено когато става въпрос за нейната модернизация. Всеки SCADA пакет е уникален по свой собствен начин и изборът му за конкретна система за автоматизация, обсъждан на страниците на специални периодични издания през последните десет години, все още е актуален.

По-долу е даден списък на най-популярните SCADA пакети в Русия и Казахстан.

· Trace Mode/Trace Mode (AdAstrA) – Русия;

· InTouch (Wonderware) – САЩ;

· FIX (Intellution) – САЩ;

· Genesis (Iconics Co) – САЩ;

· Factory Link (United States Data Co) – САЩ;

· RealFlex (BJ Software Systems) – САЩ;

· Sitex (Jade Software) – Великобритания;

· Citect (CI Technology) – Австралия;

· WinCC (Siemens) – Германия;

· RTWin (SWD Real Time Systems) – Русия;

· SARGON (NVT - Automation) - Русия;

· MIK$Sys (MEPhI) - Русия;

· Cimplicity (GE Fanuc) – САЩ;

· RSView (Rockwell Automation) – САЩ и много други.

Редът, в който пакетите са представени в списъка по-горе, е доста случаен. Констатира се само самият факт за съществуването на тази или онази система. Предлага се да се изхожда от предпоставката, че SCADA пакет съществува, ако поне няколко десетки проекта вече са изпълнени с него. Втората предпоставка е, че няма абсолютно най-добра SCADA система за всички приложения. SCADA е просто удобен инструментв ръцете на разработчика, а адаптирането му към определена система за автоматизация е въпрос на квалификация и опит.

Основни функции на SCADA системите.Тип софтуер SCADAпредназначени за развитие и експлоатация автоматизирани системиконтрол на процеса. Резонно е да се зададе въпросът кое е първо - разработката или експлоатацията? И отговорът в този случай е недвусмислен - основното е ефективен интерфейс човек-машина (HMI), ориентиран към потребителя, т.е. към оперативния персонал, чиято роля в управлението е определяща. SCADA е нов подход към проблемите на човешкия фактор в системите за управление (отгоре надолу), като се фокусира основно върху човека (оператор/диспечер), неговите задачи и функциите, които изпълнява.

Този подход позволи да се сведе до минимум участието на операторите/диспечерите в управлението на процеса, но им остави правото да вземат решения в специални ситуации.

И какво даде системата SCADA на разработчиците? С появата на SCADA те получиха ефективен инструмент за проектиране на системи за управление, чиито предимства включват:

· висока степен на автоматизация на процеса на разработване на система за управление;

участие в разработването на специалисти в областта на автоматизираните процеси (програмиране без програмиране);

· Реално намаляване на времето и, следователно, финансовите разходи за разработване на системи за контрол.

Преди да говорим за функционалността на софтуера SCADA, се предлага да разгледаме функционалните отговорности на самите оператори / диспечери. Какви са тези отговорности? Веднага трябва да се отбележи, че функционалните отговорности на операторите / диспечерите на конкретни технологични процеси и отрасли могат да бъдат значително различни, а самите понятия „оператор“ и „диспечер“ далеч не са еквивалентни. Въпреки това сред разнообразието от тези задължения се оказа възможно да се намерят общи, присъщи на тази категория работници:

· регистриране на стойностите на основните технологични и самоподдържащи се параметри;

· анализ на получените данни и съпоставката им със сменно-дневните задачи и графици;

отчитане и регистриране на причините за нарушения на технологичния процес;

Водене на дневници, съставяне на оперативни отчети, отчети и други документи;

Предоставяне на данни за хода на технологичния процес и състоянието на оборудването на висшестоящите служби и др.

Преди това в контролната зала (контролната зала) имаше контролен панел (следователно - разпределително табло). За инсталации и технологични процеси с няколкостотин контролни и регулиращи параметри дължината на щита може да достигне няколко десетки метра, а броят на устройствата върху тях се измерва с много десетки, а понякога и стотици. Сред тези устройства имаше както показване (скала и показалец), така и самозаписване (освен скалата и показалеца имаше и диаграмна хартия с химикал) и сигнализация. В определено време операторът, заобикаляйки щита, записва показанията на инструментите в дневник. Така се реши проблемът събиране и регистрацияинформация.

Устройствата, обслужващи регулируемите параметри, имаха устройства за задаване на задание на контролера и за превключване от автоматично управление към ръчно (дистанционно) управление. Тук, до устройствата, имаше множество бутони, превключватели и превключватели за включване и изключване на различни технологични съоръжения. Така задачите бяха решени дистанционнотехнологични параметри и оборудване.

Над контролния панел (обикновено на стената) имаше мнемонична схема на технологичния процес с изобразени върху него технологични устройства, материални потоци и множество сигнални лампи със зелен, жълт и червен (авариен) цвят. Тези лампи започнаха да мигат при възникване на необичайна ситуация. В особено опасни ситуации беше възможно да се приложи звуков сигнал(сирена) за бързо предупреждаване на целия оперативен персонал. Ето как задачите са свързани с сигнализациянарушения на технологичните правила (отклонения на текущите стойности на технологичните параметри от зададените, повреда на оборудването).

С появата на компютри в операторската / контролната зала беше естествено да се прехвърлят някои от функциите, свързани със събиране, регистриране, обработка и показване на информация, идентифициране на аварийни (аварийни) ситуации, поддържане на документация, отчети, за прехвърляне към компютри. Още в дните на първите управляващи компютри с монохромни буквено-цифрови дисплеи, ентусиазираните разработчици вече създадоха "псевдографични" изображения на тези дисплеи - прототипът модерна графика. Още тогава системите осигуряват събиране, обработка, показване на информация, въвеждане на команди и данни от оператора, архивиране и логване на процеса.

Бих искал да отбележа, че с появата на модерен софтуер и хардуер за автоматизация работните станции на оператора / диспечера, работещи на базата на софтуер SCADA, контролни панели и стенни имитационни диаграми не са потънали в забрава. Там, където е продиктувано от целесъобразност, таблата и контролните панели остават, но стават по-компактни.

Появата на UVM, а след това и на персоналните компютри, включи програмистите в процеса на създаване на операторски интерфейс. Те са добри в компютрите, езиците за програмиране и могат да пишат сложни програми. За да направи това, програмистът се нуждае само от алгоритъм (формализирана схема за решаване на проблем). Но проблемът е, че програмистът, като правило, не притежава технологията, не „разбира“ технологичния процес. Следователно, за да се разработят алгоритми, беше необходимо да се включат технолози, например инженери по автоматизация.

Изходът от тази ситуация беше намерен в създаването на методи за „програмиране без истинско програмиране“, които са разбираеми не само за програмист, но и за инженер-технолог. В резултат на това се появиха софтуерни пакети за създаване на интерфейс човек-машина (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI). В чужбина този софтуер се нарича SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - надзорен / диспечерски контрол и събиране на данни), тъй като е предназначен за разработване и функционална поддръжка на работни станции на оператор / диспечер в системи за управление на процеси. И в средата на 90-те години съкращението SCADA (SCADA) уверено се появи в лексикона на руските специалисти по автоматизация.

Оказа се, че повечето от задачите, пред които са изправени създателите на софтуер от най-високо ниво за системи за управление на процеси в различни индустрии, са доста лесни за унифициране, тъй като функциите на оператора / диспечера на почти всяко производство са доста унифицирани и лесни за формализиране.

По този начин основният набор от функции на SCADA системите е предопределен от ролята на този софтуер в системите за управление (HMI) и е внедрен в почти всички пакети. То:

събиране на информация от устройства от по-ниско ниво (сензори, контролери);

Приемане и предаване на операторски/диспечерски команди към контролери и изпълнителни механизми (дистанционно управление на обекти);

Мрежово взаимодействие с информационната система на предприятието (с висши услуги);

· изобразяване на параметрите на технологичния процес и състоянието на оборудването с помощта на мнемонични диаграми, таблици, графики и др. във форма, която е лесна за разбиране;

· уведомяване на оперативния персонал за аварии и събития, свързани с контролирания технологичен процес и работата на хардуера и софтуера на АСУ ТП с регистриране на действията на персонала при аварийни ситуации.

съхраняване на получената информация в архиви;

Представяне на текущи и натрупани (архивни) данни под формата на графики (тенденции);

вторична обработка на информация;

Формиране на резюмета и други отчетни документи според шаблоните, създадени на етапа на проектиране.

Има няколко основни изисквания за интерфейс, създаден на базата на SCADA софтуер:

Да е интуитивно и удобно за оператора/диспечера;

· единична операторска грешка не трябва да предизвиква издаване на фалшива команда за управление към обекта.

Контролен контрол и събиране на данни (SCADA Supervisory Control And Data Acquisition) е основният и в момента остава най-обещаващият метод за автоматизирано управление на сложни динамични системи (процеси) в области, жизненоважни и критични по отношение на безопасността и надеждността. Именно на принципите на диспечерския контрол се изграждат големи автоматизирани системи в промишлеността и енергетиката, в транспорта, в космическата и военната област, в различни държавни агенции.

През последните 10-15 години в чужбина рязко се увеличи интересът към проблемите на изграждането на високоефективни и високонадеждни системи за диспечерски контрол и събиране на данни. От една страна, това се дължи на значителния напредък в областта на компютърните технологии, софтуера и телекомуникациите, което увеличава възможностите и разширява обхвата на автоматизираните системи. От друга страна, развитието на информационните технологии, повишаването на степента на автоматизация и преразпределението на функциите между човека и оборудването изостриха проблема за взаимодействието между човека оператор и системата за управление. Разследване и анализ на повечето произшествия и инциденти в авиацията, сухопътния и водния транспорт, промишлеността и енергетиката, някои от които доведоха до катастрофални последици, показаха, че ако през 60-те човешката грешка е била първоначалната причина само за 20% от инцидентите (80%, съответно за технологични неизправности и повреди), след това през 90-те години делът на човешкия фактор се увеличи до 80%, а поради постоянното усъвършенстване на технологиите и повишаването на надеждността на електронното оборудване и машини този дял може да се увеличи.

Основната причина за тези тенденции е старият традиционен подход за изграждане на сложни автоматизирани системи за управление, който често се използва в момента: фокусиране предимно върху използването на най-новите технически (технологични) постижения, желанието за повишаване на степента на автоматизация и функционалностсистеми и същевременно подценяване на необходимостта от изграждане на ефективен интерфейс човек-машина (HMI Human-Machine Interface), т.е. интерфейс, ориентиран към потребителя (оператора). Неслучайно за последните 15 години, т.е. Периодът на появата на мощни, компактни и евтини изчислителни инструменти бележи върха на изследванията в Съединените щати по проблемите на човешкия фактор в системите за управление, включително оптимизиране на архитектурата и HMI интерфейса на системите за управление и събиране на данни.

Проучването на материали по проблемите на изграждането на ефективни и надеждни системи за диспечерски контрол показа необходимостта от нов подход при разработването на такива системи: дизайн, ориентиран към човека (или отгоре надолу, отгоре надолу), т.е. фокусиране предимно върху човека-оператор (диспечер) и неговите задачи, вместо традиционния и широко използван хардуерно-центриран (или отдолу-нагоре, отдолу-нагоре), при който при изграждането на системата основното внимание се обръща на подбора и разработване на технически средства (оборудване и софтуер). Прилагането на новия подход в реални космически и авиационни разработки и сравнителни тестове на системи в Националната аеронавтика и космическа администрация (НАСА), САЩ, потвърдиха неговата ефективност, позволявайки да се увеличи производителността на оператора, да се намалят процедурните грешки с порядък и да се намали критични (некоригируеми) грешки до нула.операторски грешки.

Дефиниция и обща структура на SCADA

SCADA е процес на събиране на информация в реално време от отдалечени точки (обекти) за обработка, анализ и възможно управление на отдалечени обекти. Изискването за обработка в реално време се дължи на необходимостта от доставяне (издаване) на всички необходими събития (съобщения) и данни към централния интерфейс на оператора (диспечера). В същото време концепцията за реално време е различна за различните SCADA системи.

Прототипът на съвременните SCADA системи в ранните етапи на развитие на автоматизираните системи за управление бяха системите за телеметрия и сигнализация.

Всички съвременни SCADA системи включват три основни структурни компонента:

Дистанционно терминално устройство (RTU)отдалечен терминал, който обработва задачата (контрола) в реално време. Обхватът на неговите изпълнения е широк от примитивни сензори, които събират информация от обект до специализирани многопроцесорни изчислителни системи, устойчиви на грешки, които обработват информация и управляват в реално време. Конкретното му изпълнение се определя от конкретното приложение. Използването на устройства за обработка на информация на ниско ниво позволява да се намалят изискванията за честотна лента за комуникационни канали с централната контролна зала.

Главен терминален модул (MTU), Главна станция (MS)контролна зала (главен терминал); извършва обработка и управление на данни високо ниво, обикновено в меко (квази-) реално време; една от основните функции е да осигури интерфейс между човешкия оператор и системата (HMI, MMI). В зависимост от конкретната система, MTU може да бъде реализиран по голямо разнообразие от начини от един компютър с допълнителни устройства за свързване към комуникационни канали до големи изчислителни системи (мейнфрейми) и/или комбинирани в локална мрежаработни станции и сървъри. По правило при изграждането на MTU се използват различни методи за подобряване на надеждността и сигурността на системата.

Комуникационна система (CS)необходима е комуникационна система (комуникационни канали) за прехвърляне на данни от отдалечени точки (обекти, терминали) към централния интерфейс на оператор-диспечер и предаване на контролни сигнали към RTU (или отдалечен обект, в зависимост от конкретната версия на системата).

Функционална структура на SCADA

Има два вида управление на отдалечени обекти в SCADA:

автоматичен,
инициирана от системния оператор.

Има четири основни функционални компонента на системите за надзорен контрол и събиране на данни:

човешки оператор,
компютър за човешко взаимодействие,
взаимодействие на компютъра със задачата (обекта),
задача (контролен обект).

Функции на човека операторв системата за надзорен контрол, като набор от вложени цикли, в които операторът:

планира какви следващи стъпки трябва да бъдат предприети;
обучава (програмира) компютърна система за последващи действия;
следи резултатите от (полу)автоматична работа на системата;
намесва се в процеса в случай на критични събития, когато автоматизацията не може да се справи, или ако е необходимо, настройка (настройка) на параметрите на процеса;
учене на работното място (натрупване на опит).

Това представяне на SCADA беше основата за разработването на съвременни методологии за изграждане на ефективни диспечерски системи.

Характеристики на SCADA като процес на управление

Характеристики на контролния процес в съвременните диспечерски системи:

процесът SCADA се използва в системи, в които присъствието на човек (оператор, диспечер) е задължително;
процесът SCADA е разработен за системи, в които всяко неправилно действие може да доведе до повреда (загуба) на обекта на управление или дори катастрофални последици;
операторът обикновено носи цялостна отговорност за контрола на системата, която при нормални условия само от време на време изисква настройка на параметрите за постигане на оптимална производителност;
активното участие на оператора в процеса на управление се случва рядко и в непредсказуеми моменти, обикновено в случай на критични събития (повреди, аварийни ситуации и др.);
действията на оператора в критични ситуации могат да бъдат строго ограничени във времето (няколко минути или дори секунди).

Основни изисквания към системите за диспечерско управление

Към SCADA системите се налагат следните основни изисквания:

надеждност на системата (технологична и функционална);
сигурност на управлението;
точност на обработката и представянето на данните;
лекота на разширяване на системата.

Изискванията за сигурност и надеждност на управлението в SCADA включват следното:

никоя повреда на отделно оборудване не трябва да предизвиква подаване на грешно изходно действие (команда) към контролния обект;
никоя грешка на единичен оператор не трябва да причинява издаване на грешно изходно действие (команда) на контролния обект;
всички контролни операции трябва да бъдат интуитивни и удобни за оператора (диспечер).

Области на приложение на SCADA системите

Основните области на приложение на системите за диспечерски контрол (според чужди източници) са:

управление на пренос и разпределение на електроенергия;
индустриално производство;
производство на електроенергия;
водовземане, пречистване и разпределение;
добив, транспорт и дистрибуция на нефт и газ;
управление на космически обекти;
управление на транспорта (всички видове транспорт: въздушен, метро, железопътен, автомобилен, воден);
телекомуникации;
военен район.

Понастоящем в развитите чужди страни се наблюдава реален ръст във въвеждането на нови и модернизацията на съществуващи автоматизирани системи за управление в различни сектори на икономиката; в по-голямата част от случаите тези системи се основават на принципа на надзорен контрол и събиране на данни. Характерно е, че в индустриалния сектор (в преработващата и добивната промишленост, енергетиката и др.) най-често се споменава модернизацията на съществуващи производствени мощности с ново поколение SCADA системи. Ефект от внедряването нова системауправлението се изчислява, в зависимост от вида на предприятието, от стотици хиляди до милиони долари годишно; например за една средна топлоцентрала според експерти е от 200 000 до 400 000 долара. Обръща се голямо внимание на модернизацията на отраслите, които представляват опасност за околната среда околен свят(химически и ядрени предприятия), както и тези, които играят ключова роля в поддържането на живота на населените места (водоснабдяване, канализация и др.). От началото на 90-те години в САЩ започват интензивни изследвания и разработки в областта на създаването на автоматизирани системи за управление на наземен (пътен) транспорт ATMS (Advanced Traffic Management System).

Тенденции в развитието на техническите средства на системите за диспечерски контрол

Общи тенденции

Напредъкът в областта на информационните технологии доведе до развитието на всичките 3 основни структурни компонента на системите за контрол и събиране на данни RTU, MTU, CS, което значително увеличи техните възможности; По този начин броят на контролираните отдалечени точки в една съвременна SCADA система може да достигне 100 000.
Основната тенденция в развитието на техническите средства (хардуер и софтуер) SCADA миграция към напълно отворени системи. Отворената архитектура ви позволява независимо да избирате различни системни компоненти от различни производители; в резултат на това повишена функционалност, по-лесна поддръжка и намалена цена на SCADA системите.

Отдалечени терминали (RTU)

Основната тенденция в развитието на отдалечените терминали е увеличаване на скоростта на обработка и увеличаване на техните интелектуални възможности. Съвременните терминали са изградени на базата на микропроцесорна технология, работят под управлението на операционни системи в реално време, ако е необходимо, са свързани към мрежа, директно или чрез мрежа взаимодействат с интелигентни електронни сензори на обекта на управление и компютри от по-високо ниво .
Конкретното изпълнение на RTU зависи от приложението. Това могат да бъдат специализирани (бордови) компютри, включително многопроцесорни системи, конвенционални микрокомпютри или персонални компютри (PC); за промишлени и транспортни системи има две конкуриращи се посоки в RTU технологията - индустриални (промишлени) персонални компютри и програмируеми логически контролери (в руски превод често се среща терминът индустриални контролери) PLC.

Индустриални компютриса, като правило, софтуер, съвместим с конвенционалните търговски PC машини, но адаптирани за тежки условия на работа буквално за инсталиране в производство, в цехове, газокомпресорни станции и др. Адаптацията не се ограничава до дизайн, но също и за архитектурата и електрическата верига, тъй като промените в температурата на околната среда водят до отклонение на електрическите параметри. Като интерфейсни устройства с обекта на управление тези системи са завършени допълнителни такси(адаптери) разширения, от които има голямо разнообразие на пазара от различни производители (както и самите доставчици на индустриални компютри). Windows NT все повече се използва като операционна система в индустриални компютри, които действат като отдалечени терминали, включително различни разширения в реално време, специално разработени за тази операционна система (вижте по-долу за повече подробности).

Индустриални контролери (PLC)са специализирани изчислителни устройства, предназначени за управление на процеси (обекти) в реално време. Индустриалните контролери имат изчислително ядро и входно-изходни модули, които получават информация (сигнали) от сензори, превключватели, преобразуватели, други устройства и контролери и управляват процеса или обекта чрез подаване на управляващи сигнали към задвижвания, клапани, превключватели и други изпълнителни механизми. Съвременните PLC често са свързани в мрежа (RS-485, Ethernet, различни видове индустриални шини) и софтуер, разработени за тях, позволяват в удобен за оператора вид да бъдат програмирани и управлявани чрез компютър, разположен на горно ниво на SCADA системата на диспечерската диспечерска зала (MTU). Проучването на пазара на PLC показа, че контролерите на Siemens, Fanuc Automation (General Electric), Allen-Bradley (Rockwell), Mitsubishi имат най-модерната архитектура, софтуер и функционалност. Интерес представлява и производството на УПРАВЛЯВАЩИ МИКРОСИСТЕМИ, индустриални контролери за системи за мониторинг и управление на нефтени и газови находища, тръбопроводи, електрически подстанции, градско водоснабдяване, пречистване на отпадъчни води и контрол на замърсяването на околната среда.

Много материали и изследвания по индустриална автоматизация са посветени на конкуренцията между двете направления PC и PLC; всеки от авторите дава голям брой аргументи за и против във всяка посока. Основната тенденция обаче може да бъде идентифицирана: когато се изисква повишена надеждност и твърд контрол в реално време, се използват PLC. На първо място, това се отнася за приложения в системи за поддържане на живота (например водоснабдяване, електроснабдяване), транспортни системи, енергийни и промишлени предприятия, които представляват повишена опасност за околната среда. Примерите включват използването на фамилията Simatic PLC (Siemens) при управление на електрозахранването на монорелса в Германия или използването на контролери Allen-Bradley (Rockwell) за надграждане на остаряла аварийна система за контрол на вентилация и климатизация в Plutonium Plant 4 на Лос Аламос. PLC хардуерът ви позволява ефективно да изграждате устойчиви на грешки системи за критични приложения, базирани на множествено резервиране. Индустриалните компютри се използват главно в по-малко критични области (например в автомобилната индустрия, модернизацията на производството от General Motors), въпреки че има примери за по-критични приложения (метрото във Варшава, контрол на движението на влаковете). Според експерти изграждането на системи, базирани на PLC, обикновено е по-евтин вариант в сравнение с индустриалните компютри.

Комуникационни канали (CS)

Комуникационните канали за съвременните диспечерски системи са много разнообразни; избор конкретно решениезависи от архитектурата на системата, разстоянието между контролната зала (MTU) и RTU, броя на контролираните точки, изискванията за честотна лента и надеждност на канала, наличието на налични търговски комуникационни линии.

Тенденцията за развитие на CS като структурен компонент на SCADA системите може да се счита за използването не само на голямо разнообразие от специализирани комуникационни канали (ISDN, ATM и др.), но и корпоративни компютърни мрежии специализирани индустриални гуми.

В съвременните промишлени, енергийни и транспортни системи индустриалните автобуси придобиха голяма популярност - специализирани високоскоростни комуникационни канали, които ви позволяват ефективно да решите проблема с надеждността и устойчивостта на шум на връзките на различни йерархични нива на автоматизация. Има три основни категории индустриални шини, които характеризират тяхното предназначение (място в системата) и сложността на предаваната информация: сензор, устройство, поле. Много индустриални гуми покриват две или дори и трите категории.

От цялото разнообразие от индустриални шини, използвани по света (само в Германия има около 70 вида от тях, инсталирани в различни системи), трябва да се открои индустриалната версия на Ethernet и PROFIBUS, най-популярната в момента и, очевидно, най-обещаващ. Използването на специализирани протоколи в индустриалния Ethernet ви позволява да избегнете недетерминизма, присъщ на тази шина (поради метода на достъп на абонатите на CSMA / CD), и в същото време да използвате предимствата му като отворен интерфейс. Шината PROFIBUS в момента е една от най-обещаващите за използване в индустриални и транспортни системи за управление; осигурява високоскоростно (до 12 Mbaud) предаване на данни, устойчиво на шум (кодово разстояние = 4) на разстояние до 90 km. На базата на този автобус например е изградена система за автоматизирано управление на движението на влаковете във варшавското метро.

Контролни стаи (MTU)

Основната тенденция в развитието на MTU (диспечерски контролни стаи) е преходът на повечето разработчици на SCADA системи към клиент-сървърна архитектура, състояща се от 4 функционални компонента.

1. Потребителски (операторски) интерфейс(Интерфейс потребител/оператор) е критичен компонент на SCADA системите. Характеризира се с a) стандартизация на потребителския интерфейс около множество платформи; б) непрекъснато нарастващото влияние на Windows NT; в) използване на стандартен графичен потребителски интерфейс (GUI); г) технологии за обектно-ориентирано програмиране: DDE, OLE, Active X, OPC (OLE за управление на процеси), DCOM; д) стандартни инструменти за разработка на приложения, най-популярните от които, Visual Basicза приложения (VBA), Visual C++; е) появата на търговски версии на софтуер от клас SCADA/MMI за широк спектър от задачи. Независимостта на обекта позволява на потребителския интерфейс да представя виртуални обекти, създадени от други системи. Резултатът е разширяване на възможностите за оптимизиране на HMI интерфейса.

2. управление на данни(управление на данни) преминаване от високоспециализирани бази данни към поддръжка на повечето корпоративни релационни бази данни ( Microsoft SQL, Oracle). Извършват се функции за управление на данни и отчитане стандартни средства SQL, 4GL; тази независимост на данните изолира достъпа до данни и функциите за управление от SCADA цели, което позволява лесно развитие допълнителни приложенияза анализ и управление на данни.

3. Работа в мрежа и услуги(мрежи и услуги) преход към използване на стандартни мрежови технологии и протоколи. Услуги за управление на мрежата, сигурност и контрол на достъпа, наблюдение на транзакции, предаване на поща, сканиране на наличните ресурси (процеси) могат да се извършват независимо от кода целева програма SCADA, разработена от друг доставчик.

4. Услуги в реално време(услуги в реално време) Освобождаването на MTU от натоварването на изброените по-горе компоненти прави възможно концентрирането върху изискванията за производителност за задачи в реално време и квази-реално време. Тези услуги са високоскоростни процесори, които управляват обмена на информация с RTU и SCADA процеси, управляват резидентната част на базата данни, уведомяват за събития, извършват действия за управление на системата, прехвърлят информация за събития към потребителския (операторския) интерфейс.

Операционна система

Въпреки продължаващия дебат сред експертите по системи за управление кое е по-добро UNIX или Windows NT? , пазарът явно избра второто. От решаващо значение за бързото нарастване на популярността на Windows NT беше неговата отворена архитектура и ефективни средстваразработка на приложения, което позволи на много разработчици да създават софтуерни продукти за решаване на широк кръг от проблеми.

Растеж Windows приложения NT в автоматизираните системи за управление до голяма степен се дължи на появата на редица софтуерни продукти, които позволяват да се използва като платформа за създаване на критични приложения в системи в реално време, както и във вградени конфигурации. Най-известните разширения в реално време за Windows NT са продуктите на VenturCom, Nematron, RadiSys.

Решенията на VenturCom се превърнаха в де факто стандарт за изграждане на критични за мисията твърди приложения в реално време на платформата Windows NT. При разработването на интерфейс за приложения в реално време разработчиците на компанията поеха по пътя на модифициране на Windows NT модула на слоя за хардуерна абстракция (HAL Hardware Abstraction Layer), който отговаря за генерирането на системни прекъсвания с висок приоритет, които пречат на задачата на контрол в реално време. Component Integrator на VenturCom е инструмент за ускорено разработване и внедряване на приложения в реално време за Windows NT; идва като интегриран пакет, състоящ се от инструменти за създаване на вградени приложения (ECK Embedded Component Kit) и действителни разширения в реално време (RTX 4.1), които позволяват на приложенията, създадени да работят под Windows NT, да работят в реално време.

RadiSys възприе различен подход към разработването на разширения в реално време: Windows NT стартира като задача с нисък приоритет под добре доказаната и добре позната операционна система iRMX в реално време от 20 години. Всички функции за обработка и контрол в реално време се изпълняват като задачи с висок приоритет под iRMX, изолирани в паметта от приложения и Windows драйвериМеханизъм за защита на NT процесора. Този подход има предимството пред решението VenturCom, че задачата в реално време не зависи от работата на Windows NT: в случай на повреда или катастрофа системна грешкана Windows NT задачата за контрол в реално време ще продължи да се изпълнява. Това решение ви позволява да информирате основната задача за проблемите, възникнали при работата на NT, и да оставите само за нея правото да продължи да работи или да спре цялата система.

Трябва да се отбележи, че в SCADA системите изискването за твърдо реално време (т.е. способността да се отговаря/обработва събития на добре дефинирани, гарантирани интервали от време) се прилага, като правило, само за отдалечени терминали; в контролните кули (MTU) обработката/управлението на събития (процеси, обекти) се извършва в мек (квази) режим на реално време.

Приложен софтуер

Фокусирането върху отворени архитектури при изграждането на системи за надзорен контрол и събиране на данни позволява на разработчиците на тези системи да се концентрират директно върху целевата задача за събиране и обработка на SCADA данни, мониторинг, анализ на събития, контрол, внедряване на HMI интерфейса.

По правило целевият софтуер за автоматизирани системи за управление се разработва за конкретно приложение от самите доставчици на тези системи.

Хардуерно-софтуерният комплекс за диспечерски контрол (APK-DK) е най-новата реализация на функции за диспечерски контрол на съвременно техническо ниво.

Използването на компютърни технологии разшири функционалността на системата APK-DK не само за влаковия диспечер, но също така направи възможно решаването на основните задачи за наблюдение на състоянието на техническите средства на системите RAT на тегленията и гарите на диспечерска секция.

Така системата APK-DK има двойна цел и осигурява:

- своевременно събиране на информация за сигналните точки на тегленията за състоянието на железопътните участъци, светофарите и други средства и предаването й на гарите за последващо използване за контрол на позицията на влака и техническа диагностика на устройствата за теглене;
- събиране на оперативна информация в гарите за състоянието на коловозните съоръжения и техническите средства и предаването й на влаковия диспечер и диспечера на разстоянието за сигнализация, комуникация и компютърна техника;
- обработка и показване на информация за потребителите относно поддържането на изпълнимия график за трафик; изчисляване на прогнозния график за текущата позиция на влака; изчисляване на показателите за работа на обекта и издаване на сертификати; логическо определяне на фалшива свобода на участъка и опасно сближаване на влакове; анализира работата на устройствата; определяне на предаварийното състояние на устройствата; откриване на повреда; оптимизиране на търсенето и отстраняване на повреди; архивиране и възстановяване на събития; статистика и отчитане на инструменталните ресурси.

На станциите, т.е. на първото (по-ниско) ниво на управление на транспортния процес (Фигура 3.1), се извършва събиране, трансформация и концентрация на информация за състоянието на дестилацията и устройствата на станцията. Освен това тази информация може да се показва на работните станции на дежурния по станцията и дежурния електротехник, но задължително се предава на второто ниво на управление, т.е. към влаковия диспечер и към работното място на диспечера на дистанцията за сигнализация, комуникации и компютърна техника.

Състоянието на дестилационните устройства на системите ZHAT се контролира от автоматични устройства за управление на сигнални точки (AKST), изработени на базата на специализирани контролери. Най-често срещаният е блокът AKST-SChM, който е честотен генератор, който генерира циклични осем импулсни честотни пакети, изпратени към комуникационната линия в съответствие със състоянието на контролираните обекти. С осем изходни импулса, благодарение на манипулирането на продължителността на импулсите и паузите (интервали), AKST-FM ви позволява да контролирате състоянието на седем дискретни сензора (релета) и два прагови сензора.

Фигура 3.1 - Структурна схема на системата APK DK

При проектирането на APK-DK се определя списък от параметри, контролирани от всеки AKST-SChM.

За системите за автоматично блокиране параметрите се избират от следния списък: липса на основно захранване в сигналната точка; липса на резервно захранване; изгаряне на основната нишка на червената огнена лампа; изгаряне на резервната нишка на лампата за червена светлина; изгаряне на нишката на разрешителната лампа; установена посока на движение; спускане на изолационната фуга; загуба на постоянно напрежение на блока BS-DA; блокова заетост; неизправност на линията AKST-SChM или DSM; загуба на двата захранващи устройства при съоръжения с резервно захранване от батерия; аварийна повреда.

При проектирането за всеки AKST-FM се задава носеща честота (честота на настройка на осцилатора), тъй като всички AKST тегления работят на обща физическа линия с честотно разделение на каналите.

До 30 AKST-FM могат да работят на една физическа верига със следното честотно разделяне.

На станциите (линейни точки) информацията от AKST-SChM се получава и анализира от съответните хъбове (индустриален компютър). Структурно системата се състои от устройство за извличане на данни и работно място на маневрен диспечер, отдалечено от него на разстояние около 1 км. Комуникацията се осъществява по четирипроводна линия.

MicroPC се използва като устройство за събиране на данни, съдържащо:

1) процесорна платка 5025A;
2) две 5600 дискретни I/O платки;
3) четири OPTO RAC, свързани по специален начин към дискретни сензори.

Трябва да се отбележи, че за да се контролира работата само на половината от сортировъчната площадка, която включва три парка (приемен парк, парк за сортиране и парк за заминаване), е необходимо да се контролират около хиляда и половина обекта. Ако умножим това число по цената на един оптронен модул Crayhill, получаваме цифра от около 15 000 долара. Цифрата за разработчиците в момента, уви, не е малка. Затова разработчиците решиха да организират входната матрица с помощта на стандартни USO модули. Цената веднага спадна с порядък, 96-те I / O модули от типа G4IDC5 струват. Трябваше да разработя и изработя самата матрица, но разходите за това се оказаха несравнимо по-ниски, отколкото ако проблемът беше решен "челно". Матрицата на оптрона е модулна структура, всеки от модулите на която ви позволява да свържете 16 дискретни DC или AC сигнали с напрежение от 12 до 30 V. Модулите се инсталират на "дънната платка" с помощта на съединители, които в на свой ред, е свързан към OPTO RAC чрез стандартни кабели на OCTAGON SYSTEMS. Работното място на маневрения диспечер е реализирано на компютър тип IBM AT с многотерминална видеокарта, поддържаща четири монитора. След като определиха хардуера, разработчиците се изправиха пред въпроса за избора на операционна система (ОС), под която да работи DC системата. Въз основа на изискванията за функциите на DC системата можем да заключим, че тази ОС трябва

имат поне следните характеристики:

- поддръжка за многозадачност;
- мултиплейър режим;
- мащабируемост;
- висока производителност;
- работа в реално време;
- надеждно и максимално бързо предаване на големи количества данни по нискоскоростен и не особено качествен комуникационен канал;
- лекота на свързване на различни хардуерни устройства;
- работа на ограничени системни ресурси;
- надеждна файлова система;
- възможност за отдалечена промяна на версиите на програмите;
- Възможност за интеграция с други системи.

Операционната система QNX има всички изброени по-горе свойства, които

определя избора му като работна среда за внедряване на DC системата. Многозадачността е необходима поради факта, че DC системата трябва едновременно да изпълнява няколко взаимодействащи задачи, а именно:

- колекция и първична обработкаданни;
- реле за данни;
- показване на позицията на влака;
- регистриране на неизправности;
- фиксиране на технологични ситуации;
- получаване на съобщения от Изчислителния център;
- Водене на отчет за работата.

Механизмът за обмен на съобщения, реализиран в QNX, е много мощен, на базата на който системата DC е внедрена в технологията клиент-сървър, което повишава надеждността на работа и позволява увеличаване както на броя на събирачите на данни, така и на потребителите на информация с малки разходи. Необходима е поддръжка за многопотребителски режим поради факта, че няколко потребителя могат да работят в системата едновременно. Свързването на допълнителни потребителски работни станции се планира да се извърши на базата на локална мрежа, един от възлите на която ще бъде работното място на маневрения диспечер. Поддръжката на QNX за множество мрежови стандарти ви дава избор: Ethernet, Arcnet, Token Ring и т.н.

Изискването за висока производителност и работа в реално време става ясно, ако вземем предвид броя на наблюдаваните датчици и зададената честота на отчитане на показанията им – минимум 5 пъти в секунда. Освен това промените в състоянията на няколко десетки сензора се случват почти при всяко проучване. Разработчиците успяха да решат проблема с надеждното предаване на данни по комуникационен канал, като свързаха устройството за приемане и работното място на диспечера към мрежата QNX, което направи възможно използването на мрежовия протокол на системата и осъществяването на този обмен независимо от средата за предаване на данни за приложни програми. Мрежата през серийна връзка е доста стабилна при 4800 бода. За да увеличим пропускателната способност на мрежата, използвахме механизма за компресиране/декомпресиране на данни, реализиран от мрежовия драйвер, който е прозрачен за приложните програми.

Не мина без известни трудности. QNX OS гарантира, че ако задача бъде блокирана по време на предаване на съобщение, системата автоматично ще освободи блока след известно време, връщайки код за грешка. За съжаление този механизъм не винаги работи. Задачата може да виси в това състояние за неопределено време. за дълго време. Разработчиците трябваше да проследят и коригират тази ситуация програмно. Според тях това може да се дължи на наличието на грешка в мрежов драйвер Net.fd версия 4.22, а когато преминете към версия 4.23, ще можете да се отървете от него. Желанието да се създаде система, която не е твърдо обвързана с конкретен хардуер, води до необходимостта от писане на драйвери за устройства. Всеки, който е писал и дебъгвал драйвери на устройства под DOS, знае, че е особено неудобно интерфейсът на ОС за драйвери и приложни програми да е различен. Що се отнася до QNX, писането и отстраняването на грешки в драйвери не се различава от писането и отстраняването на грешки в други програми. Софтуерният интерфейс е общ за всички програми. Доста бързо бяха написани драйвери за платката Octagon 5600 и мултиекранната видеокарта. Тъй като QNX включва голям брой мениджъри на устройства и различни драйвери, в много случаи можете просто да използвате предоставената услуга, вместо да разработвате собствен софтуер. Използван е стандартен сериен мениджър на канали за свързване на модема и организиране на мрежа между приемащото устройство и работната станция на диспечера.

Поради малкия размер и модулната структура на QNX, стана възможно инсталирането на тази операционна система на Micro PC. OS ядро, мрежов модул за поддръжка, вграден мениджър файлова системаи приложни програмиуспя да се побере само в 256Kb флаш памет и 100Kb статична RAM. Изисква малко повече от 1 MB оперативна памет. Инсталирането на софтуера на Micro PC беше извършено с помощта на удобния инструмент EKit, пакет за инсталиране на QNX във вградени системи. Възможността за отдалечена промяна на версиите на програмите в нашия случай е от съществено значение, тъй като Micro PC в работен режим няма екран, няма клавиатура, няма дисково устройство. Прозрачният достъп до файловете в мрежата QNX значително опростява работата, а вграденият мениджър на файловата система на Efsys позволява препрограмиране на флаш памет и статична RAM с помощта на обичайната команда за копиране на файлове. След презаписване има възможност за рестартиране на софтуера отдалечен компютърс актуализирана версия. С организирането на рестартиране на софтуера разработчиците имаха някои проблеми. Опитът да се приложи почти винаги води до факта, че рестартираната машина виси плътно. Успяхме да преодолеем тази трудност, като зададохме опцията за отмяна на „горещото“ зареждане при генериране на изображението на операционната система. Една от основните задачи, възложени на проектантите на системата за постоянен ток, беше задачата да осигурят възможността за нейното интегриране със съществуващите разработване на софтуер. Като едно от тези разработки можем да цитираме система за поддържане на график на изпълненото движение, внедрена от други разработчици в Windows среда NT. Като се има предвид негативният опит, натрупан при внедряването на собствени протоколи под DOS, беше решено да се използват само стандартни протоколи за докинг. Де факто, такива стандартни протоколи са фамилията TCP / IP протоколи, което беше още един важен аргумент в полза на система, която осигурява тяхната поддръжка. Пакетът TCP/IP за QNX предоставя на разработчика не само възможността да програмира на ниво Socket API, но и да се възползва от мрежовата файлова система (NFS), извиквания на отдалечени процедури (RPC) в ONC стандарта и много полезни услуги като telnet и ftp. DC системата, реализирана на базата на съвременни хардуерни и софтуерни технологии, помага на диспечера да получи надеждна информация и значително улеснява управлението на оперативната работа на станцията. Воденето на запис на работата ви позволява да откриете "тесните места" и да избегнете ненужни материални разходи. В бъдеще има задача за автоматично генериране на множество документи, които все още се попълват ръчно.

технологични процеси

В типичната архитектура на SCADA система ясно се виждат две нива:

ниво на локален контролер , взаимодействащи с обекта на управление чрез сензори и изпълнителни механизми;

ниво на оперативно управление технологичен процес, чиито основни компоненти са сървъри, работни станции на оператори/диспечери, работни станции на специалисти.

Разграничете основени приложенософтуер (фиг. 1).

Ориз. 1. Класификация на софтуерните средства на системата за управление.

Основен Софтуерът включва различни компоненти, но основният е операционната система (ОС) на софтуера и хардуера на АСУ ТП. Всяко ниво на системата за управление на процесите е представено от „собствен“ софтуер и хардуер: на по-ниското ниво говорим за контролери, докато основният технически инструмент на горното ниво е компютър. В съответствие с това в кръга на специалистите се появи следната класификация: вградении работен плотсофтуер.

Очевидно изискванията за вградения и настолния софтуер са различни. Контролерът в системата за управление, заедно с функциите за събиране на информация, решава проблемите на автоматичното непрекъснато или логическо управление. В тази връзка се подчинява на строги изисквания за времето на реакция на състоянието на обекта и издаване на управляващи въздействия върху изпълнителните механизми. Контролерът трябва гарантирано реагира на промени в състоянието на обекта дадено време.

За решаване на такива проблеми се препоръчва да се използва операционна система реално време(RTOS). Такива операционни системи понякога се наричат детерминистични, което означава гарантиран отговор в даден период от време. Повечето микропроцесорни устройства (включително контролери и компютри) използват механизма за прекъсване на процесора. В ОС в реално време, за разлика от ОС с общо предназначение(не гарантира време за изпълнение), прекъсванията се приоритизират, а самите прекъсвания се обработват в гарантирано време.

Изборът на ОС зависи от тежестта на изискванията за реално време. За задачи, които са критични за реакцията на системата за управление, в момента се използват операционни системи в реално време, като напр OS9,QNX, vxworks.В системи с по-малко строги изисквания за реално време е възможно да се използват версии на Windows NT / CE или по-скоро техните разширения за реално време.

ОS-9принадлежи към класа Unix-подобни операционни системи в реално време и предлага много познати елементи от Unix средата. Всички функционални компоненти на OS-9, включително ядрото, йерархични файлови мениджъри, I/O система и инструменти за разработка, са реализирани като независими модули. Комбинирайки тези модули, разработчикът може да създаде системи с голямо разнообразие от конфигурации - от миниатюрни самостоятелни ядра, базирани на ROM контролери до пълномащабни многопотребителски системи за разработка.

OS-9 осигурява всички основни функции на операционните системи в реално време: управление на прекъсванията, обмен на информация между задачите и синхронизация на задачи.

Операционна система QNXразработен от канадската компания QNX Software Systems Ltd. е една от най-широко използваните системи за работа в реално време. QNX гарантира време за реакция, вариращо от няколко десетки микросекунди до няколко милисекунди (в зависимост от скоростта на компютъра и версията на QNX). В допълнение, високата ефективност на QNX при контролни задачи в реално време се осигурява от такива характеристики като многозадачност (до 250 задачи на един възел), мрежови възможности, вградени в ядрото на системата, гъвкаво управление на прекъсвания и приоритети и възможност за изпълнение задачи в защитен и фонов режим.

Операционната система QNX е намерила приложение както на по-ниското ниво на системите за управление на процеси (ОС за контролери), така и на по-горното ниво (ОС за SCADA софтуер).

Операционна система в реално време VxWorksпредназначен за разработка на софтуер за вградени компютри, работещи в "твърди" системи в реално време. Операционната система VxWorks също така включва инструменталната среда на Wind River Systems Tornado с инструменти за разработка на приложен софтуер. Разработката му се извършва на инструментален компютър в среда Tornado за последващо изпълнение на целеви компютър (контролер), работещ с VxWorks.

VxWorks OS поддържа цяла линиякомпютърни платформи, включително Intel 386/486/Pentium, PowerPC, DEC Alpha. Платформите, поддържани от работната среда Tornado, включват Sun (Solaris), HP 9000/400,700, DEC Alpha, PC (Windows 95 и NT) и други.

Операционна система Windowsпозната на всички като настолна система. Но това се отнася предимно за платформите на Windows 3.xx/95, на които наистина липсва поддръжка в реално време. Ситуацията се промени драматично с появата на Windows NT. Сама по себе си Windows NT не е операционна система в реално време поради редица свои характеристики. Системата поддържа хардуерни (а не софтуерни) прекъсвания, няма приоритетна обработка на отложени процедури и т.н. Но в края на 20 век редица компании правят сериозни опити да превърнат Windows NT в твърда операционна система в реално време . И тези опити бяха увенчани с успех. VenturCom разработи модула Real Time Extension (RTX), подсистема за реално време (RT) за Windows NT. Тази подсистема има собствен планировчик със 128 приоритета на прекъсване, който е независим от NT. Максималното време за реакция на прекъсване е 20-80 µs, независимо от натоварването на процесора. Сега, с всяко прекъсване от таймера, приоритетът се прехвърля към критични за времето задачи. И в оставащото време от тяхната работа могат да се извършват „бавни“ процеси: вход / изход, работа с диска, мрежа, графичен интерфейс и др.

32-битов WindowsCEе създадена от Microsoft за малки компютри (калкулатори), но поради редица предимства започна да претендира за ролята на стандартна ОС в реално време. Тези предимства включват:

отвореност и лекота на свързване с други операционни системи от семейството на Windows;

време за реакция от порядъка на 500 μs;

значително по-ниски изисквания към паметта в сравнение с други операционни системи Windows и възможност за изграждане на бездискови системи.

И през 1999 г. Windows CE беше инсталиран за първи път на microPLC платформата от Direct by Koyo.

Избор на операционна система на софтуер и хардуер Най-високо нивоСистемата за контрол на процеса се определя от задачата на приложението (публична операционна система или RTOS). Но най-популярни и разпространени са различните версии на Windows (Windows NT/2000). Те са оборудвани с софтуер и хардуер от най-високо ниво за системи за управление на процеси, представени от персонални компютри (PC) с различни мощности и конфигурации - работни станции на оператори/диспечери и специалисти, сървъри за бази данни (DB) и др.

Ето някои от основните аргументи в полза на Windows:

Windows е много разпространена в света, включително в Русия, и затова е лесно да се намери специалист, който да придружава системи, базирани на тази ОС;

тази ОС има много приложения, които предоставят решения на различни проблеми с обработката и представянето на информация;

Windows OS и Windows приложенията са лесни за научаване и имат типичен интуитивен интерфейс;

Базираните на Windows приложения поддържат стандарти за публична комуникация;

Системите, базирани на Windows, са лесни за работа и разработване, което ги прави рентабилни както по отношение на поддръжката, така и постепенния растеж;

Microsoft разработва информационни технологии (ИТ) за Windows с бързи темпове, което позволява на компаниите, използващи тази платформа, да са „в крак с времето“.

През 90-те години операционната система за реално време QNX стана широко разпространена. Има много примери за използване на QNX на всички нива на йерархичната структура на системите за управление на процеси (от контролери до сървъри и работни станции). Но през последните години дейността на компанията на пазара на SCADA системи значително намаля, което също доведе до намаляване на броя на продажбите на този софтуерен продукт. Това се обяснява с факта, че още през 1995 г. QNX Software Systems Ltd. обяви "напускането" си във вградените системи.

От гледна точка на разработването на система за управление, за предпочитане е такава софтуерна архитектура, при която софтуерът на всички нива на управление е внедрен в една операционна система. В този случай всички проблеми, свързани с вертикалното взаимодействие на различни софтуерни компоненти на системата за управление, се отстраняват „автоматично“. Но на практика това далеч не е така. Доста често в разработените системи за контрол и управление долното и горното ниво се реализират в различни операционни системи. И най-типичната ситуация е, когато се използва ОС в реално време на ниво контролер, а SCADA системата работи под Windows NT на ниво оператор/диспечер. Не може без специализирани решения за организиране на взаимодействието между подсистемите.

За работата на системата за управление е необходим и още един вид софтуер - приложенософтуер(PPO).

Има два начина за разработване на приложен софтуер за системи за управление:

създаване на собствен приложен софтуер с помощта на инструментите

традиционно програмиране (стандартни езици

инструменти за програмиране, отстраняване на грешки и др.);

използване за разработване на съществуващ приложен софтуер

(готови) инструменти.

Първият вариант е най-трудоемък. Използването на езици на високо ниво изисква подходяща квалификация на разработчиците в теорията и технологията на програмирането, познаване на характеристиките на определена операционна система, тънкостите на хардуера (контролери). От гледна точка на основните критерии - цена и време за разработка - този вариант в повечето случаи е неприемлив.

Вторият вариант е по-предпочитан. Защо? Но тъй като днес в света вече са създадени няколко десетки инструментални системи, добре поддържани, развити и използвани при създаването на десетки и стотици хиляди проекти за автоматизация. Тези изпитани във времето софтуерни инструменти опростяват (разработчиците на интерфейси не са висококласни програмисти, а специалисти по автоматизация), ускоряват и значително намаляват разходите за процеса на разработка.

От гледна точка на областта на приложение, готовите инструменти могат да бъдат разделени на два класа:

инструменти, фокусирани върху разработването на програми за управление външни устройства, контролери - СЛУЧАЙ-системи ( Компютърно подпомагано софтуерно инженерство);

средства, фокусирани върху осигуряване на интерфейса на оператора / диспечера със системата за управление - SCADA-системи( Надзорен контрол и събиране на данни- надзорен контрол и събиране на данни).

Контролерът се нуждае програма, според които той взаимодейства с обекта. В някои случаи говорим само за събиране на данни от обект, в други - за логически контрол (например изпълнение на ключалки). И накрая, едно от основните приложения на контролера е осъществяването на непрекъснати функции за управление на отделни параметри или на технологичния апарат (процес) като цяло.

Компаниите, произвеждащи оборудване за системи за сградна автоматизация, винаги са се стремили да придружават своите продукти с набор от софтуерни инструменти, с които потребителят, според определени правила и споразумения, може да опише логиката на контролера. На ранен етап от разработването на тези софтуерни инструменти наборът от поддържани от тях функции беше предоставен от нестандартни езици. С течение на времето правилата и споразуменията бяха подобрени и на определен етап бяха формализирани под формата на специални езици за програмиране, образувайки това, което сега се нарича СЛУЧАЙ- инструментариум.

През 1992 г. Международната електротехническа комисия (IEC, IEC - International Electrotechnical Commission,) поема контрола върху процесите, свързани с разработването на този тип приложен софтуер. Изложени са изисквания за отвореност на системата, чието изпълнение би позволило унифициране на софтуерните инструменти и опростяване на разработката:

способността за разработване на драйвери за контролери от самите потребители, т.е. поддръжка на програмни продукти за програмиране на контролери със специални средства;

наличие на комуникационни средства (интерфейси) за взаимодействие с други компоненти на системата за управление;

възможността за пренасяне на ядрото на системата към редица хардуерни и софтуерни елементи

платформи.

На пазара се появиха голям брой опаковки, които отговарят на горните изисквания. В почти всички тези пакети е внедрена средата за разработка Windows-интерфейс, има средства за зареждане на разработеното приложение в изпълнителната система.

Имената на някои от тези пакети са дадени по-долу:

RSLogix 500, RS Logix 5, RSLogix 5000 от Rockwell Software за програмиране на контролери от различни семейства Allen-Bradley;

DirectSOFT за контролери от семейството Direct Logic от Koyo;

Пакети PL7 и Concept - Софтуер за програмиране на контролери от различни семейства на Schneider Electric;

STEP 5, STEP 7 Micro, STEP 7 пакети за програмиране на контролери от семействата S5 и S7 на Siemens;

Пакет с инструменти за конфигуриране на контролери от фамилията Moscad;

Пакет TelePACE за програмиране на серийни контролери

TeleSAFE Micro 16 и SCADAPack от Control Microsystems.

Стандартът IEC 1131-3 дефинира пет езика за програмиране на контролера: три графични (LD, FBD, SFC) и два текстови (ST, IL).

LD(Ladder Diagram) - графичен език за стълбови диаграми. Езикът LD се използва за описание на логически изрази с различни нива на сложност.

FBD(Function Block Diagram) - графичен език за функционални блокови диаграми. Езикът FBD се използва за изграждане на сложни процедури, състоящи се от различни функционални библиотечни блокове - аритметични, тригонометрични, регулатори и др.).

SFC(Sequential Function Chart) е графичен език за последователни функционални диаграми. Езикът SFC е предназначен за използване на етапа на проектиране на софтуера и ви позволява да опишете "скелета" на програмата - логиката на нейната работа на ниво последователни стъпки и условни скокове.

СВ(Structured Text) - език за структуриран текст. Това е език от високо ниво, подобен в мнемониката на Pascal и се използва за разработване на процедури за обработка на данни.

I Л(Списък с инструкции) - език на инструкциите. Това е асемблер от ниско ниво и се използва за програмиране на ефективни, опростени процедури.

В края на 90-те години се появяват отворени софтуерни продукти ISaGRAF, InControl (Wonderware), Paradym (Intellution), предназначени за разработване, отстраняване на грешки и изпълнение на програми за управление както на дискретни, така и на непрекъснати процеси.

Вече можем да кажем, че по-голямата част от контролерите и системите за управление се обслужват от софтуерни продукти, които изпълняват стандарта IEC 1131-3.

Пакетът ISaGRAF на френската компания CJ International намери широко приложение в Русия.

Основни характеристики на пакета:

Поддръжка за всичките пет езика на стандарта IEC 1131-3 плюс прилагането на езика Flow Chart като средство за описване на диаграми на състоянието. В същото време ISaGRAF ви позволява да смесвате програми и процедури, написани на различни езици, както и да вмъквате кодови последователности от един език в кодове, написани на друг език.

Наличието на многофункционален дебъгер, който ви позволява да

работа на приложената задача вижте състоянието на софтуера

код, променливи, програми и др.

Поддръжка на различни индустриални мрежови протоколи.

Внедряване на опции, които осигуряват отвореност на системата за достъп до вътрешни структуриданни на приложената задача ISaGRAF, както и възможността за разработване на драйвери за I/O модули, разработени от самия потребител, и възможността за пренасяне на ядрото ISaGRAF към всяка хардуерна и софтуерна платформа.

Комплект драйвери за работа с контролери от различни производители: PEP Modular Computers, Motorola Computer Group и др.

Наличие на допълнителни интерактивни редактори за описание на променливи, константи и I / O конфигурации.

Вградени контроли за извършване на промени в програмния код на приложението ISaGRAF и отпечатване на отчети за разработения проект с висока степен на детайлност, включително отпечатване на таблици за кръстосани препратки за програми и индивидуални променливи.

Пълна документация за етапите на разработка.

Софтуерните инструменти от най-високо ниво за системи за управление на процеси (SCADA-пакети) са предназначени за създаване на приложен софтуер за мониторинг и контролни панели, внедрени на различни компютърни платформи и специализирани работни станции. SCADA - пакетите позволяват с минимален дял на програмиране в прости езикови инструменти да се разработи многофункционален интерфейс, който предоставя на оператора / диспечера не само пълна информация за процеса, но и възможността да го контролира.

Сега на руския пазар има няколко десетки отворени SCADA пакети с почти същата функционалност. Но това изобщо не означава, че някоя от тях със същите усилия (временни и финансови) може успешно да се адаптира към една или друга система за управление, особено когато става въпрос за нейната модернизация. Всеки SCADA пакет е уникален по свой собствен начин и изборът му за конкретна система за автоматизация, обсъждан на страниците на специални периодични издания през последните десет години, все още е актуален.

По-долу е даден списък на най-популярните SCADA пакети в Русия.