Software pentru sisteme de control, dispecerizare și sisteme de control automatizate. Complex hardware și software pentru controlul expedierii Software hardware pentru instrumentele sistemului de control al expedierii

Clasificarea software-ului sistemului de control automat. După cum am menționat deja, în arhitectura tipică a unui sistem SCADA, două niveluri sunt clar vizibile:

· nivel de controler local , interacționând cu obiectul de control prin senzori și actuatori;

· nivelul managementului operațional un proces tehnologic, ale cărui componente principale sunt serverele, stațiile de lucru ale operatorilor/dispecerii și stațiile de lucru ale specialiștilor.

Fiecare dintre aceste niveluri funcționează sub controlul unui software (software) specializat. Dezvoltarea acestui software sau alegerea acestuia din software-ul oferit în prezent pe piață depinde de mulți factori, în primul rând de sarcinile care se rezolvă la un anumit nivel. Distinge de bazăȘi aplicat software(A se vedea figura 5.1).

Figura 5.2 - Clasificarea software-ului sistemului de control.

De bază Software-ul include diverse componente, dar principalul este sistem de operare(OS) software și hardware pentru sistemele de control al proceselor. Fiecare nivel al sistemului de control al procesului este reprezentat de „propriul” software și hardware: la nivelul inferior vorbim de controlere, în timp ce principalul mijloc tehnic al nivelului superior este un computer. În conformitate cu aceasta, printre specialiști a apărut următoarea clasificare: incorporatȘi desktop software.

Evident, cerințele pentru software-ul încorporat și desktop sunt diferite. Controlerul din sistemul de control, împreună cu funcțiile de colectare a informațiilor, rezolvă problemele controlului automat continuu sau logic. În acest sens, este supusă unor cerințe stricte în ceea ce privește timpul de reacție la starea obiectului și emiterea de acțiuni de control către actuatoare. Controlorul trebuie garantat răspunde la modificările stării unui obiect pentru dat timp.

Selectarea software-ului și hardware-ului sistemului de operare nivel superior Sistemul de control al procesului este determinat de sarcina aplicației (OS uz comun sau RTOS). Dar cele mai populare și răspândite sunt diferitele versiuni ale sistemului de operare Windows. Acestea sunt echipate cu software și hardware de nivel superior ale sistemelor automate de control al proceselor, reprezentate de calculatoare personale (PC-uri) de putere și configurație variate - stații de lucru ale operatorilor/dispecerați și specialiști, servere de baze de date (DB), etc.

Această situație a apărut ca urmare a mai multor motive și tendințe în dezvoltarea tehnologiilor moderne de informare și microprocesoare.

Iată câteva dintre principalele argumente în favoarea Windows:

· Windows este foarte răspândit în lume, inclusiv în Kazahstan, și de aceea este ușor să găsești un specialist care ar putea suporta sisteme bazate pe acest OS;

· acest sistem de operare are multe aplicații care oferă soluții la diverse probleme de prelucrare și prezentare a informațiilor;

· Aplicațiile Windows OS și Windows sunt ușor de învățat și au o interfață standard, intuitivă;

· aplicațiile care rulează sub Windows acceptă standardele de schimb de date disponibile public;

· sistemele bazate pe sistemul de operare Windows sunt ușor de operat și dezvoltat, ceea ce le face economice atât din punct de vedere al suportului, cât și în timpul creșterii treptate;

Microsoft se dezvoltă tehnologia de informație(IT) pentru Windows într-un ritm ridicat, ceea ce permite companiilor care folosesc această platformă să „țină pasul cu vremurile”.

De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că o parte integrantă a nivelului superior al sistemului automat de control al procesului este o persoană, al cărei timp de reacție la evenimente este nedeterminist și adesea destul de lung. Și problema în timp real în sine la nivelul superior nu este atât de relevantă.

Pentru funcționarea sistemului de control, este necesar un alt tip de software - software de aplicație(PPO). Există două moduri cunoscute de a dezvolta aplicații software pentru sisteme de control:

· crearea propriului software de aplicație folosind instrumente tradiționale de programare ( limbi standard instrumente de programare, depanare etc.);

· utilizarea instrumentelor existente (gata făcute) pentru dezvoltarea software-ului de aplicații.

· Software-ul de control automat al proceselor de nivel superior (pachete SCADA) sunt concepute pentru a crea aplicații software pentru panouri de monitorizare și control implementate pe diverse platforme de calculatoare și stații de lucru specializate. Pachetele SCADA permit, cu o cantitate minimă de programare în instrumente de limbaj simplu, să dezvolte o interfață multifuncțională care să ofere operatorului/dispecerului nu numai informații complete despre proces tehnologic, dar și capacitatea de a o controla.

În dezvoltarea lor, pachetele SCADA au mers la fel ca software-ul pentru programarea controlerelor. În etapa inițială (anii 80), companiile de dezvoltare hardware și-au creat propriile sisteme SCADA (închise), capabile să interacționeze doar cu echipamentele „lor”. Din anii 90 au apărut programe SCADA universale (deschise).

Conceptul de deschidere este fundamental atunci când vine vorba de software și hardware pentru construirea de sisteme de automatizare pe mai multe niveluri. Acest lucru va fi discutat mai detaliat mai jos.

Acum pe piata ruseasca Există câteva zeci de pachete SCADA deschise cu funcționalități aproape identice. Dar asta nu înseamnă deloc că oricare dintre ele poate fi adaptat cu succes unui anumit sistem de management cu același efort (de timp și financiar), mai ales când vine vorba de modernizarea acestuia. Fiecare pachet SCADA este unic în felul său, iar alegerea sa pentru un sistem de automatizare specific, discutată în paginile periodicelor speciale de aproape zece ani, rămâne încă relevantă.

Mai jos este o listă cu cele mai populare pachete SCADA din Rusia și Kazahstan.

· Trace Mode/Trace Mode (AdAstrA) - Rusia;

· InTouch (Wonderware) - SUA;

· FIX (Inteluție) - SUA;

· Genesis (Iconics Co) - SUA;

· Factory Link (United States Data Co) - SUA;

· RealFlex (BJ Software Systems) - SUA;

· Sitex (Jade Software) - Marea Britanie;

· Citect (CI Technology) - Australia;

· WinCC (Siemens) - Germania;

· RTWin (SWD Real Time Systems) - Rusia;

· SARGON (NVT - Automation) - Rusia;

· MIK$Sys (MEPhI) - Rusia;

· Cimplicity (GE Fanuc) - SUA;

· RSView (Rockwell Automation) - SUA și multe altele.

Ordinea în care sunt prezentate pachetele în lista de mai sus este destul de aleatorie. Numai faptul însuși existența unui anumit sistem este afirmat. Se propune să se pornească de la premisa că un pachet SCADA există dacă cel puțin câteva zeci de proiecte au fost deja implementate folosindu-l. A doua premisă este că nu există absolut cel mai bun sistem SCADA pentru toate aplicațiile. SCADA este doar instrument la îndemânăîn mâinile dezvoltatorului, iar adaptarea acestuia la un sistem de automatizare specific este o chestiune de calificări și experiență.

Funcțiile de bază ale sistemelor SCADA. Tip software SCADA destinat dezvoltării și exploatării sisteme automatizate controlul procesului. Este rezonabil să ne punem întrebarea: ce este mai întâi – dezvoltarea sau operarea? Și răspunsul în acest caz este clar - principalul lucru este o interfață om-mașină (HMI) eficientă, concentrată pe utilizator, adică pe personalul operațional, al cărui rol în management este decisiv. SCADA este o nouă abordare a problemelor factorului uman în sistemele de control (de sus în jos), concentrându-se în primul rând pe persoană (operator/dispecer), sarcinile sale și funcțiile pe care le îndeplinește.

Această abordare ne-a permis să minimizăm participarea operatorilor/dispecerii la managementul proceselor, dar le-a lăsat dreptul de a lua decizii în situații speciale.

Ce le-a oferit dezvoltatorilor sistemul SCADA? Odată cu apariția SCADA, au primit un instrument eficient pentru proiectarea sistemelor de control, ale căror avantaje includ:

· grad ridicat de automatizare a procesului de dezvoltare a sistemului de control;

· participarea la dezvoltarea specialiştilor în domeniul proceselor automatizate (programare fără programare);

· reducerea reală a timpului, și, în consecință, a costurilor financiare pentru dezvoltarea sistemelor de control.

Înainte de a vorbi despre funcționalitatea software-ului SCADA, se propune să aruncăm o privire asupra responsabilităților funcționale ale operatorilor/dispecerii înșiși. Care sunt aceste responsabilități? Trebuie remarcat imediat că responsabilitățile funcționale ale operatorilor/dispecerii proceselor tehnologice specifice și instalațiilor de producție pot fi semnificativ diferite, iar conceptele de „operator” și „dispecer” în sine sunt departe de a fi echivalente. Cu toate acestea, printre varietatea acestor responsabilități s-a dovedit a fi posibilă găsirea unora comune inerente acestei categorii de lucrători:

· înregistrarea valorilor principalelor parametri tehnologici și autoportanți;

· analiza datelor primite și compararea acestora cu sarcinile zilnice în ture și planurile calendaristice;

· contabilizarea și înregistrarea cauzelor perturbărilor în procesul tehnologic;

· ținerea registrelor, întocmirea rapoartelor operaționale, a rapoartelor și a altor documente;

· furnizarea de date privind evoluția procesului tehnologic și starea echipamentelor către servicii superioare etc.

Anterior, în camera de control (camera de control) era un panou de comandă (de aici și camera de control). Pentru instalații și procese tehnologice cu câteva sute de parametri de control și reglare, lungimea scutului poate ajunge la câteva zeci de metri, iar numărul de dispozitive de pe acestea ar putea fi măsurat în multe zeci și uneori sute. Printre aceste instrumente s-au numărat indicarea (scara și indicatorul) și scrierea (pe lângă scară și indicator, și hârtia de diagramă cu pix) și semnalizarea. La un anumit moment, operatorul, plimbându-se în jurul tabloului de distribuție, a înregistrat citirile instrumentelor într-un jurnal. Așa s-a rezolvat problema colectare și înregistrare informație.

Dispozitivele care deservesc parametrii reglabili aveau dispozitive pentru setarea sarcinii controlerului și pentru trecerea de la modul de control automat la control manual (la distanță). Aici, lângă instrumente, se aflau numeroase butoane, întrerupătoare basculante și întrerupătoare pentru pornirea și oprirea diverselor echipamente tehnologice. Așa s-au rezolvat problemele telecomandă parametrii tehnologici si echipamente.

Deasupra panoului de control (de obicei pe perete) era o diagramă mnemonică a procesului tehnologic cu dispozitive tehnologice, fluxuri de materiale și numeroase lămpi de alarmă de culori verde, galben și roșu (de urgență) reprezentate pe acesta. Aceste lămpi au început să clipească când a apărut o situație de urgență. În situații deosebit de periculoase, a fost posibil să se aplice semnal sonor(sirena) pentru a avertiza rapid tot personalul operator. Acesta este modul în care problemele legate de alarmaîncălcări ale reglementărilor tehnologice (abateri ale valorilor curente ale parametrilor tehnologici de la valorile specificate, defecțiuni ale echipamentelor).

Odată cu apariția calculatoarelor în camera de comandă/camera de comandă a fost firesc să se transfere unele dintre funcțiile legate de colectarea, înregistrarea, prelucrarea și afișarea informațiilor, identificarea situațiilor anormale (de urgență), menținerea documentației, raportări către calculatoare. Chiar și pe vremea primelor calculatoare de control cu afișaje alfanumerice monocrome, imaginile „pseudo-grafice” erau deja create pe aceste afișaje prin eforturile dezvoltatorilor entuziaști - prototipul grafică modernă. Chiar și atunci, sistemele au asigurat colectarea, procesarea, afișarea informațiilor, introducerea comenzilor și a datelor de către operator, arhivarea și înregistrarea progresului procesului.

Aș dori să remarc că, odată cu apariția instrumentelor moderne de automatizare software și hardware, stațiile de lucru ale operatorului/dispecerului care funcționează pe baza software-ului SCADA, panourile de comandă și diagramele imitative montate pe perete nu au căzut irevocabil în uitare. Acolo unde acest lucru este dictat de oportunitate, tablourile de distribuție și panourile de control rămân, dar devin mai compacte.

Apariția computerelor digitale, și apoi a computerelor personale, a implicat programatorii în procesul de creare a unei interfețe pentru operator. Au bune abilități de calculator, limbaje de programare și sunt capabili să scrie programe complexe. Pentru a face acest lucru, programatorul are nevoie doar de un algoritm (o schemă formalizată pentru rezolvarea unei probleme). Dar problema este că programatorul, de regulă, nu deține tehnologia și nu „înțelege” procesul tehnologic. Prin urmare, pentru a dezvolta algoritmi, a fost necesar să se implice tehnologi, de exemplu, ingineri de automatizare.

O ieșire din această situație a fost găsită în crearea unor metode de „programare fără programare reală”, accesibile înțelegerii nu numai de către un programator, ci și de către un inginer de proces. Ca urmare, au existat pachete software pentru a crea o interfață om-mașină (Man/Humain Machine Interface, MMI/HMI). În străinătate, acest software s-a numit SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - control supervizare/dispecer și achiziție de date), întrucât era destinat dezvoltării și suportului funcțional al stațiilor de lucru operator/dispecer în sistemele automate de control al proceselor. Și la mijlocul anilor 90, abrevierea SCADA a apărut cu încredere în vocabularul specialiștilor ruși în automatizare.

S-a dovedit că majoritatea sarcinilor cu care se confruntă creatorii de software de nivel superior pentru sistemele automate de control al proceselor din diverse industrii pot fi ușor unificate, deoarece funcțiile operatorului/dispecerului aproape oricărei producții sunt destul de unificate și pot fi ușor formalizate.

Astfel, setul de bază de funcții ale sistemelor SCADA este predeterminat de rolul acestui software în sistemele de control (HMI) și este implementat în aproape toate pachetele. Acest:

· colectarea de informații de la dispozitive de nivel inferior (senzori, controlere);

· primirea și transmiterea comenzilor operatorului/dispecerului către controlori și actuatori (comanda obiectelor de la distanță);

· interacțiunea în rețea cu sistemul informațional al întreprinderii (cu servicii de nivel superior);

· afișarea parametrilor de proces și a stării echipamentelor folosind diagrame mnemotice, tabele, grafice etc. într-o formă ușor de înțeles;

· sesizarea personalului de exploatare cu privire la situațiile și evenimentele de urgență legate de procesul tehnologic controlat și de funcționarea software-ului și hardware-ului sistemelor automate de control al proceselor cu înregistrarea acțiunilor personalului în situații de urgență.

· stocarea informațiilor primite în arhive;

· prezentarea datelor curente și acumulate (arhivate) sub formă de grafice (tendințe);

· prelucrarea secundară a informaţiei;

· generarea de rezumate și alte documente de raportare folosind șabloane create în etapa de proiectare.

Există mai multe cerințe fundamentale pentru o interfață creată pe baza software-ului SCADA:

· ar trebui să fie intuitiv și convenabil pentru operator/dispecer;

· o singură eroare de operator nu ar trebui să determine emiterea unei comenzi false de control asupra obiectului.

Controlul de Supraveghere și Achiziția Datelor SCADA este principala și în prezent rămâne cea mai promițătoare metodă de control automat al sistemelor (proceselor) dinamice complexe în domenii vitale și critice din punct de vedere al siguranței și fiabilității. Pe principiile controlului dispecerelor sunt construite sistemele automate mari în industrie și energie, transport, spațiu și domenii militare, precum și în diverse agenții guvernamentale.

În ultimii 10-15 ani, interesul pentru problemele construirii sistemelor de control al expedierii și de achiziție de date extrem de eficiente și de încredere a crescut brusc în străinătate. Pe de o parte, acest lucru se datorează progresului semnificativ în domeniul tehnologiei informatice, al software-ului și al telecomunicațiilor, care mărește capacitățile și extinde domeniul de aplicare al sistemelor automate. Pe de altă parte, dezvoltarea tehnologiei informației, creșterea gradului de automatizare și redistribuirea funcțiilor între o persoană și echipament a exacerbat problema interacțiunii dintre un operator uman și un sistem de control. Investigarea și analiza majorității accidentelor și incidentelor din aviație, transport terestru și pe apă, industrie și energie, dintre care unele au condus la consecințe catastrofale, au arătat că, în timp ce în anii '60, eroarea umană era cauza inițială a doar 20% din incidente (80). %, în consecință, din cauza defecțiunilor și defecțiunilor tehnologice), apoi în anii 90 ponderea factorului uman a crescut la 80% și, datorită îmbunătățirii constante a tehnologiei și a fiabilității sporite a echipamentelor și mașinilor electronice, această pondere poate crește.

Motivul principal pentru astfel de tendințe este vechea abordare tradițională a construirii sistemelor de control automatizate complexe, care este adesea folosită astăzi: concentrându-se în primul rând pe utilizarea celor mai recente realizări tehnice (tehnologice), dorința de a crește gradul de automatizare și funcţionalitate sisteme și, în același timp, subestimarea necesității de a construi o interfață eficientă om-mașină (HMI Human-Machine Interface), adică interfață orientată către utilizator (operator). Nu întâmplător, anume pentru ultimii 15 ani, i.e. Perioada de apariție a instrumentelor de calcul puternice, compacte și ieftine a marcat vârful cercetării în Statele Unite privind problemele factorului uman în sistemele de control, inclusiv optimizarea arhitecturii și a interfeței HMI a sistemelor de control de supraveghere și achiziție de date.

Studiul materialelor privind problemele construirii sistemelor de control al expedierii eficiente și fiabile a arătat necesitatea utilizării unei noi abordări la dezvoltarea unor astfel de sisteme: proiectare centrată pe om (sau de sus în jos, de sus în jos), de exemplu. concentrându-se în primul rând pe operatorul uman (dispecer) și sarcinile acestuia, în locul tradiționalului și larg utilizat centrat pe hardware (sau de jos în sus, de jos în sus), în care, la construirea unui sistem, atenția principală a fost acordată selecției și dezvoltarea mijloacelor tehnice (echipamente și software). Utilizarea unei noi abordări în dezvoltarea spațiului real și a aviației și testele comparative ale sistemelor la National Aeronautics and Space Administration (NASA), SUA, au confirmat eficacitatea acesteia, permițând creșterea productivității operatorilor, reducerea erorilor de procedură cu un ordin de mărime. și reduce erorile critice (necorectabile) la zero.erori operator.

Definiția și structura generală a SCADA

SCADA este procesul de colectare a informațiilor în timp real de la puncte (obiecte) la distanță pentru procesarea, analiza și posibila gestionare a obiectelor aflate la distanță. Necesitatea procesării în timp real se datorează necesității de a livra (emite) toate evenimentele (mesajele) și datele necesare către interfața centrală a operatorului (dispecer). În același timp, conceptul de timp real diferă pentru diferitele sisteme SCADA.

Prototipul sistemelor moderne SCADA în fazele incipiente de dezvoltare a sistemelor automate de control au fost sistemele de telemetrie și alarmă.

Toate sistemele moderne SCADA includ trei componente structurale principale:

Unitate terminală la distanță (RTU) un terminal la distanță care procesează o sarcină (control) în timp real. Gama implementărilor sale este largă, de la senzori primitivi care colectează informații de la un obiect până la sisteme de calcul specializate cu toleranță la erori cu multiprocesor care procesează informații și controlează în timp real. Implementarea sa specifică este determinată de aplicația specifică. Utilizarea dispozitivelor de procesare a informațiilor de nivel scăzut permite reducerea cerințelor pentru lățime de bandă canale de comunicare cu centrul de control central.

Unitate terminală principală (MTU), stație principală (MS) centru de control (terminal principal); efectuează prelucrarea și gestionarea datelor nivel inalt, de regulă, în timp (cvasi-) real; Una dintre funcțiile principale este de a oferi o interfață între operatorul uman și sistem (HMI, MMI). În funcție de sistemul specific, MTU poate fi implementat într-o mare varietate de forme, de la un singur computer cu dispozitive suplimentare care se conectează la canale de comunicație până la sisteme de calcul mari (mainframe) și/sau integrate în retea locala stații de lucru și servere. De regulă, la construirea unui MTU, sunt utilizate diferite metode pentru a crește fiabilitatea și securitatea sistemului.

Sistem de comunicare (CS) un sistem de comunicații (canale de comunicație) este necesar pentru transmiterea datelor de la punctele îndepărtate (obiecte, terminale) către interfața centrală a operatorului-dispecer și transmiterea semnalelor de control către RTU (sau un obiect la distanță, în funcție de designul specific al sistemului). ).

Structura funcțională a SCADA

Există două tipuri de gestionare a obiectelor la distanță în SCADA:

automat,
iniţiat de operatorul de sistem.

Există patru componente funcționale principale ale sistemelor de control de supraveghere și achiziție de date:

operator uman,
computer de interacțiune umană,
interacțiunea computerului cu o sarcină (obiect),
sarcină (obiect de control).

Funcțiile operatorului umanîntr-un sistem de control de supraveghere, ca un set de bucle imbricate în care operatorul:

planifică următorii pași care trebuie luați;
preda (programe) sistem informatic pentru acțiunile ulterioare;
monitorizează rezultatele funcționării (semi-)automate a sistemului;
intervine în proces în cazul unor evenimente critice când automatizarea nu poate face față, sau dacă este necesară ajustarea (ajustarea) parametrilor procesului;
învață în timp ce lucrează (dobândește experiență).

Această reprezentare a SCADA a stat la baza dezvoltării metodologiilor moderne de construire a sistemelor de dispecerare eficiente.

Caracteristicile SCADA ca proces de control

Caracteristici ale procesului de control în sistemele moderne de expediere:

Procesul SCADA este utilizat în sistemele în care este necesară prezența unei persoane (operator, dispecer);
procesul SCADA a fost dezvoltat pentru sisteme în care orice influență incorectă poate duce la defectarea (pierderea) obiectului de control sau chiar consecințe catastrofale;
operatorul are în general responsabilitatea generală pentru controlul sistemului, care, în condiții normale, necesită doar ocazional ajustarea parametrilor pentru a obține performanțe optime;
participarea activă a operatorului la procesul de control are loc rar și în momente imprevizibile, de obicei în cazul unor evenimente critice (eșecuri, situații de urgență etc.);
acțiunile operatorului în situații critice pot fi strict limitate în timp (câteva minute sau chiar secunde).

Cerințe de bază pentru sistemele de control al expedierii

Următoarele cerințe de bază se aplică sistemelor SCADA:

fiabilitatea sistemului (tehnologic și funcțional);
securitatea managementului;
acuratețea prelucrării și prezentării datelor;
ușurința extinderii sistemului.

Cerințele de securitate și fiabilitate pentru control în SCADA includ următoarele:

nicio defecțiune a echipamentului nu ar trebui să determine emiterea unei acțiuni false de ieșire (comandă) către obiectul de control;
nicio eroare unică a operatorului nu ar trebui să determine emiterea unei acțiuni false de ieșire (comandă) către obiectul de control;
toate operațiunile de control trebuie să fie intuitive și convenabile pentru operator (dispecer).

Domenii de aplicare ale sistemelor SCADA

Principalele domenii de aplicare a sistemelor de control al expedierii (după surse străine) sunt:

managementul transportului și distribuției energiei electrice;
productie industriala;
generarea de energie electrică;
captarea apei, tratarea si distributia apei;
producția, transportul și distribuția de petrol și gaze;
gestionarea obiectelor spațiale;
managementul transportului (toate tipurile de transport: aerian, metrou, feroviar, rutier, pe apă);
telecomunicatii;
zona militară.

În prezent, în țările străine dezvoltate se constată o creștere reală a introducerii de noi și a modernizării sistemelor de control automatizate existente în diferite sectoare ale economiei; În marea majoritate a cazurilor, aceste sisteme sunt construite pe principiul controlului de supraveghere și al colectării datelor. Este caracteristic că în sfera industrială (în industria prelucrătoare și minieră, energetică etc.) se menționează cel mai des modernizarea instalațiilor de producție existente cu sisteme SCADA de nouă generație. Efectul implementării sistem nou managementul se calculeaza, in functie de tipul intreprinderii, de la sute de mii la milioane de dolari pe an; de exemplu, pentru o centrală termică medie este, potrivit experților, de la 200.000 la 400.000 de dolari. Se acordă multă atenție modernizării instalațiilor de producție care prezintă un pericol pentru mediu mediu inconjurator(întreprinderi chimice și nucleare), precum și cele care joacă un rol cheie în susținerea vieții zonelor populate (alimentare cu apă, canalizare etc.). Încă de la începutul anilor 90, în Statele Unite a început cercetarea și dezvoltarea intensivă în domeniul creării sistemelor automate de control al transportului la sol (vehicule) ATMS (Advanced Traffic Management System).

Tendințe în dezvoltarea mijloacelor tehnice ale sistemelor de control al expedierii

Tendințe generale

Progresul în domeniul tehnologiei informației a condus la dezvoltarea tuturor celor 3 componente structurale principale ale sistemelor de control dispecer și achiziție de date RTU, MTU, CS, ceea ce le-a crescut semnificativ capacitățile; Astfel, numărul de puncte la distanță controlate într-un sistem SCADA modern poate ajunge la 100.000.
Principala tendință în dezvoltarea mijloacelor tehnice (hardware și software) SCADA este migrarea către completare sisteme deschise. Arhitectura deschisă vă permite să selectați în mod independent diferite componente ale sistemului de la diferiți producători; ca rezultat, funcționalitate sporită, întreținere mai ușoară și costuri reduse ale sistemelor SCADA.

Unități terminale la distanță (RTU)

Principala tendință în dezvoltarea terminalelor la distanță este creșterea vitezei de procesare și creșterea capacităților intelectuale ale acestora. Terminalele moderne sunt construite pe baza tehnologiei cu microprocesor, funcționează sub controlul sistemelor de operare în timp real, sunt, dacă este necesar, combinate într-o rețea și interacționează direct sau printr-o rețea cu senzori electronici inteligenți ai obiectului controlat și ai superioarelor. calculatoare de nivel.
Implementarea RTU specifică depinde de aplicație. Acestea pot fi computere specializate (de bord), inclusiv sisteme multiprocesor, microcalculatoare obișnuite sau computere personale (PC); pentru sistemele industriale și de transport, există două direcții concurente în tehnologia RTU: PC-uri industriale (industriale) și controlere logice programabile (în traducerea rusă se folosește adesea termenul controlere industriale) PLC.

Calculatoare industriale Sunt, de regulă, software compatibil cu mașinile PC comerciale convenționale, dar adaptate pentru condiții grele de funcționare, literalmente pentru instalare în producție, ateliere, stații de compresoare de gaz etc. Adaptarea nu se aplică numai la proiecta, dar și arhitecturii și circuitelor, deoarece schimbările de temperatură ambientală duc la deriva parametrii electrici. Ca dispozitive de interfață cu obiectul de control, aceste sisteme sunt echipate cu taxe suplimentare(adaptoare) extinderi, dintre care există o mare varietate pe piață de la diverși producători (precum și furnizorii de PC-uri industriale înșiși). Windows NT este din ce în ce mai utilizat ca sistem de operare în PC-urile industriale care funcționează ca terminale la distanță, inclusiv diferite extensii în timp real dezvoltate special pentru acest sistem de operare (a se vedea mai jos pentru mai multe detalii).

Controlere industriale (PLC) sunt dispozitive de calcul specializate concepute pentru a controla procese (obiecte) în timp real. Controlerele industriale au un nucleu de calcul și module de intrare/ieșire care primesc informații (semnale) de la senzori, comutatoare, convertoare, alte dispozitive și controlere și controlează un proces sau un obiect prin emiterea de semnale de control către actuatoare, supape, întrerupătoare și alte dispozitive de acționare. PLC-urile moderne sunt adesea conectate în rețea (RS-485, Ethernet, diferite tipuri de autobuze industriale) și software, dezvoltate pentru ei, permit programarea și controlul acestora într-o formă convenabilă operatorului printr-un computer situat la nivelul superior al sistemului SCADA, unitatea de control al dispecerului (MTU). Cercetările de piață PLC au arătat că controlerele de la Siemens, Fanuc Automation (General Electric), Allen-Bradley (Rockwell) și Mitsubishi au cea mai dezvoltată arhitectură, software și funcționalitate. De asemenea, sunt de interes produsele CONTROL MICROSYSTEMS, controlere industriale pentru sistemele de monitorizare și control pentru zăcămintele de petrol și gaze, conducte, substații electrice, alimentare cu apă urbană, tratarea apelor uzate și controlul poluării mediului.

O mulțime de materiale și cercetări privind automatizarea industrială sunt dedicate concurenței dintre cele două domenii de PC și PLC; Fiecare dintre autori oferă un număr mare de argumente pro și contra fiecărei direcții. Cu toate acestea, poate fi identificată o tendință majoră: acolo unde sunt necesare fiabilitate sporită și control dur în timp real, sunt utilizate PLC-uri. Aceasta se referă în primul rând la aplicații în sistemele de susținere a vieții (de exemplu, alimentare cu apă, electricitate), sisteme de transport, energie și întreprinderi industriale care prezintă un pericol crescut pentru mediu. Exemplele includ utilizarea PLC-urilor Simatic (Siemens) pentru a controla sursa de alimentare a unei monoraile în Germania sau utilizarea controlerelor Allen-Bradley (Rockwell) pentru a moderniza sistemul de ventilație de urgență învechit și de control al aerului condiționat de la Plutonium Plant 4 din Los Alamos. . Hardware-ul PLC vă permite să construiți în mod eficient sisteme tolerante la erori pentru aplicații critice bazate pe mai multe redundanțe. PC-urile industriale sunt folosite în primul rând în domenii mai puțin critice (de exemplu, în industria auto, modernizarea producției de către General Motors), deși există exemple de aplicații mai critice (metrou din Varșovia, control tren). Potrivit experților, construirea sistemelor bazate pe PLC este de obicei o opțiune mai puțin costisitoare în comparație cu computerele industriale.

Canale de comunicare (CS)

Canalele de comunicare pentru sistemele moderne de dispecer sunt foarte diverse; alegere solutie specifica depinde de arhitectura sistemului, distanța dintre unitatea de control (MTU) și RTU, numărul de puncte controlate, cerințele pentru debitul și fiabilitatea canalului și disponibilitatea liniilor de comunicații comerciale disponibile.

Tendința de dezvoltare a CS ca componentă structurală a sistemelor SCADA poate fi considerată utilizarea nu numai a unei largi varietati de canale de comunicații dedicate (ISDN, ATM, etc.), ci și a rețelelor de computere corporative și a magistralelor industriale specializate.

În sistemele moderne industriale, energetice și de transport, autobuzele industriale au câștigat o mare popularitate - canale specializate de comunicație de mare viteză care fac posibilă rezolvarea eficientă a problemei fiabilității și imunitații la zgomot a conexiunilor la diferite niveluri ierarhice de automatizare. Există trei categorii principale de autobuze industriale, care caracterizează scopul acestora (locul în sistem) și complexitatea informațiilor transmise: Senzor, Dispozitiv, Câmp. Multe anvelope industriale acoperă două sau chiar toate cele trei categorii.

Din varietatea de autobuze industriale utilizate în întreaga lume (aproximativ 70 de tipuri sunt instalate în diverse sisteme doar în Germania), trebuie evidențiată versiunea industrială Ethernet și PROFIBUS, cea mai populară în prezent și, aparent, cea mai promițătoare. Utilizarea protocoalelor specializate în Ethernet industrial vă permite să evitați nedeterminismul inerent al acestei magistrale (datorită metodei de acces abonat CSMA/CD) și, în același timp, să profitați de avantajele sale ca interfață deschisă. Autobuzul PROFIBUS este în prezent unul dintre cele mai promițătoare pentru utilizare în sistemele de control industrial și de transport; oferă transmisie de date de mare viteză (până la 12 Mbaud) rezistentă la zgomot (cod distanță = 4) pe o distanță de până la 90 km. Pe baza acestui autobuz, de exemplu, a fost construit un sistem automat de control al trenului în metroul din Varșovia.

Turnuri de control (MTU)

Principala tendință în dezvoltarea MTU-urilor (turnuri de control) este trecerea majorității dezvoltatorilor de sisteme SCADA la o arhitectură client-server, formată din 4 componente funcționale.

1. Interfață utilizator (operator).(interfata utilizator/operator) este o componenta extrem de importanta a sistemelor SCADA. Se caracterizează prin a) standardizarea interfeței utilizator în jurul mai multor platforme; b) influența din ce în ce mai mare a Windows NT; c) utilizarea unei interfeţe grafice standard (GUI); d) tehnologii de programare orientată pe obiecte: DDE, OLE, Active X, OPC (OLE for Process Control), DCOM; e) instrumente standard de dezvoltare a aplicațiilor, dintre care cele mai populare sunt Visual Basic for Applications (VBA), Visual C++; f) apariția versiunilor comerciale de software de clasă SCADA/MMI pentru o gamă largă de sarcini. Independența obiectelor permite interfeței cu utilizatorul să reprezinte obiecte virtuale create de alte sisteme. Rezultatul este capacitățile sporite de optimizare a interfeței HMI.

2. Management de date(managementul datelor) trecerea de la bazele de date foarte specializate spre sprijinirea majorității bazelor de date relaționale ale întreprinderilor ( Microsoft SQL, Oracol). Sunt efectuate funcții de gestionare a datelor și generare de rapoarte mijloace standard SQL, 4GL; această independență a datelor izolează accesul la date și funcțiile de gestionare a țintelor SCADA, permițând o dezvoltare ușoară aplicații suplimentare privind analiza și managementul datelor.

3. Rețele și servicii(rețele și servicii) trecerea la utilizarea standard tehnologii de rețeași protocoale. Serviciile de management al rețelei, securitate și control al accesului, monitorizarea tranzacțiilor, transmiterea e-mailului, scanarea resurselor (proceselor) disponibile pot fi efectuate independent de cod programul țintă SCADA dezvoltat de un alt furnizor.

4. Servicii în timp real(servicii în timp real) eliberarea MTU de încărcarea componentelor enumerate mai sus vă permite să vă concentrați asupra cerințelor de performanță pentru sarcini în timp real și cvasi-real. Aceste servicii sunt procesoare de mare viteză care gestionează schimbul de informații cu procesele RTU și SCADA, gestionează partea rezidentă a bazei de date, notifică despre evenimente, efectuează acțiuni de gestionare a sistemului și transferă informații despre evenimente către interfața utilizator (operator).

În ciuda dezbaterii în curs între specialiștii în sisteme de control despre care este mai bine, UNIX sau Windows NT? , piața a ales-o clar pe cea din urmă. Decizive pentru creșterea rapidă a popularității Windows NT au fost arhitectura deschisă și mijloace eficiente dezvoltare de aplicații, ceea ce a permis numeroaselor companii de dezvoltare să creeze produse software pentru a rezolva o gamă largă de probleme.

Înălţime aplicații Windows NT în sistemele de control automate se datorează în mare măsură apariției unui număr de produse software, care îi permit să fie folosit ca platformă pentru crearea de aplicații critice pentru misiune în sisteme în timp real, precum și în configurații încorporate. Cele mai cunoscute extensii în timp real pentru Windows NT sunt produsele VenturCom, Nematron și RadiSys.

Soluțiile VenturCom au devenit standardul de facto pentru crearea de aplicații critice în timp real. Platforma Windows N.T. La dezvoltarea unei interfețe pentru aplicații în timp real, dezvoltatorii companiei au luat calea modificării modulului Windows NT al stratului de abstractizare hardware (HAL Hardware Abstraction Layer), care este responsabil pentru generarea de întreruperi de sistem cu prioritate ridicată care interferează cu sarcina de control în timp real greu. Software-ul VenturCom Component Integrator este un mijloc de accelerare a dezvoltării și implementării aplicațiilor în timp real pentru Windows NT; vine ca un pachet integrat format din instrumente pentru crearea de aplicații încorporate (ECK Embedded Component Kit) și extensii reale în timp real (RTX 4.1), permițând aplicațiilor create pentru a rula sub Windows NT să ruleze în timp real.

RadiSys a adoptat o abordare diferită pentru dezvoltarea extensiilor în timp real: Windows NT pornește ca sarcină cu prioritate redusă sub bine-cunoscutul și bine-cunoscutul sistem de operare în timp real iRMX timp de aproximativ 20 de ani. Toate funcțiile de procesare și control în timp real sunt executate ca sarcini cu prioritate înaltă sub iRMX, izolate în memorie de aplicații și Drivere Windows Mecanism de protecție a procesorului NT. Această abordare are avantajul față de soluția VenturCom că sarcina în timp real nu depinde de funcționarea Windows NT: în cazul unei defecțiuni sau catastrofale eroare de sistem V Windows funcționează Sarcina de control în timp real NT va continua să ruleze. Această soluție vă permite să informați sarcina principală despre problemele care au apărut în funcționarea NT și să vă rezervați doar dreptul de a continua să lucrați sau de a opri întregul sistem.

De remarcat că în sistemele SCADA cerința timpului real dur (adică capacitatea de a răspunde/procesa evenimente în intervale de timp clar definite, garantate) se aplică, de regulă, doar terminalelor la distanță; în unitățile de control al dispecerelor (MTU), evenimentele (procesele, obiectele) sunt procesate/gestionate în timp (cvasi) real.

Software de aplicație

Concentrarea pe arhitecturi deschise atunci când construiesc sisteme de control de supraveghere și achiziție de date permite dezvoltatorilor acestor sisteme să se concentreze direct pe sarcina SCADA țintă de colectare și procesare a datelor, monitorizare, analiză de evenimente, control și implementare a unei interfețe HMI.

De regulă, software-ul țintă pentru sistemele de control automate este dezvoltat pentru o aplicație specifică de către furnizorii acestor sisteme înșiși.

Complexul hardware și software pentru controlul expedierii (APK-DK) este cea mai recentă implementare a funcțiilor de control al expedierii la nivel tehnic modern.

Utilizarea tehnologiei informatice a extins funcționalitatea sistemului APK-DK nu numai pentru dispeceratul de trenuri, ci a făcut posibilă și rezolvarea principalelor probleme de monitorizare a stării mijloacelor tehnice ale sistemelor de transport feroviar pe transporturi și stații de zona de expediere.

Astfel, sistemul APK-DK are un dublu scop și oferă:

- culegerea promptă a informațiilor la punctele de semnalizare ale transporturilor despre starea tronsoanelor de cale ferată, semafoarelor și a altor mijloace și transferul acestora în stații pentru utilizarea ulterioară pentru monitorizarea poziției trenului și diagnosticarea tehnică a dispozitivelor de remorcare;
- colectarea promptă a informațiilor în stații despre starea dotărilor și mijloacelor tehnice de cale ferată și transferul acestora către dispeceratul trenului și dispeceratul distanțelor de semnalizare, comunicații și informatice;
- prelucrarea și afișarea informațiilor de la utilizatori pentru a menține un program de trafic executabil; calcularea orarului de prognoză pe baza poziției curente a trenului; calcularea indicatorilor de performanță a șantierului și eliberarea certificatelor; determinarea logică a vacanței false a secțiunii și a proximității periculoase a trenurilor; analiza funcționării dispozitivului; determinarea stării pre-defecțiune a dispozitivelor; detectarea defecțiunilor; optimizarea căutării și eliminarea eșecurilor; arhivarea și recuperarea evenimentelor; statistica și contabilitatea resurselor dispozitivului.

La stații, adică la primul nivel (inferior) de management al procesului de transport (Figura 3.1), se realizează colectarea, transformarea și concentrarea informațiilor despre starea dispozitivelor de distilare și stație. În plus, această informație poate fi afișată pe posturile de lucru ale ofițerului de post și ale electricianului de serviciu, dar sunt transmise în mod necesar la al doilea nivel de control, adică. dispecer tren, iar la postul de lucru al dispecerului pentru semnalizare, comunicatii si echipamente informatice.

Starea dispozitivelor de distilare ale sistemelor ZhAT este controlată de dispozitive automate de control al punctului de semnal (AKST), realizate pe baza de controlere specializate. Cel mai răspândit este blocul AKST-SChM, care este un generator de frecvență care generează pachete ciclice de frecvență cu opt impulsuri trimise la linia de comunicație în conformitate cu starea obiectelor controlate. Cu opt impulsuri de ieșire, datorită manipulării duratei impulsurilor și pauzelor (intervale), AKST-ChM vă permite să controlați starea a șapte senzori (relee) discreti și a doi senzori de prag.

Figura 3.1 - Schema bloc a sistemului complex agroindustrial

La proiectarea APK-DK, se determină o listă de parametri controlați de fiecare AKST-SChM.

Pentru sistemele de blocare automată, parametrii sunt selectați din următoarea listă: lipsa alimentării principale la punctul de semnal; lipsa energiei de rezervă; arderea filamentului principal al lămpii cu lumină roșie; arderea filamentului de rezervă al lămpii cu lumină roșie; arderea filamentului lămpii cu rezoluție; direcția stabilită de mișcare; îndepărtarea îmbinării izolatoare; pierderea tensiunii continue a unității BS-DA; ocuparea terenului bloc; defecțiune a liniei AKST-SChM sau DSM; pierderea ambelor surse de alimentare la instalațiile cu baterie de rezervă; eșec de urgență.

În timpul proiectării, o frecvență purtătoare (frecvența de reglare a oscilatorului) este setată pentru fiecare ACST-FM, deoarece toate ACST-urile secțiunii funcționează pe o linie fizică comună cu diviziunea de frecvență a canalelor.

Până la 30 AKST-FM pot funcționa pe un circuit fizic cu următoarea diviziune de frecvență.

La stații (puncte liniare), informațiile de la AKST-SChM sunt recepționate și analizate de către concentratoarele corespunzătoare (calculatorul industrial). Structural, sistemul constă dintr-un dispozitiv de achiziție de date și un loc de muncă al dispecerului de manevră situat la o distanță de aproximativ 1 km. Comunicarea se realizează printr-o linie cu patru fire.

Un MicroPC este utilizat ca dispozitiv de achiziție de date, care conține:

1) placa procesor 5025A;
2) două carduri I/O discrete 5600;
3) patru OPTO RAC, special conectate la senzori discreti.

De menționat că pentru a controla funcționarea doar a unei jumătăți din stația de triaj, care cuprinde trei parcuri (parcul de primire, parc de sortare și parc de plecare), este necesar să se controleze aproximativ o mie și jumătate de obiecte. Dacă înmulțim acest număr cu costul unui modul optocupler de la Crayhill, obținem o cifră de aproximativ 15.000 USD. Cifra pentru dezvoltatori în timpurile moderne, din păcate, nu este mică. Prin urmare, dezvoltatorii au decis să organizeze matricea de intrare folosind module standard USO. Prețul a scăzut imediat cu un ordin de mărime; al 96-lea a fost folosit cu module I/O de tip G4IDC5. A fost necesară dezvoltarea și fabricarea matricei în sine, dar costurile pentru aceasta s-au dovedit a fi incomparabil mai mici decât dacă problema ar fi fost rezolvată direct. Matricea optocuplerului este o structură modulară, fiecare modul din care vă permite să conectați 16 semnale discrete de curent continuu sau alternativ cu tensiune de la 12 la 30 V. Modulele sunt instalate folosind conectori pe „placa de bază”, care, la rândul său, este conectat la OPTO RAC folosind cabluri standard OCTAGON SYSTEMS . Stația de lucru a dispecerului de manevră este implementată pe un PC de tip IBM AT cu o placă video cu mai multe terminale care suportă patru monitoare. După determinarea hardware-ului, dezvoltatorii s-au confruntat cu problema alegerii unui sistem de operare (OS) sub care să funcționeze sistemul DC. Pe baza cerințelor pentru funcțiile sistemului DC, putem ajunge la concluzia că acest sistem de operare ar trebui

au cel puțin următoarele capacități:

- suport pentru multitasking;
- modul multi-utilizator;
- scalabilitate;
- performanta ridicata;
- lucru in timp real;
- transmitere fiabilă și extrem de rapidă a unor volume mari de date pe un canal de comunicație cu viteză redusă și nu foarte de calitate;
- ușurința conectării diverselor dispozitive hardware;
- lucru pe resurse limitate de sistem;
- sistem de fișiere fiabil;
- posibilitatea de a schimba de la distanță versiunile programului;
- posibilitate de integrare cu alte sisteme.

Sistemul de operare QNX are toate proprietățile de mai sus, la fel și

a determinat alegerea sa ca mediu de operare pentru implementarea sistemului DC. Multitasking-ul este necesar datorită faptului că sistemul DC trebuie să realizeze simultan mai multe sarcini de interacțiune, și anume:

- colectare și prelucrare primară date;
- releu de date;
- afisarea pozitiei trenului;
- înregistrarea defecțiunilor;
- inregistrarea situatiilor tehnologice;
- primirea mesajelor de la Centrul de Calcul;
- mentinerea protocolului de lucru.

Mecanismul de mesagerie implementat în QNX este foarte puternic, pe baza căruia a fost implementat sistemul DC în tehnologia client-server, ceea ce crește fiabilitatea funcționării și face posibilă creșterea atât a numărului de dispozitive de colectare a datelor, cât și a consumatorilor de informații la un nivel scăzut. cost. Suportul pentru modul multi-utilizator este necesar datorită faptului că mai mulți utilizatori pot lucra la sistem în același timp. Se plănuiește conectarea stațiilor de lucru suplimentare ale utilizatorilor pe baza unei rețele locale, unul dintre nodurile căreia va fi la locul de muncă dispecer de manevră. Suportul QNX pentru mai multe standarde de rețea vă oferă posibilitatea de a alege: Ethernet, Arcnet, Token Ring etc.

Cerința de înaltă performanță și funcționare în timp real devine clară dacă luăm în considerare numărul de senzori monitorizați și frecvența specificată de luare a citirilor acestora - de cel puțin 5 ori pe secundă. Mai mult decât atât, la aproape fiecare sondaj apar schimbări în stările câtorva zeci de senzori. Dezvoltatorii au reușit să rezolve problema transmiterii fiabile a datelor pe un canal de comunicație prin combinarea dispozitivului de preluare și a stației de lucru a dispecerului într-o rețea QNX, ceea ce a făcut posibilă utilizarea protocolului de rețea a sistemului și implementarea acestui schimb independent de transmisia de date. mediu pentru programe de aplicație. Rețeaua serială funcționează destul de stabil la o rată de transfer de date de 4800 baud. Pentru a crește debitul rețelei, am folosit un mecanism de compresie/decompresie a datelor implementat de driverul de rețea, care este transparent pentru programele de aplicație.

Nu fără unele dificultăți. Sistemul de operare QNX garantează că, dacă o sarcină este blocată în timpul transmiterii unui mesaj, sistemul va elibera automat blocarea după ceva timp, returnând un cod de eroare. Din păcate, acest mecanism nu funcționează întotdeauna. Sarcina poate rămâne în această stare pe o perioadă nedeterminată pentru o lungă perioadă de timp. Dezvoltatorii au trebuit să monitorizeze și să corecteze această situație în mod programatic. În opinia lor, acest lucru se poate datora prezenței unei erori în driver de rețea Net.fd versiunea 4.22 și când treceți la versiunea 4.23 veți putea scăpa de ea. Dorința de a crea un sistem care nu este strict legat de hardware specific duce la necesitatea scrierii driverelor de dispozitiv. Oricine a scris și depanat drivere de dispozitiv sub DOS știe că este deosebit de incomod ca interfața sistemului de operare pentru drivere și programe de aplicație să fie diferită. În ceea ce privește QNX, scrierea și depanarea driverelor nu este diferită de scrierea și depanarea altor programe. Interfața software este comună tuturor programelor. Driverele pentru placa Octagon 5600 și placa video cu mai multe ecrane au fost scrise destul de repede. Deoarece QNX include un număr mare de manageri de dispozitive și diverse drivere, în multe cazuri puteți utiliza pur și simplu serviciul furnizat, în loc să vă dezvoltați propriul software. Pentru a conecta un modem și a organiza o rețea între dispozitivul de preluare și locul de muncă al dispecerului, a fost folosit un manager de canal serial standard.

Datorită faptului că QNX are dimensiuni mici și structură modulară, a devenit posibilă instalarea acestui sistem de operare pe un Micro PC. Nucleu OS, modul de suport pentru rețea, manager încorporat Sistemul de fișiereȘi programe de aplicație a reușit să încapă în doar 256Kb de memorie flash și 100Kb de RAM statică. Necesită puțin mai mult de 1 MB când lucrează memorie cu acces aleator. Instalarea software-ului pe Micro PC a fost efectuată folosind instrumentul convenabil EKit - un pachet pentru instalarea QNX în sistemele încorporate. Capacitatea de a schimba de la distanță versiunile programului este extrem de necesară în cazul nostru, deoarece Micro PC în modul de funcționare nu are nici ecran, nici tastatură, nici unitate de disc. Accesul transparent la fișierele din rețeaua QNX face munca mult mai ușoară, iar managerul sistemului de fișiere încorporat Efsys vă permite să reprogramați memoria flash și SRAM folosind comanda obișnuită de copiere a fișierelor. După rescriere, este posibil să efectuați o repornire soft computer la distanță cu versiunea actualizată. Dezvoltatorii au avut unele probleme la organizarea unei reporniri soft. O încercare de a o implementa aproape întotdeauna a dus la repornirea mașinii înghețând. Am reușit să ocolim această dificultate setând opțiunea de a anula boot-ul la cald la generarea imaginii OS. Una dintre principalele sarcini stabilite pentru proiectanții sistemului DC a fost să asigure posibilitatea integrării acestuia cu cele existente. dezvoltări software. O astfel de dezvoltare este un sistem pentru menținerea unui grafic al mișcărilor executate, implementat de alți dezvoltatori în Mediul Windows N.T. Având în vedere experiența negativă acumulată în implementarea propriilor protocoale sub DOS, s-a decis să folosim exclusiv protocoale standard pentru andocare. De facto, astfel de protocoale standard sunt familia de protocoale TCP/IP, care a fost un alt argument convingător în favoarea unui sistem care le oferă suport. Pachetul TCP/IP pentru QNX oferă dezvoltatorului nu numai capacitatea de a programa la nivelul Socket API, ci și de a profita de sistemul de fișiere de rețea (NFS), apelurile de procedură la distanță (RPC) în standardul ONC și multe servicii utile. precum telnet și ftp. Sistemul DC, implementat pe baza tehnologiilor hardware și software avansate, ajută dispeceratul să obțină informații fiabile și facilitează foarte mult managementul munca operațională statii. Păstrarea evidenței muncii vă permite să detectați blocajele și să evitați costurile inutile cu materiale. În viitor, apare sarcina de a genera automat numeroase documente care sunt încă completate manual.

procese tehnologice

Într-o arhitectură tipică de sistem SCADA, două niveluri sunt clar vizibile:

nivel de controler local , interacționând cu obiectul de control prin senzori și actuatori;

nivelul managementului operațional un proces tehnologic, ale cărui componente principale sunt serverele, stațiile de lucru ale operatorilor/dispecerii și stațiile de lucru ale specialiștilor.

Distinge de bazăȘi aplicat software (fig. 1).

Orez. 1. Clasificarea software-ului sistemului de control.

De bază Software-ul include diverse componente, dar principalul este sistemul de operare (OS) al software-ului și hardware-ului sistemului de control al procesului. Fiecare nivel al sistemului de control al procesului este reprezentat de „propriul” software și hardware: la nivelul inferior vorbim de controlere, în timp ce principalul mijloc tehnic al nivelului superior este un computer. În conformitate cu aceasta, printre specialiști a apărut următoarea clasificare: incorporatȘi desktop software.

Pentru a rezolva astfel de probleme, se recomandă utilizarea OS în timp real(RTOS). Astfel de sisteme de operare sunt uneori numite deterministe, adică un răspuns garantat într-o anumită perioadă de timp. Majoritatea dispozitivelor cu microprocesor (inclusiv controlere și computere) folosesc un mecanism de întrerupere a procesorului. Într-un sistem de operare în timp real, spre deosebire de un sistem de operare scop general(nu garantează timpul de execuție), întreruperilor li se atribuie priorități, iar întreruperile în sine sunt procesate într-un timp garantat.

Alegerea sistemului de operare depinde de severitatea cerințelor în timp real. Pentru sarcinile critice pentru răspunsul sistemului de control, sisteme de operare în timp real, cum ar fi OS-9QNX, VxWorks.În sistemele cu cerințe mai puțin stricte în timp real, este posibil să se utilizeze versiuni de Windows NT/CE, sau mai degrabă extensiile lor în timp real.

OS-9 aparține clasei de sisteme de operare în timp real asemănătoare Unix și oferă multe elemente familiare ale mediului Unix. Toate componentele funcționale ale OS-9, inclusiv nucleul, managerii de fișiere ierarhici, sistemul de intrare/ieșire și instrumentele de dezvoltare, sunt implementate ca module independente. Prin combinarea acestor module, dezvoltatorul poate crea sisteme cu o mare varietate de configurații - de la nuclee autonome miniaturale, controlere bazate pe ROM, la sisteme de dezvoltare multi-utilizator la scară completă.

OS-9 oferă toate funcțiile de bază ale sistemelor de operare în timp real: managementul întreruperilor, schimbul de informații între sarcini și sincronizarea sarcinilor.

sistem de operare QNX dezvoltat de compania canadiană QNX Software Systems Ltd. este unul dintre cele mai utilizate sisteme în timp real. QNX garantează un timp de răspuns care variază de la câteva zeci de microsecunde până la câteva milisecunde (în funcție de viteza PC-ului și de versiunea QNX). În plus, eficiența ridicată a QNX în sarcinile de control în timp real este asigurată de caracteristici precum multitasking (până la 250 de sarcini pe un singur nod), capabilități de rețea încorporate în nucleul sistemului, gestionarea flexibilă a întreruperilor și priorităților și capacitatea de a executa sarcini în modurile protejate și în fundal.

Sistemul de operare QNX și-a găsit aplicație atât la nivelul inferior al sistemului de control al procesului (OS pentru controlere), cât și la nivelul superior (OS pentru software SCADA).

Sistem de operare în timp real VxWorks este destinat dezvoltării de software pentru computere încorporate care operează în sisteme „hard” în timp real. Sistemul de operare VxWorks include, de asemenea, mediul Tornado de la Wind River Systems cu instrumente de dezvoltare a aplicațiilor software. Dezvoltarea acestuia se realizează pe un computer instrumental în mediul Tornado pentru execuția ulterioară pe computerul țintă (controller) care rulează VxWorks.

VxWorks OS acceptă întreaga linie platforme informatice, inclusiv Intel 386/486/Pentium, PowerPC, DEC Alpha. Platformele acceptate de Tornado includ Sun (Solaris), HP 9000/400,700, DEC Alpha, PC (Windows 95 și NT) și altele.

sistem de operare Windows familiar tuturor ca sistem desktop. Dar acest lucru se aplică în primul rând platformelor Windows 3.xx/95, cărora le lipsește suportul în timp real. Situația s-a schimbat dramatic odată cu apariția Windows NT. Windows NT în sine nu este un sistem de operare în timp real datorită mai multor caracteristici ale acestuia. Sistemul acceptă întreruperi hardware (mai degrabă decât software), nu există o procesare prioritară a procedurilor amânate etc. Dar la sfârșitul secolului XX, o serie de companii au făcut încercări serioase de a transforma Windows NT într-un sistem de operare greu în timp real. Și aceste încercări au fost încununate cu succes. VenturCom a dezvoltat modulul Real Time Extension (RTX), un subsistem în timp real (RT) pentru Windows NT. Acest subsistem are propriul său planificator cu 128 de priorități de întrerupere, care este independent de NT. Timpul maxim de răspuns la întrerupere este de 20-80 µs, indiferent de sarcina procesorului. Acum, cu fiecare întrerupere a temporizatorului, prioritatea este transferată sarcinilor critice de timp. Iar în timpul rămas de la lucru, pot fi efectuate procese „lente”: intrare/ieșire, lucru cu discul, rețea, interfață grafică etc.

pe 32 de biți WindowsC.E. a fost creat de Microsoft pentru calculatoare mici (calculatoare), dar datorită unei serii de avantaje a început să revendice rolul unui sistem de operare standard în timp real. Aceste avantaje includ:

deschidere și ușurință de andocare cu alte sisteme de operare din familia Windows;

timpul de răspuns este de aproximativ 500 μs;

cerințe de resurse de memorie semnificativ mai mici în comparație cu alte sisteme de operare Windows și capacitatea de a construi sisteme fără disc.

Și în 1999, Direct by Koyo a instalat pentru prima dată Windows CE pe platforma microPLC.

Selectarea software-ului și hardware-ului sistemului de operare nivel superior Sistemul de control al procesului este determinat de sarcina aplicației (OS de utilizare generală sau RTOS). Dar cele mai populare și răspândite sunt diferitele versiuni ale sistemului de operare Windows (Windows NT/2000). Acestea sunt echipate cu software și hardware de nivel superior ale sistemelor automate de control al proceselor, reprezentate de calculatoare personale (PC-uri) de putere și configurație variate - stații de lucru ale operatorilor/dispecerați și specialiști, servere de baze de date (DB), etc.

Această situație a apărut ca urmare a mai multor motive și tendințe în dezvoltarea tehnologiilor moderne de informare și microprocesoare.

Iată câteva dintre principalele argumente în favoarea Windows:

Windows este foarte răspândit în lume, inclusiv în Rusia și, prin urmare, este ușor să găsești un specialist care ar putea întreține sisteme bazate pe acest sistem de operare;

acest sistem de operare are multe aplicații care oferă soluții la diverse probleme de prelucrare și prezentare a informațiilor;

Aplicațiile Windows OS și Windows sunt ușor de învățat și au o interfață standard, intuitivă;

Aplicațiile care rulează sub Windows acceptă standardele de comunicare disponibile public;

sistemele bazate pe sistemul de operare Windows sunt ușor de operat și dezvoltat, ceea ce le face economice atât din punct de vedere al suportului, cât și în timpul creșterii treptate;

Microsoft dezvoltă tehnologia informației (IT) pentru Windows într-un ritm rapid, ceea ce permite companiilor care folosesc această platformă să „țină pasul cu vremurile”.

În anii 90, sistemul de operare QNX în timp real a devenit larg răspândit. Există multe exemple de utilizare a QNX la toate nivelurile structurii ierarhice a sistemelor de control al proceselor (de la controlere la servere și stații de lucru). Însă în ultimii ani, activitatea companiei pe piața sistemelor SCADA a scăzut semnificativ, ceea ce a dus la o scădere a numărului de vânzări ale acestui produs software. Acest lucru se explică prin faptul că, în 1995, QNX Software Systems Ltd. și-a anunțat „mișcarea” în sistemele încorporate.

Din punctul de vedere al dezvoltării unui sistem de control, arhitectura software preferată este cea în care software-ul tuturor nivelurilor de control este implementat într-un singur sistem de operare. În acest caz, toate problemele legate de interacțiunea verticală a diferitelor componente software ale sistemului de control sunt eliminate „automat”. Dar, în practică, acest lucru este departe de a fi cazul. Destul de des în sistemele de monitorizare și control dezvoltate, nivelurile inferioare și superioare sunt implementate în sisteme de operare diferite. Iar cea mai tipică situație este atunci când un sistem de operare în timp real este utilizat la nivel de controler, iar la nivel de operator/dispecer sistemul SCADA funcționează sub Windows NT. Este imposibil să faci fără soluții specializate pentru organizarea interacțiunii între subsisteme.

Pentru funcționarea sistemului de control, este necesar un alt tip de software - aplicatsoftware(PPO).

Există două moduri cunoscute de a dezvolta aplicații software pentru sisteme de control:

crearea propriului software de aplicație folosind instrumente

programare tradițională (limbaje standard

instrumente de programare, depanare etc.);

utilizarea celor existente pentru dezvoltarea de software de aplicație

instrumente (gata).

Prima opțiune este cea mai intensivă în muncă. Utilizarea limbajelor de nivel înalt necesită calificări adecvate ale dezvoltatorilor în teoria și tehnologia programării, cunoașterea caracteristicilor unui anumit sistem de operare și a complexităților hardware (controlere). Din punctul de vedere al principalelor criterii - costul și timpul de dezvoltare - această opțiune este inacceptabilă în majoritatea cazurilor.

A doua variantă este mai de preferat. De ce? Dar pentru că astăzi au fost deja create în lume câteva zeci de sisteme instrumentale, bine susținute, dezvoltate și utilizate în crearea a zeci și sute de mii de proiecte de automatizare. Aceste instrumente software testate în timp simplifică (dezvoltatorii de interfețe nu sunt programatori înalt calificați, ci specialiști în automatizare), accelerează și reduc semnificativ costul procesului de dezvoltare.

Din punct de vedere al aplicației, instrumentele gata făcute pot fi împărțite în două clase:

instrumente care vizează dezvoltarea programelor de management dispozitive externe, controlere - CAZ-sisteme ( Inginerie software asistată de calculator);

instrumente menite să asigure o interfață între operator/dispecer și sistemul de control – SCADA-sisteme( Control de supraveghere și achiziție de date- controlul expedierii și colectarea datelor).

Controlerul cere program, conform căruia interacționează cu obiectul. În unele cazuri, vorbim doar despre colectarea datelor de la un obiect, în altele - despre controlul logic (de exemplu, executarea de blocări). În cele din urmă, una dintre principalele aplicații ale controlerului este implementarea de funcții pentru controlul continuu al parametrilor individuali sau al aparatului (procesului) tehnologic în ansamblu.

Companiile care produc echipamente pentru sisteme de automatizare a clădirilor au căutat întotdeauna să-și însoțească produsele cu un set de instrumente software cu care utilizatorul, conform anumitor reguli și acorduri, ar putea descrie logica controlerului. În stadiul incipient de dezvoltare a acestor instrumente software, setul de funcții pe care le-au suportat a fost furnizat de limbaje non-standard. De-a lungul timpului, regulile și acordurile au fost îmbunătățite și la o anumită etapă au fost formalizate sub forma unor limbaje speciale de programare, formând ceea ce se numește acum CAZ-instrumente.

În 1992, Comisia Electrotehnică Internațională (IEC - Comisia Electrotehnică Internațională) a preluat controlul asupra proceselor asociate dezvoltării acestui tip de aplicație software. Au fost prezentate cerințe pentru deschiderea sistemului, a căror îndeplinire ar face posibilă unificarea software-ului și simplificarea dezvoltării:

capacitatea de a dezvolta drivere pentru controlere de către utilizatorii înșiși, de ex. suport pentru produse software pentru programarea controlerelor cu instrumente speciale;

disponibilitatea instrumentelor de comunicare (interfețe) pentru interacțiunea cu alte componente ale sistemului de control;

posibilitatea de a porta nucleul de sistem la o serie de software și hardware

platforme.

Pe piață au apărut un număr mare de pachete care îndeplinesc cerințele de mai sus. În aproape toate aceste pachete mediul de dezvoltare este implementat Windows-interfata, exista mijloace pentru incarcarea aplicatiei dezvoltate in sistemul executiv.

Numele unora dintre aceste pachete sunt date mai jos:

RSLogix 500, RS Logix 5, RSLogix 5000 de la Rockwell Software pentru programarea controlerelor din diferite familii Allen-Bradley;

DirectSOFT pentru controlere din familia Direct Logic de la Koyo;

Pachete PL7 și Concept - Software pentru programarea controlerelor din diferite familii de Schneider Electric;

pachete STEP 5, STEP 7 Micro, STEP 7 pentru programarea controlerelor din familiile S5 și S7 de la Siemens;

Pachet Toolbox pentru configurarea controlerelor din familia Moscad;

Pachet TelePACE pentru programarea controlerelor din serie

TeleSAFE Micro 16 și SCADAPack de la Control Microsystems.

Standardul IEC 1131-3 definește cinci limbaje de programare a controlerului: trei grafice (LD, FBD, SFC) și două text (ST, IL).

LD(Ladder Diagram) este un limbaj grafic pentru diagramele logice ladder. Limbajul LD este folosit pentru a descrie expresii logice de diferite niveluri de complexitate.

FBD(Function Block Diagram) - un limbaj grafic pentru diagramele bloc funcționale. Limbajul FBD este folosit pentru a construi proceduri complexe constând din diverse blocuri funcționale de bibliotecă - aritmetice, trigonometrice, regulatori etc.).

SFC(Sequential Function Chart) - un limbaj grafic pentru diagrame de funcții secvențiale. Limbajul SFC este destinat utilizării în etapa de proiectare a software-ului și vă permite să descrieți „scheletul” programului - logica funcționării acestuia la nivelul pașilor secvențiali și al tranzițiilor condiționate.

SF(Structured Text) - limbaj de text structurat. Acesta este un limbaj de nivel înalt, asemănător mnemonic cu Pascal și este folosit pentru a dezvolta proceduri de procesare a datelor.

IL(Lista de instrucțiuni) - limbajul de instruire. Este un limbaj de asamblare de nivel scăzut și este folosit pentru programarea procedurilor eficiente și optimizate.

La sfarsitul anilor 90 au aparut produsele software deschise ISaGRAF, InControl (Wonderware), Paradym (Intellution), concepute pentru dezvoltarea, depanarea si executia de programe de control atat pentru procese discrete cat si continue.

Acum putem spune deja că marea majoritate a controlerelor și sistemelor de control sunt deservite de produse software care implementează standardul IEC 1131-3.

Pachetul ISaGRAF de la compania franceză CJ International a găsit o utilizare largă în Rusia.

Principalele caracteristici ale pachetului:

Suport pentru toate cele cinci limbi ale standardului IEC 1131-3 plus implementarea limbajului Flow Chart ca mijloc de descriere a diagramelor de stare. În același timp, ISaGRAF vă permite să amestecați programe și proceduri scrise în limbi diferite, precum și inserarea secvențe de cod dintr-o limbă în coduri scrise într-o altă limbă.

Disponibilitatea unui depanator multifuncțional care vă permite

aplicație sarcină operațiune vizualizați starea software-ului

cod, variabile, programe și multe altele.

Suportă diverse protocoale de rețea industrială.

Implementarea de opțiuni pentru a asigura deschiderea sistemului pentru acces la structuri interne datele sarcinii aplicației ISaGRAF, precum și capacitatea de a dezvolta drivere pentru modulele de intrare/ieșire dezvoltate de utilizator însuși și capacitatea de a transfera nucleul ISaGRAF pe orice platformă hardware și software.

Un set de drivere pentru lucrul cu controlere de la diverși producători: PEP Modular Computers, Motorola Computer Group etc.

Disponibilitatea unor editori interactivi suplimentari pentru descrierea variabilelor, constantelor și a configurațiilor de intrare/ieșire.

Mijloace încorporate de monitorizare a modificărilor la codul de program al aplicației ISaGRAF și de tipărire a rapoartelor despre proiectul dezvoltat cu un grad ridicat de detaliu, inclusiv tipărirea tabelelor de referință încrucișată pentru programe și variabile individuale.

Documentația completă a etapelor de dezvoltare.

Instrumentele software de nivel superior pentru sistemele de control al proceselor (pachete SCADA) sunt concepute pentru a crea aplicații software pentru panouri de monitorizare și control, implementate pe diverse platforme informatice și stații de lucru specializate. Pachetele SCADA permit, cu o cantitate minimă de programare în instrumente de limbaj simplu, dezvoltarea unei interfețe multifuncționale care oferă operatorului/dispecerului nu doar informații complete despre procesul tehnologic, ci și capacitatea de a-l controla.

Acum, pe piața rusă există câteva zeci de pachete SCADA deschise care au aproape aceeași funcționalitate. Dar asta nu înseamnă deloc că oricare dintre ele poate fi adaptat cu succes unui anumit sistem de management cu același efort (de timp și financiar), mai ales când vine vorba de modernizarea acestuia. Fiecare pachet SCADA este unic în felul său, iar alegerea sa pentru un sistem de automatizare specific, discutată în paginile periodicelor speciale de aproape zece ani, rămâne încă relevantă.

Mai jos este o listă cu cele mai populare pachete SCADA din Rusia.