Распределенные системы управления

1 Лекция №4 Распределенные системы управления (DCS - Distributed Control Systems) 1. Определение, назначение, функциональные отличия от SCADA Распределенной Системой Управления принято называть большую систему управления, поставляемую в полном комплекте одним производителем. При этом в комплект системы всегда входят контроллеры (управляющие процессоры), платы и модули ввода/вывода, сетевое оборудование, рабочие станции, программное обеспечение - все от одного производителя. Часто производитель РСУ создавал свои сети управления и свои рабочие станции, поскольку на момент их рождения и сеть Ethernet, и компьютеры (РС) были достаточно слабы. РСУ обычно разрабатывались (и сейчас разрабатываются) для автоматизации непрерывных технологических процессов - это то, что называют АСУТП. РСУ никогда не применялись для управления процессами упаковки, сварки автомобилей, разлива пива в бутылки и другими дискретными процессами. Функционально РСУ отличались (и до сих пор отличаются) от систем ПЛК+СКАДА (PLC + SCADA) следующими свойствами:  База данных распределена между контроллерами, но выглядит единой с точки зрения инженера. Именно это свойство и заложено в название "РСУ".  Операторский интерфейс тесно интегрирован в систему. Это не ПО SCADA, которое нужно "привязывать" к аппаратным средствам (железу). Здесь все работает сразу после включения питания и без какой-либо настройки.  Интенсивная и обширная обработка тревог (алармов) и событий реализуется также без каких-либо усилий со стороны разработчика.  Возможность вести разработку конфигурации и вносить изменения онлайн, (то есть, не останавливая процесса управления).  Возможность менять отказавшее оборудование и расширять систему (добавлять новые узлы и платы) без отключения питания.  Глубокая диагностика от уровня операторского интерфейса до отдельного канала ввода/вывода без какой-либо настройки.  Возможность резервирования любого компонента системы (контроллер, модуль ввода/вывода, операторские станции) на аппаратном уровне и без какой-либо настройки программного обеспечения. Все это, разумеется, делает начальную цену РСУ более высокой по сравнению с ПЛК+СКАДА, но на порядок снижает время разработки и внедрения. Понятие "распределенная система" не относится к территориальным признакам. Территориально распределенные системы принято называть 2 "системами телемеханики", "системами телеметрии" или просто "СКАДАсистемами". Отметим, что вышеперечисленные свойства относятся к классическим РСУ (DCS) - TDC3000, PlantScape фирмы Honeywell; I/A Series фирмы Foxboro; CENTUM CS3000 фирмы Yokogawa и другим. Компании - производители DCS  Foxboro (I/A Series);  Honeywell (PlantScape);  Fisher-Rosemount (Delta-V);  ABB (Symphony);  Yokogawa (Centum XL);  Valmet (Dimatic). 2. Краткая характеристика DCS-систем  Система CENTUM CS3000 предназначена для управления достаточно большими технологическими процессами и производствами. Она гибко масштабируема и организована по доменному принципу (состоит из сегментов). Система может включать до 16 доменов, каждый из которых включает максимум 64 станции управления (из них не более 16 станций оператора). Максимальное количество станций на всю систему - 256. Домены (сегменты) сети объединяются в единую систему управления с помощью конвертеров шины BCV (Bus Converter). Возможно построение иерархической системы (3-х уровневая шина с двумя конвертерами шины). Станция оператора поддерживает до 100 000 параметров (станция LHS4000 - до 1 000 000 параметров). Минимальная конфигурация системы - одна станция управления и одна станция оператора. Конфигурация системы CENTUM CS3000 с несколькими сегментами сети V-net представлена на слайде 16. В системе имеется два типа станций управления: - стандартная станция с дублированными CPU, представляющими собой работающую пару (два CPU на одной плате) и резерв, с дублированной шиной V-net и платами питания, модулями ввода/вывода; - компактная станция (один шкаф). Существует два типа стандартных станций управления: - станция KFCS, в которой управляющие блоки FCU и узлы блоков ввода/вывода соединяются шиной ESB (расширенная объединительная плата) или дистанционной шиной ER; - станция LFCS, в которой управляющие блоки FCU и узлы блоков ввода/вывода соединяются шиной RIO. 3  Станции KFCS предназначены для высокоскоростного управления. Они включают в свой состав следующие компоненты: - блок управления (FCU), включающий внешний интерфейс с сетью V-net, а также дублированные процессорные платы, блоки питания, аккумуляторные батареи и интерфейсные платы шины ESB; - узел блока модулей ввода/вывода, включающий аналоговые, дискретные и многоточечные модули ввода/вывода, интерфейсные модули связи с блоком управления (ESB) и удаленными узлами (ER); - модули связи с полевой шиной (FF H1). Имеется два типа узлов блока модулей ввода/вывода: - локальный узел блока ввода/вывода, подключаемый непосредственно к блоку управления (FCU) и находящийся в шкафу станции (рис. ниже); - дистанционный (удаленный) узел блока ввода/вывода с интерфейсом Ethernet, монтируемый в удаленном шкафу рядом с датчиками и исполнительными устройствами. Для подключения к блоку управления локальных узлов, устанавливаемых в шкафу станции управления, используется шина ESB. Шина ESB может иметь резервирование, а ее максимальная протяженность составляет 110 м, а скорость - 128 Мбит/с. Для подключения к блоку управления удаленных узлов с помощью интерфейсного модуля, устанавливаемого в шкафу станции управления, используется шина ER. Эта шина также может быть зарезервирована. Узлы блоков ввода/вывода, расположенные на шине ER, устанавливаются в удаленных шкафах или на стойках. Максимальное расстояние при передаче составляет 185 м при использовании Ethernetсовместимого коаксиального кабеля 10Base2, 500 м - при использовании коаксиального кабеля 10Base5 и до 2 км - при использовании повторителей оптической шины. Компоненты станции управления KFCS монтируются в специальном шкафу или в стойках. Станция управления поддерживает до 10 блоков ввода/вывода (до 8 модулей ввода/вывода в каждом блоке). Компоновка специального шкафа станции управления KFCS: передняя часть - блок управления FCU и 5 блоков ввода/вывода; задняя часть - 5 блоков ввода/вывода. Пример монтажа блоков на передней части специального шкафа показан на рисунке справа.  Станции LFCS адаптированы для систем управления с большим количеством ввода/вывода. 4 В станции управления LFCS с подключенными устройствами через шину RIO реализовано резервирование центрального процессора. Возможно также резервирование шины RIO и различные варианты монтажа в шкафу или на стойке. В варианте с резервированием блока управления резервирование имеют процессорная плата, блок питания, аккумуляторный блок и интерфейсный модуль шины RIO. Узлы блоков ввода/вывода, подключаемые к блоку управления с помощью шины RIO, не обязательно должны находиться в шкафу станции управления. При удалении блоков ввода/вывода от станции на расстояние до 750 м используется экранированная витая пара. Применение повторителей шины и оптоволоконной связи увеличивает расстояние до 20 км, причем повторители и оптоволоконные линии можно чередовать до четырех раз.  Основными компонентами системы PlantScape (Honeywell) являются: - гибридный контроллер для дискретного управления и управления интегрированным процессом; - функциональный сервер; - операторский интерфейс (HMI); - программное обеспечение сервера и контроллеров; - сети управления ControlNet. Компоненты системы PlantScape были разработаны так, чтобы функционировать как единая высоко оптимизированная система, обеспечивая выполнение таких функций и такую эффективность, которые обычно недоступны для систем со слабой взаимосвязью человеко-машинного интерфейса (HMI) и программируемых логических контроллеров (PLC). Процессоры системы поддерживают до 64 модулей ввода/вывода независимо от плотности модулей. Максимальное количество аналоговых модулей - 32. Модули ввода/вывода могут быть размещены как локально, так и удаленно. Архитектура системы PlantScape представлена на слайде 17. Взаимодействие компонентов системы на уровне управления осуществляется с помощью открытой сети ControlNet, которая обеспечивает связь контроллеров с сервером, контроллеров между собой и контроллеров с вводом/выводом. По этой сети сервер получает данные из контроллеров для обновления дисплеев, осуществляет сбор исторических данных и информации об алармах. ПО Control Builder пользуется этой сетью для загрузки и мониторинга алгоритмов управления. Пропускная способность сети ControlNet с учетом резервирования составляет 5 Мбит/с и характеризуется возможностью детерминированной передачи данных. С физической точки зрения средства передачи данных представляют собой коаксиальный кабель с поддержанием шинной топологии типа «магистрали с ответвлениями». Максимальная длина кабеля с медным покрытием сегмента сети составляет 1 км (максимальная длина зависит от количества разветвителей). Установка промежуточных повторителей, количество которых может достигать 5, позволяет использовать кабель с 5 медным покрытием длиной до 6 км. Использование дополнительных волоконно-оптических удлинителей ControlNet позволяет увеличить длину сети до 22 км. Каждый сегмент супервизорной/равноправной сети поддерживает до 6 контроллеров без резервирования или до 5 контроллеров с резервированием. Каждый управляющий процессор может объединять до 8 шасси ввода/вывода через сеть ввода/вывода. Система PlantScape может быть интегрирована с контроллерами различных фирм-производителей. Это взаимодействие может быть реализовано двумя путями: через сеть ControlNet и непосредственно через сервер. Для того, чтобы устройства могли связываться друг с другом через сеть ControlNet, требуется использовать протокол, понятный обоим устройствам. На сегодняшний день такими протоколами являются ControlNet и DH+, поддерживаемые некоторыми устройствами фирмы Allen-Bradley. К ним относятся PLC-5/C, и ControlLogix5550, поддерживающие сеть ControlNet, а также PLC-5 на DH+. Кроме того, система PlantScape имеет встроенную коммуникацию Foundation Fieldbus (FF H1), поддерживаемую сервером.  Архитектура I/A Series (Foxboro) долгие годы была основана на концепции узла (Node), который являлся базовым элементом построения систем управления технологическими процессами. В соответствии с такой архитектурой каждый узел системы работает независимо и выполняет все функции, связанные с автоматизацией процесса. Он может быть связан с другими узлами Foxboro или устройствами других фирм через совместимые сети. Узел состоит из набора модулей двух типов – процессорных модулей и модулей ввода/вывода, которые объединены между собой посредством шины узла Nodebus. Узел представляет собой промышленный шкаф с набором модулей, соединенных с рабочими станциями (операторскими и инженерными) и полевыми устройствами. Типичная система управления I/A Series, включающая один узел, приведена на слайде 18. В системе имелось четыре типа процессорных модулей: - прикладные процессоры (AP) – компьютеры, обычно подключаемые к запоминающим устройствам большой емкости для передачи данных в обоих направлениях; - процессоры рабочих станций (WP, AW) – компьютеры, к которым подключаются видеомониторы, клавиатура и другие устройства рабочих станций; - процессоры связи - интерфейсы и шлюзы для обеспечения взаимодействия компонентов системы управления через локальные сети, распределенные сети, устройства RS-232/RS-485; - управляющие процессоры (CP), к которым подключаются модули ввода/вывода полевой шины. 6 Примечание. Разделение по функциям рабочих станций объясняется низкой производительностью процессоров персональных компьютеров того времени. Функции операторского интерфейса выполняли рабочие станции WP, функции конфигурирования управляющих процессоров – рабочие станции AW, функции работы с файлами, устройствами памяти, функции управления оборудованием, хранения конфигурации системы - рабочие станции AP. Набор компонентов узла, представленный на слайде 18, не является обязательным и определяется конфигурацией системы. На ранних этапах развития системы I/A Series в качестве модулей ввода/вывода использовались модули FBM (FBM1, FBM2…) монтируемые в каркасах и шкафах. К ним подсоединялись датчики технологических параметров и исполнительные устройства. При использовании удаленного ввода/вывода связь с управляющими процессорами обеспечивалась изоляторами полевой шины FBI. Изолятор полевой шины применялся для обеспечения гальванической развязки и уменьшения цифрового взаимовлияния удаленной полевой шины и системы ввода/вывода. Изоляторы устанавливались в каркасы для монтажа модулей ввода/вывода. Управляющие процессоры (CP - Control Processors) – ядро системы I/A Series - обеспечивают обработку полевых сигналов с модулей FBM. Управляющий процессор содержит в памяти базу данных и алгоритмы управления процессом, и в соответствии с ними происходит обработка сигналов. Управляющие процессоры обладают большой производительностью, что позволяет осуществлять операции с плавающей точкой и реализовывать сложные алгоритмы управления. Первым управляющим процессором был CP10. Затем широкое распространение получили более производительные CP30 и CP40 и их модификации CP30В и CP40В. Локальная сеть I/A Series Carrierband обеспечивает удаленный обмен данными между узлами системы управления. С развитием цифровой техники совершенствовалась и I/A Series. Деление рабочих станций на WP (операторские) и AW (инжиниринговые) стало условным. Отпала необходимость выделять прикладные станции AP в связи с возросшей производительностью персональных компьютеров. На смену изоляторам FBI пришли коммуникационные модули FCM, на смену связным процессорам – специальные модули системных интеграторов. Постепенно возрастала производительность и управляющих процессоров. В конце 90-х годов появились управляющие процессоры СР60. Была разработана новая серия модулей - FBM200, которые взаимодействовали с управляющим процессором через коммуникационные модули FCM. Первоначально система I/A Series работала на компьютерах под управлением Unix-подобной операционной системы (Solaris) и, соответственно, всё программное обеспечение было написано под Unix. Появление популярной операционной системы Microsoft Windows NT стимулировало выпуск очередной версии I/A Series – шестой. 7 Архитектура I/A Series шестой версии приведена на слайде 19. Резервированная шина Nodebus объединяет все станции системы, обеспечивая обмен информацией между ними. Шина располагается в процессорных корзинах для управляющих процессоров и интерфейсных модулей. Можно последовательно соединить 4 корзины. Для более крупных конфигураций используются расширители шины Nodebus – усилителиповторители сигнала. Интерфейсные модули применяются для подключения рабочих станций к шине Nodebus. Применяются два типа интерфейсных модулей: - модуль DNBT (ранняя версия); - модули RCNI/NCNI (новая версия). Модуль DNBT устанавливается в процессорную корзину и обеспечивает интерфейс между рабочей станцией и шиной Nodebus. На каждую станцию требуется свой коммуникационный модуль. Максимальная длина кабеля между рабочей станцией и DNBT (CP) составляет 150м, скорость передачи данных 10Мбит/сек. Модули NCNI/RCNI обеспечивают более гибкое построение системы. Модуль NCNI располагается в процессорной корзине. Он соединён с шиной Nodebus и модулем RCNI (слайд 19). Модуль RCNI соединён непосредственно с рабочей станцией. Применение модулей RCNI/NCNI более предпочтительно по следующим причинам: - расстояние между рабочей станции и CP может достигать 2 км, так как между RCNI и NCNI может быть установлено оптоволоконное расширение; - скорость обмена данными с рабочей станцией может выбираться 10 100 Мб/сек; - можно подключать несколько RCNI к одному NCNI при помощи коммутаторов, т.е. использование одного установочного места в процессорной корзине дает возможность подключить несколько рабочих станций (их количество определяется возможностями коммутатора и свободными IP-адресами). В одной системе управления можно использовать одновременно оба типа модулей. Подсистема ввода/вывода состоит из модулей FBM200 и коммуникационных модулей FCM. Данные модули устанавливаются на базовых платах, внутри которых находится шина Fieldbus. Связь между FBM и FCM реализуется по протоколу HDLC со скоростью 2Мб/сек. Модули FCM преобразуют пакеты HDLC в пакеты Ethernet 10Мб/сек для взаимодействия с управляющими процессорами. К одному управляющему процессору можно подключить через коммутатор до 6 коммуникационных модулей FCM. В 2004 году появилась восьмая версия системы I/A Series, принципиально отличающаяся от прежних версий. В восьмой версии реализован совершенно другой принцип построения сети управления, маршрутизации, передачи данных, а также представлено новое поколение управляющих процессоров. 8 Упрощенная архитектура I/A Series восьмой версии представлена на слайде 20. В этой версии центральным компонентом системы является сеть управления Mesh, которая соединяет управляющие процессоры, рабочие станции и подсистемы ввода/вывода в сеть 100Мб/1Гб. Сеть управления Mesh представляет собой коммутируемую сеть Fast Ethernet, основанную на стандартах IEEE 802.3u (Fast Ethernet) и IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet). Сеть состоит из коммутаторов Ethernet, образующих определенную топологию. Резервированная сеть управления Mesh предоставляет многочисленные каналы связи между любыми двумя устройствами сети, что обеспечивает высокую надёжность. Устройствами системы, подключаемыми к коммутаторам, являются: - рабочие станции, подключаемые к коммутаторам без использования интерфейсных модулей; - управляющие процессоры FCP270, напрямую взаимодействующие с подсистемами ввода/вывода; - управляющие процессоры ZCP270, взаимодействующие с подсистемами ввода/вывода через коммуникационный модуль FCM100Et. В настоящее время системы I/A Series 6-7 и 8 версий несовместимы. Но разрабатывается модуль, который позволит включать в 8 версию системы сегменты, выполненные на шине Nodebus. Рабочие станции обеспечивают интерфейс между системой и человеком для управления технологическим процессом, а также для конфигурирования и поддержки самой системы управления. В настоящее время один компьютер способен выполнять все необходимые операции по конфигурированию системы, отображению информации и хранению данных. Тем не менее, в системе I/A Series различают операторские рабочие станции (WP) и инженерные рабочие станции (AW). Компьютер станции AW, как правило, имеет больший объём оперативной памяти по сравнению с компьютером операторской станции WP (1024 Мб и 512 Мб, соответственно). 3. Процессоры и сети в DCS-системах Задача управляющих процессоров и контроллеров DCS-систем – поддержка большого количества контуров регулирования и логического управления. Большинство контуров критично ко времени выдачи управляющих воздействий. Это предопределяет жесткие требования к процессорным платам, типам процессоров и рабочим частотам, объему оперативной памяти. 9  Характеристика процессоров системы I/A Series приведена в таблице. Процессор CP60 ZCP270 FCP270 Тип процессора AMD DX5 AMD Elan SC520 AMD Elan 520 Частота, МГц 133 100 100 Память RAM, Мб 8 16 16 SDRAM SDRAM Память Flash, Мб 32 32 Скорость связи с FBM 2 Мб/с 2 Мб/с 2 Мб/с Число подключенных Max 120, Max 120 Max 30 модулей по 30 на FCM, по 24 на FBI  Управляющий процессор C200 (система PlantScape) представляет собой двухплатный модуль удвоенной ширины на базе процессора 100 MHz PowerPC 603E с ОЗУ (8 Мбайт) и функцией выявления и исправления ошибок. В качестве постоянной памяти используется ПЗУ (4 Мбайт) с параллельным стиранием и с защитой от ошибок по четности. Встроенная литиевая батарейка служит для сохранения резервной копии базы данных контроллера, а дополнительный модуль батарей шириной в два слота обеспечивает функцию подзарядки вместо замены литиевой батарейки. Этими же причинами обусловлены применяемых в DCS-системах. и параметры сетей и шин,  V-net (CENTUM CS3000) - сеть управления реального времени со скоростью обмена данными 10 Мбит/с. Эта сеть объединяет такие компоненты системы управления как станция управления, станция оператора, BCV, CGW. Сеть может быть зарезервирована. Протяженность сети при соединении со станцией оператора - 185 м, при подключении других устройств - до 500 м. Расширение сети достигается применением повторителей и оптических повторителей (максимум 4), что позволяет удлинить сеть до 20 км. Система с одной станцией оператора с установленными на ней функциями проектирования не требует сети Ethernet. С помощью Ethernet можно объединить между собой станцию оператора и инжиниринговую станцию, а также супервизорные системы. Станции управления типа KFCS, предназначенные для высокоскоростного управления, используют внутреннюю шину ESB для подключения локальных узлов ввода/вывода, имеющую скорость обмена 128 Мбит/с.  В последней версии I/A Series центральным компонентом системы является сеть управления Mesh, которая соединяет управляющие процессоры, рабочие станции и подсистемы ввода/вывода в сеть 100Мб/1Гб. Управляющий процессор FCP270 непосредственно соединен волоконнооптическим кабелем 100Мб/с Ethernet с сетью управления Mesh. “Снизу” управляющий процессор FCP270 соединен с полевой шиной без использования интерфейсного модуля FCM. Скорость обмена данными с 10 полевыми устройствами (датчиками, исполнительными механизмами) осуществляется по шине Fieldbus - 2 Мб/с (протокол HDLC).  ControlNet (PlantScape) - это гибкая высокопроизводительная сеть, поддерживающая как супервизорный/равноправный обмен информацией (контроллеры с HMI), так и сетевой ввод/вывод. Это открытая сеть, спецификация которой принадлежит и контролируется ControlNet International, для которой Honeywell является членом-учредителем. Пропускная способность с учетом резервирования составляет 5 Mбит/с и характеризуется возможностью детерминированной передачи данных. С физической точки зрения средства передачи данных представляют собой коаксиальный кабель с поддержанием шинной топологии типа «магистрали с ответвлениями». 4. Надежность DCS-систем CENTUM CS3000. В станции управления могут быть зарезервированы платы CPU, внешние интерфейсы сети V-net, интерфейсные платы шины RIO и внутренняя шина узла. Имеются модели с резервным источником питания. На каждой процессорной плате находится два процессора (слайд 21). Каждый процессор выполняет одни и те же управляющие вычисления, а результаты вычислений сравниваются между собой. Если результаты согласуются, то они передаются в память и на интерфейсную плату шины. Если результаты работы процессоров не совпадают, то сравнивающее устройство (компаратор) воспринимает это как нештатную ситуацию и переключается на резервную плату. Резервная процессорная плата выполняет те же самые вычисления, что и основная плата. При переключении ее в активное состояние вычисленные на ней результаты передаются на интерфейсную шину без прерывания процесса управления. При обнаружении ошибки состояния CPU производится самодиагностика платы, и если аппаратные средства в норме, плата возвращается из нештатного состояния в резервное. I/A Series. Отказоустойчивая версия FCP270 состоит из двух параллельно работающих модулей с двумя отдельными соединениями с сетью управления Mesh. Два модуля управляющего процессора, связанные друг с другом как отказоустойчивая пара, обеспечивают непрерывную работу объекта управления в случае практически любой аппаратной неисправности одного из модулей этой пары. Оба модуля принимают и обрабатывают информацию одновременно, и неисправности обнаруживаются самими модулями. Одним из важных методов обнаружения неисправности является сравнение коммуникационных сообщений на внешнем интерфейсе модуля. При обнаружении неисправности, коммуникационное сообщение прерывается, и выполняется самодиагностика обоих модулей, чтобы определить, какой из модулей является неисправным. Затем исправный модуль принимает на себя управление, не оказывая влияния на нормальную работу системы. После этого сообщение о прерванном коммуникационном сообщении передается исправным модулем через механизмы повторной передачи коммуникационного протокола. 11 PlantScape. Резервирование контроллера системы PlantScape состоит в использовании двух каркасов с одинаковыми процессорами (слайд 22). В соответствии с технологией резервирования определяются ошибки в работе основного процессора, гарантируется синхронизация базы данных, осуществляется безударное переключение. При конфигурировании резервированного контроллера содержимое каркасов должно быть идентичным и без модулей ввода/вывода. Связь между каркасами осуществляется с помощью модулей резервирования (RM), соединенных между собой оптоволоконным кабелем (скорость обмена 20 Мбит/с). Коммуникационные сети между сервером и контроллером, между контроллером и удаленным вводом/выводом могут быть также зарезервированы (опция). Возможно резервирование и локальной сети. 5. Интегрированное программное обеспечение (на примере I/A Series) ПО I/A Series представляет собой набор программ, каждая из которых предназначена для выполнения конкретной функции. Другой отличительно особенностью ПО системы является высокая степень интеграции с аппаратными средствами. SCADA-пакеты могут работать с контроллерами различных производителей (при условии наличия соответствующих драйверов), ПО I/A Series предназначено только для работы в системе. До установки основной части ПО I/A Series проводится процедура System Definition, выполняемая в одноимённом программном пакете, которая предназначена для конфигурации аппаратной части системы. Поскольку система под конкретный проект поставляется “под ключ”, данная процедура выполняется поставщиком. При изменении конфигурации системы (добавление станций, модулей FBM, управляющих процессоров) данная процедура должна проводиться вновь и всё ПО I/A Series устанавливаться заново. Основой программного обеспечения I/A Series является программа FoxView. Она представляет собой “окно” пользователя в среду I/A Series. Одна из основных функций FoxView – отображение хода технологического процесса во времени и предоставление оператору средств контроля. В программе осуществляется сигнализация неполадок в работе аппаратной части и алармов технологического процесса. Из главного меню FoxView может быть осуществлён доступ к различным конфигураторам, используемым для создания прикладного ПО системы управления конкретным процессом. Наиболее важным конфигуратором является конфигуратор интегрированного управления ICC (Integrated Control Configurator), предназначенный для создания и редактирования базы данных управляющего процессора. Для создания мнемосхем технологического процесса, называемых по терминологии I/A Series технологическими дисплеями или просто дисплеями, а также для построения трендов и фейсплейтов (окно, содержащее информацию о переменных, хранящихся в базе данных) используется пакет FoxDraw. Для мониторинга аппаратной части системы и её настройки применяется программа SMDH (System Monitor Display Handler). Для отображения алармов технологического процесса применяется Alarm Manager, доступ к которому осуществляется из окна FoxView. Конфигуратор 12 данной программы используется для настройки параметров отображения алармов. В целях работы с информацией базы данных (ведение истории, архивирование и т.д.) используется пакет AIM*AT. Он включает в себя ряд программ предназначенных для различных целей:  AIM*Historian для ведения истории процесса и архивирования данных  AIM*DataLink для экспорта информации из базы данных в ПО сторонних поставщиков (например, в Excel)  AIM*Explorer используется для построения усовершенствованных трендов параметров процесса  OPC Server применяется для передачи информации в сеть предприятия Помимо данных программных средств, работающих только в среде I/A Series, широко распространено инженерное ПО – FoxCAE и IACC, обладающие возможностью функционировать вне системы. Окно программы FoxView (слайд 23) при загрузке автоматически появляется на экране монитора. Окно программы разбито на несколько областей:  Строка главного меню.  Системная панель, содержащая две кнопки – System и Process, строку времени/даты и строку событий.  Строка состояния, на которой указываются путь к открытому технологическому дисплею, текущая рабочая среда, число открытых оверлеев, используемый экземпляр истории.  Дисплейная панель, обеспечивающая быстрый доступ к технологическим дисплеям.  Область отображения технологических дисплеев. Важным понятием при работе в FoxView является понятие рабочей среды, или просто среды. Среда определяет внешний вид окна и предоставляет различный уровень доступа к его объектам. Изначально определено четыре среды:  Initial  Operator  Process_Eng  Softw_Eng Каждой среде соответствует три одноименных (имя среды) файла разных типов (.env, .mbr и .), находящихся в каталоге D:/opt/env. В них прописаны все элементы окна FoxView и уровни доступа. Создание новых троек файлов с другими именами позволяет создать новые среды. Среда Softw_Eng предоставляет максимальный доступ к конфигураторам системы. Важным элементом окна является системная панель, в частности кнопки System и Process (см. слайд 23, слева вверху), отображающие соответственно неисправности аппаратных средств системы и алармов процесса. Они могут быть красного или зелёного цвета. 13 Мигает Не мигает Красный Аларм не квитирован Аларм квитирован Зелёный Нет алармов, но что-то Нет алармов осталось несквитированным При нажатии на кнопки запускаются соответственно SMDH (программа мониторинга аппаратной части) и Alarm Manager. SMDH позволяет просмотреть конфигурацию оборудования, выявить неисправности, произвести настройку. Alarm Manager служит для отображения алармов технологического процесса. Из Alarm Manager доступно семь дисплеев алармов, переключение между которыми осуществляется из пункта главного меню Displays:  Most Recent Alarms (самые последние аварийные сигналы) – самые последние неквитированные аварийные сигналы, обновляемые каждую секунду.  New Alarm Summary (Сводка новых аварийных сигналов) – все активные неквитированные аварийные сигналы.  Unacknowledged Alarm Summary (Сводка неквитированных аварийных сигналов) – все неквитированные аварийные сигналы, которые вернулись в нормальное состояние.  Acknowledged Alarm Summary (сводка квитированных аварийных сигналов) – все активные квитированные аварийные сигналы.  Alarm History (предыстория аварийных сигналов) – все сообщения об аварийных сигналах и возвратах в нормальное состояние из выбранного архиватора Historian.  Operations (Операции) – управление сиреной и возможность изменения среды. База данных управляющего процессора. Конфигуратор ICC. В основе функционирования системы I/A Series лежит база данных управляющего процессора. База данных представляет собой набор компаундов, в состав которых входят блоки. Блок – это типовой алгоритм, предназначенный для выполнения определённой функции. Существует более ста стандартных алгоритмов. Каждый блок обладает большим набором параметров, позволяющих приспособить стандартный алгоритм под выполнение конкретной задачи. Параметры блоков устанавливаются в процессе создания базы данных. Блоки объединяются в компаунды. Компаунд – логическая совокупность блоков, выполняющихся вместе (с одними и теми же периодом и фазой). Упрощенно, компаунд – это алгоритм управления технологическим параметром (параметрами), построенный на базе типовых алгоритмов (блоков). Например, если речь идет о регулировании технологического параметра по одноконтурной схеме (объект, датчик, регулятор, исполнительное устройство), компаунд должен состоять (как минимум) из трех последовательно соединенных блоков 14 – блока аналогового ввода - AIN, блока, реализующего закон регулирования (например, PID), и блока аналогового вывода - AOUT. Реально цепочка блоков компаунда включает еще и другие блоки, но в рамках данной лекции это не рассматривается. Для создания и редактирования базы данных в среде I/A Series применяется интегрированный конфигуратор управления (ICC), а для просмотра детальных дисплеев блоков и компаундов (окна, содержащие значения всех параметров, а также тренды, средства управления и ручного ввода) – программа FoxSelect. Доступ к ICC осуществляется из главного меню FoxView - Config/Control_cfg/CIO_config. Эта команда вызывает на экран стартовое окно программы (слайд 24), называемое окном выбора компаундов COMPOUND SELECTION. После создания компаунда потребуется создание блоков, реализующих алгоритм управления, ввод параметров блоков. Затем компаунд должен быть загружен в управляющий процессор (если его разработка проводилась в библиотеке). Проверка его работы осуществляется в программе FoxSelect включением на исполнение. Подробно методика работы в программах FoxView, ICC, FoxSelect, FoxDraw будет описана в пособии, специально предназначенном для изучения компонентов программно-аппаратного комплекса I/A Series. Итак, комплексная автоматизация технологического процесса может быть решена двумя путями: - на базе распределенной системы управления (РСУ/DCS); - на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК/PLC) и человеко-машинного интерфейса (ЧМИ/SCADA). Каждый из этих путей имеет свои положительные и отрицательные стороны. Подход РСУ Характеристика Очень высокая надежность и степень готовности Полностью интегрированные инструменты ЧМИ, базы данных и приложения Оптимальная для непрерывного управления Дорогая архитектура для многих приложений Улучшение функциональности сильно усложняет структуру ПЛК с ЧМИ Привлекательная цена, модульное аппаратное обеспечение Оптимальная для высокоскоростных логических приложений Окно выбора компаундов Контроллер, ЧМИ и приложение не интегрированы Не детерминистская, менее современная концепция управления Нет композитных точек, для каждого параметра используется имя +/+ + + + + -