[ «Автоматизированные системы управления технологическими процессами ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ Учебное пособие для студентов специальности 220301 Автоматизация технологических процессов и производств Санкт-Петербург ...»
Микропроцессорные контроллеры ПТК «САРГОН-6» представляет исключительно широкий набор микропроцессорных контроллеров различной информационной мощности – от многоканального контроллера МФК, обрабатывающего свыше входных и выходных сигналов, до одноконтурного регулятора ТКМ-21 и распределенных модулей УСО, обрабатывающих всего несколько сигналов.
Все контроллеры ПТК «САРГОН-6» программно совместимы и построены на базе самых современных схемотехнических решений:
все модули УСО контроллеров – интеллектуальные;
в модулях отсутствуют подстроечные элементы – калибровка выполняется программно;
измерительные каналы имеют точность 0,10,15.
Контроллеры ПТК «САРГОН-6» обеспечивают прямой прием температурных сигналов всех основных типов, прием и выдачу сигналов 220В (непосредственно с модулей УСО или через клеммники – преобразователи, входящие в комплект поставки). Контроллеры ПТК «САРГОН-6» прошли экспертизу РАО «ЕЭС России» на соответствие основным техническим требованиям, метрологически аттестованы, внесены в Государственный реестр средств измерений.
Компьютеры АРМ персонала Для АРМ персонала могут быть использованы компьютеры, функционирующие под различными версиями Windows.
Конструктивное исполнение (промышленное, офисное, плоско панельное, переносное) выбирается исходя из условий эксплуатации.
Применение промышленных компьютеров оправдано, когда АРМ расположено вблизи действующего оборудования или при отсутствии блочного/группового щита управления. Переносные компьютеры (notebook) применяются в качестве АРМ инженеров АСУ, пультов программирования и тестирования контроллеров, для периодически обслуживаемых АРМ технологов. ПО «САРГОН» обеспечивает резервирование компьютеров АРМ оператора без использования дополнительной аппаратуры.
Рекомендуемые требования к компьютерам АРМ оперативного контура (под Windows NT/2000): Pentium4 1,7 MHz, 128MB RAM, 40 GB EIDE. Однако, высокая эффективность ПО «САРГОН» обеспечивает запуск просматривающих АРМ даже на конфигурации Pentium-133, 32 MB RAM, 1 GB EIDE при задержке в 1-3с с отображением информации.
Сетевое оборудование Обмен между основными вычислительными узлами АСУТП осуществляется по сети 10/100 Мбит Ethernet. Для связи с удаленными УСО или малоканальными контроллерами используются каналы типа RSСетевое оборудование комплекса включает:
сетевые коммутаторы и маршрутизаторы;
сетевые кабели: витая пара 5-й категории в экране на расстояниях менее 100м, и оптоволоконный на больших дистанциях;
сетевые платы, устанавливаемые в вычислительные узлы (от до 3 на узел, в зависимости от конкретной схемы).
Серверы-маршрутизаторы используются не только для хранения архивов данных, но и для развязки оперативного и неоперативного контуров АСУТП, что позволяет надежно защитить оперативный контур от перегрузки при массовом обращении со стороны просматривающих АРМ.
В качестве серверной ОС может использоваться как Windows NT/2000 Server, так и Novell IntraNetware (по выбору Заказчика).
Для повышения надежности ПТК оперативного контура ЛВС может быть дублирована.
ПО ПТК «САРГОН-6» включает: ОС, устанавливаемые на контроллерах, компьютерах и серверах; наборы тестов и драйверов, поставляемых изготовителями технических средств; фирменное ПО комплекса "САРГОН" (ЗАО "НВТ-Автоматика").
Основу фирменного ПО составляют следующие компоненты:
Система реального времени «ТкА»
Современная высокоэффективная исполняющая система реального времени, устанавливаемая на все вычислительные узлы АСУТП.
Кроме традиционных SCADА-компонент в ТкА встроены:
виртуальная машина эффективного исполнения программ, написанных на технологическом языке;
набор драйверов типовых сетей и устройств;
система передачи и исполнения команд с диспетчером приоритетов;
микроядро многопоточного исполнения технологических программ, не зависящее от ОС;
система автоматического сквозного контроля достоверности информации;
средства мониторинга и отладки конфигураций в РВ.
Решение многих проблем обработки данных и организации управления на системном уровне обеспечивает высокую надежность прикладных программ и разгружает их от деталей реализации.
Существует два типа задач ТкА, имеющих общее исполняющее ядро:
контроллеров;
TkA5w – для АРМ операторов, работающих под различными версиями Windows.
Графический конфигуратор мнемосхем TkAdraw Использует технологию визуального проектирования:
разработчика;
широкий выбор типовых элементов изображения;
простоту динамизации изображений путем визуального связывание элемента изображения с элементом базы данных проекта;
позволяющий путем однократного выбора задать изображение всех возможных состояний динамического объекта;
возможность создания пользовательских палитр;
Совокупность указанных свойств определяет простоту и эффективность создания мнемосхем в ПТК «САРГОН».
Система автоматического конфигурирования ТкАconf обеспечивает:
ведение единой БД проекта АСУТП, включающей до вычислительных узлов и 100000 параметров;
поддержку всех стадий проектирования и сопровождения АСУТП;
автоматизацию процесса проектирования, включая автоматическую генерацию конфигураций ПО всех вычислительных узлов АСУТП и автоматическую трассировку передаваемой информации;
автоматическое отслеживание изменений;
возможность перемещения программных компонентов по «дереву» АСУТП.
Автоматические процедуры, встроенные в систему проектирования, существенно снижают трудоемкость привязки АСУТП к объекту, что позволяет многократно выполнять ее, например, при многоэтапном внедрении системы.
Система технологического программирования TkAprog использует передовые технологии системного программирования:
объектный подход, используемый в ПТК на всех уровнях (от датчика до ТЭС), позволяет описать управление ТП любого уровня сложности в виде набора простых алгоритмов, технологически очевидно связанных между собой;
систему технологического программирования обеспечивает представление программы в виде набора таблиц и диаграмм, максимально естественных для пользователя (за простым интерфейсом скрывается мощь непроцедурного языка, построенного на теории автоматов);
простоту описания параллельно выполняющихся процессов, т.к. взаимодействие между ними организуется на системном уровне ;
виртуальную машину САРГОН на всех вычислительных узлах АСУТП, обеспечивающую уникальную независимость технологических программ от распределения по контроллерам – ни перенос программного модуля в другой контроллер, ни, даже, изменение типа контроллера (в пределах ПТК САРГОН) не требует модификации технологической программы;
сочетание режимов интерпретации и компиляции в системе программирования, обеспечивающее простоту отладки и эффективность исполнения программ в реальном времени;
эффективность многократного использования компонентов, обеспечиваемая объектной технологией;
возможность применения готовых библиотечных компонентов при создании собственных программ.
Система комплексной отладки и моделирования «Abtester»
обеспечивает уникальные возможности отладки технологических программ:
полнофункциональное имитационное моделирование работы системы управления до энергоблока включительно на обычном персональном компьютере с минимальным дополнительным программированием и конфигурированием (менее 5% от проектного);
отладку любого алгоритма и заданной совокупности алгоритмов в режимах: имитации, выполнения на тестовой конфигурации, пошагового выполнения на реальном объекте;
использование в процессе имитации и отладки тех же системных механизмов, что и в режиме on-line ТкА, гарантирующее адекватность результатов тестирования.
Система информационного тестирования «ИнфАтест»
предназначена для тестирования информационных связей между программными компонентами, которые рассматриваются как «черные ящики»:
включает набор тестов, контролирующих правильность передачи и обработки информации в АСУТП;
позволяет обнаруживать различные виды ошибок и отслеживать изменения в обработке данных, происходящие при изменении версии базового программного обеспечения, технологической программы или конфигурации.
Система тестирования особенно эффективна для полномасштабной АСУТП станции/производства, включающей сотни вычислительных узлов.
Библиотеки типовых решений Набор библиотек, содержащий готовые решения распространенных задач автоматизации:
объектная библиотека базовых терминальных моделей (задвижки, клапана, насосы, аналоговые и дискретные параметры, системы регулирования), реализованная на языке «НАВТ»;
библиотека регулирования BAR, содержащая типовые звенья САР (компонент «САРГОН», производимый ЗАО «ДельфинИнформатика» г. Москва);
объектные библиотеки моделей, ориентированные на определенный тип объекта управления, реализованные на языке технологического программирования.
Компоненты ПТК «САРГОН» показаны на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Компоненты ПТК «САРГОН» в цикле жизни АСУТП 4.1.3. Реализация функций в ПТК «САРГОН-6»
ПТК «САРГОН-6» выполняет информационные, управляющие и вспомогательные (сервисные) функции в автоматическом и автоматизированном режимах. Перечень функций и характеристики их выполнения полностью соответствуют требованиям, приведенным в РД 153-34.1-35.127-2002. При реализации функций особое внимание уделяется трем компонентам: надежности, эффективности и дружественному интерфейсу.
Информационные функции ПТК «САРГОН»:
сбор и первичная обработка информации, включая нормирование;
представление информации оператору в виде мнемосхем, графиков, диаграмм, таблиц;
технологическая сигнализация - индивидуальная и групповая;
регистрация аварийных ситуаций;
обработка, архивирование и представление ретроспективной нормативно-справочной информации;
контроль действий оператора, контроль несанкционированного вмешательства;
диагностика состояния технологического оборудования;
расчет технико-экономических показателей.
Объектный подход и развитая классификация элементов технологического объекта и системы в «САРГОН» обеспечивает возможность реализации информационных функций АСУТП, построенных на базе этого ПТК, практически, без программирования. Оно требуется только для производства сложных вычислений, например, расчета ТЭП.
Управляющие функции ПТК «САРГОН»:
дистанционное управление исполнительными устройствами;
технологические защиты и блокировки, включая АВР;
автоматическое регулирование;
программно-логическое (функционально-групповое) управление, автоматизированный пуск и останов технологического оборудования в режиме управления или совета.
В ПТК «САРГОН» особое внимание уделено эффективной и максимально надежной реализации управляющих функций. Для этого в основу функционирования всех систем программного комплекса положена специально разработанная подсистема «СПИК» (Система Передачи и Исполнения Команд). Эта система обеспечивает:
независимость программной реализации алгоритмов от их размещения по вычислительным узлам АСУТП;
возможность параллельной выдачи и исполнения команд компонентами АСУТП;
гарантированную доставку команды исполнителю;
автоматический учет приоритетов команд и запретов на их исполнение;
учет режима управления исполнителя при передаче ему команды;
регистрацию процессов прохождения, исполнения и отмены команд.
Программно-логическое управление реализуется максимально просто, т.к. автоматные структуры прикладной программы «САРГОН»
оптимальны для сложных алгоритмов переключений.
Сервисные функции ПТК «САРГОН»:
Основные сервисные функции реализуются на всех АРМ операторов:
слежение за работой системы в реальном времени;
самодиагностика программно - технического комплекса в реальном времени.
В ПО «САРГОН» все элементы ПТК (контроллеры, каналы связи, модули УСО и т.п.) являются такими же объектами, как задвижки и технологические параметры. Поэтому для контроля и самодиагностики ПТК используются те же программные средства, что и для контроля за состоянием ТП. Кроме того, SCADA-система «САРГОН» имеет специальные системные окна, позволяющие в режиме «инженера АСУТП»
непосредственно контролировать и изменять: значение любой переменной, значения параметров любого объекта, системные настройки.
На инженерной станции доступны расширенные сервисные функции, которые реализуются набором тестовых технических и программных средств ПТК. Они обеспечивают тестирование работоспособности и правильности функционирования вычислительных устройств, каналов ввода/вывода и модулей КТС.
За короткие сроки на базе ПТК «САРГОН» может быть создана АСУТП ТЭС (энергетического объекта, производства), имеющая следующие характеристики:
ПТК «САРГОН» позволяет создавать функционально-полные АСУТП масштаба станции/производства. При этом обеспечиваются:
высокие надежность и качество при оптимальной цене:
наработка контроллеров на отказ более 100000ч;
резервирования;
современный дизайн и конструктивы;
цены в несколько раз ниже большинства импортных ПТК при сопоставимом качестве и лучшей приспособленности к российским условиям эксплуатации;
высокая открытость и расширяемость системы:
открытые протоколы и интерфейсы, встроенная поддержка наиболее популярных стандартов;
функционально-полный комплект инструментального ПО за небольшую цену;
поставка прикладного ПО в исходных текстах;
быстрое внедрение АСУТП с четкой разбивкой на законченные этапы, без увеличения совокупной стоимости внедрения, например:
создание общестанционной информационной системы в объеме параметров РАС всех энергоблоков (энергетических установок) как основы АСУТП станции;
решение локальных задач регулирования, защиты, блокировок;
подключение существующих микропроцессорных средств автоматизации к АСУТП (может выполняться одновременно с созданием АСУТП ТЭС);
создание АСУТП ХВО, электроцеха и т.д.;
поочередное создание управляющих АСУТП энергоблоков (энергетических установок) путем дополнения действующих информационных АСУТП управляющими функциями;
интеграция в АСУ энергосистемы через Интернет или Интранет.
Программный комплекс "САРГОН" реализует следующие современные технологии:
компонентная структура;
ресурсная загрузка конфигураций;
технология "промежуточного слоя" с микроядром;
непроцедурное программирование.
проектирования и программирования, разработанная в конце 80-х годов. К настоящему времени АСУТП в силу большой инерционности остается одной из наименее освоенных этой технологией областей. Он практически не используется в системах технологического программирования, а при организации управления "объектность" не поднимается выше уровня задвижки и регулятора. Преимущества объектного подхода в сравнении с функциональным доказаны как теоретически, так и 1 5 -летней практикой его использования.
В "САРГОН" активно используются такие преимущества объектной технологии как естественный параллелизм процессов, легкость расширения набора функций без изменения структуры системы (например, при переходе от информационной системы к управляющей), простота расширения системы при увеличении объема автоматизации объекта, эффективность тиражирования на аналогичные объекты.
Компонентная структура - современная технология построения программной системы из набора типовых элементов (компонентов). Для всех компонентов разрабатывается единый протокол взаимодействия с исполняющей системой, пользователями и другими компонентами.
При программировании конкретного компонента достаточно описать внутреннюю логику его работы и реализацию указанного протокола, а все взаимодействия с окружением реализует исполняющая система.
Использование технологии существенно сокращает сроки разработки и увеличивает надежность программного обеспечения.
Компонентная структура широко используется во всех современных SCADA- пакетах, однако различные варианты OLE, на которых основаны большинство из них, недостаточно эффективны для крупных систем реального времени. При числе объектов более 1000 такие системы "захлебываются" даже на мощных компьютерах.
В "САРГОНе" OLE используется для организации внешних интерфейсов. Внутренний компонентный механизм имеет собственный эффективный протокол, обеспечивающий одновременную работу десятков тысяч компонентов с децисекундным циклом даже на P133, и до компонентов на контроллере с 386 процессором и 1 МБ ОЗУ. Такая эффективность не ограничивает разработчика в принимаемых технических решениях и позволяет нормально использовать в АСУТП уже установленную у Заказчика вычислительную технику.
Ресурсная загрузка конфигураций - современная технология, позволяющая оформить наиболее часто изменяемый код в виде файлов данных специальной структуры, называемых "ресурсными".
В "САРГОНе" реализован эффективный механизм динамической загрузки ресурсов во время выполнения задачи, обеспечивающий возможность контроля практически неограниченного объема информации на вычислителе с небольшим объемом памяти.
Использование ресурсов позволяет на всех PC- совместимых вычислительных узлах с одинаковой операционной системой исполнять одну и ту же базовую задачу, что резко увеличивает надежность работы ПО реального времени. Все различия в прикладных программах этих узлов полностью описываются файлами ресурсов.
Технология "промежуточного слоя"- современная технология, обеспечивающая высокую степень переносимости ПО путем создания в программной системе внутреннего системного слоя и максимальной локализации и стандартизации его взаимодействия с операционной системой (рис.4. 2).
Рис. 4.2. Взаимодействие компонентов SCADA-систем Система реального времени ТкА, составляющая основу комплекса "САРГОН", имеет трехслойную архитектуру с микроядром, реализующим системно-независимые службу времени и многопоточный механизм взаимодействия подсистем и компонентов (рис. 4.3).
Многослойная организация системы полностью изолирует технологическую логику работы прикладного ПО от используемых технических и низкоуровневых программных средств, обеспечивает высокую переносимость программного комплекса.
Рис.4.3. Структура системы реального времени ТкА Непроцедурные языки - современное направление системного программирования, позволяющее сконцентрировать внимание разработчика на описании целей и правил, а не на последовательности действий по их реализации (т.е. описывается "что делать" вместо "как делать"). Использование непроцедурного языка обеспечивает максимально возможную простоту и понятность программ для разработчика-технолога, перенося сложности процедурной реализации на системный уровень, что сокращает трудоемкость и сроки разработки, увеличивает надежность ПО.
Рассмотрим, какие преимущества обеспечивает "САРГОН" оперативному персоналу.
Основными преимуществами "САРГОН" для:
I. оператора-технолога являются:
1. Единообразность выполнения операций по управлению объектами всех уровней: от клапана до энергоблока в целом.
2.Универсальность автоматизированных рабочих мест: на одном АРМ могут выполняться все функции, предусмотренные РД 153-34.1Настройка функций осуществляется конфигурационным путем, что обеспечивает простоту внесения изменений.
3. Возможность гибкого использования всех АРМв зависимости от технологической потребности: любой АРМ может быть одним нажатием клавиши переведен в режимы: отображения мнемосхем, событийной станции, просмотра истории процесса и др. Смена режима занимает менее 1сек. При выполнении наиболее ответственных операций, например, при пуске, для дополнительного контроля может использоваться даже АРМ другой группы оборудования (соседнего энергоблока).
4. Полная свобода в определении объема контроля с вышестоящих уровней за ходом технологического процесса. Зона видимости индивидуально задается для каждого компонента-объекта.
Просматривающие АРМ могут быть легко настроены на полный или выборочный контроль информации по каждой технологической установке.
Действуя в режиме "ассистирования" интерфейс системы реального времени обеспечивает простейшую реализацию требуемых переключений, но не навязывает их оператору. Например, при получении аварийного сообщения система предоставит возможность перехода на рекомендуемую "антиаварийную" мнемосхему за одно нажатие клавиши, но решение о переключении принимает оператор, т.к. несанкционированное воздействие системы на интерфейс может помешать противоаварийным действиям оператора.
Типизация компонентов позволяет легко перенастраивать интерфейс для конкретного Заказчика (например, для отображения состояний включен/выключен на одной половине объектов используют сочетание красный/зеленый, а на другой - наоборот).
II. инженера-технолога Заказчика:
1. Легкость понимания технологических программ, написанных на максимально естественном для технолога непроцедурном языке.
2. Возможность самостоятельной модификации технологических программ при изменении технологии производства.
3. Возможность полномасштабной проверки технологических программ управления любого объекта (от клапана до энергоблока включительно) на одном компьютере. Для проверки используется уникальная система отладки и моделирования, включенная в состав "САРГОН", которая обрабатывает непосредственно код, подготовленный для выполнения в реальном времени. При этом не требуется никакого дополнительного программирования.
III. инженера, обслуживающего АСУТП:
1. Простоту контроля и управления работой АСУТП. С точки зрения "САРГОН" все элементы АСУТП (вычислительные узлы, базы данных, каналы связи, модули УСО и т.п.) являются такими же объектамикомпонентами, как и задвижка или аналоговый параметр, поэтому процесс контроля и управления работой АСУТП с инженерной станции практически не отличается от управления работой технологического оборудования с АРМ оператора-машиниста.
2. Удобство настройки, которое предопределяется компонентной структурой системы с ресурсным конфигурированием компонентов.
3. Простоту модификации, основанную на единой базе данных проекта, средствах автоматического конфигурирования и тестирования.
4. Возможность комплексной проверки правильности работы системы в сборе перед внедрением, которая обеспечивается развитыми средствами тестирования и ресурсной формой кода, предоставляющей возможность внешнего контроля.
5. Контроль за изменениями в конфигурациях и работе ПО, который обеспечивается развитыми средствами информационного тестирования "САРГОН".
IV. системным интеграторам:
1. не нужно заваливать своих разработчиков бесконечно теряющимися и противоречивыми бумажками с описанием сигналов проекта - ЕДИНСТВО ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ обеспечит непротиворечивость и целостность на всех этапах: от описания объекта до работы модулей реального времени после ввода системы в эксплуатацию.
2. технологам и алгоритмистам не нужен английский - язык разработки технологических алгоритмов - РУССКИЙ, построенный на основе МЭК1131. 3. НЕ ПОТРЕБУЮТСЯ ПРОГРАММИСТЫ для разработки - для них просто нет работы.
4. разработчикам не придется сидеть и выстраивать БЕСКОНЕЧНЫЕ ЦЕПОЧКИ "Канал - Сигнал - Элемент отображения", допуская при этом все мыслимые и немыслимые ошибки. Компонентная структура SCADA "TkA" позволяет создавать типовые технологические модели объектов автоматизации. Они связываются с изображением элементов на мнемосхемах. Например, если вы решили, что закрытая задвижка должна на мнемосхемах быть серой, а не черной, то достаточно в описании типового изображения задвижки изменить одно свойство в состоянии "ЗАКРЫТО" поставить цвет изображения "Серый" и все задвижки выбранного типа на всех мнемосхемах проекта в закрытом состоянии будут закрашиваться серым цветом.
5. не потребуется подробная разработка различных оперативных и неоперативных АРМов - различие в функциональных особенностях рабочих мест (например, способность осуществлять оперативное управление) задается просто как параметр в конфигурации SCADAсистемы.
6. никогда еще СОЗДАНИЕ ТИПОВЫХ ПРОЕКТОВ не было так просто - вы просто копируйте проект в новую директорию, вносите только необходимые изменения, затем запускаете автоматическое конфигурирование и новый проект готов (по опыту трудозатраты составляют не более 10-15% от первоначальных) (рис. 4.4).
7. не придется начинать весь проект заново, если ваш новый проект отличается от уже сделанного только типом контроллера или если заказчик в последний момент решил сменить тип контроллера. ВЫБОР ТИПА КОНТРОЛЛЕРА и привязка сигналов к нему - одна из последних стадий разработки и может быть с легкостью повторена для другого типа контроллера.
8. не потребуется продумывать и разрабатывать АСУТП с использованием различных типов промышленных сетей, устанавливать специальные ДОРОГОСТОЯЩИЕ ТИПЫ СЕТЕЙ для ответственных участков - все вычислительные узлы и контроллеры оперативного контура связываются по обычной сети Ethernet, так как "САРГОН" имеет встроенную подсистему гарантированной доставки сообщений. При создании АСУТП верхнего уровня используются стандартные технические средства и сетевые операционные системы.
9. При сопровождении проектов Вам не придется, добавив на мнемосхему один лишний параметр или клапан без конца ездить на объект, пытаясь установить новую конфигурацию. Предлагаем InfAtest средство для проверки соответствия новой и предыдущей конфигурации.
Реализуется принцип "ПРИЕХАЛ - УСТАНОВИЛ - РАБОТАЕТ".
10. Если объект автоматизации не влезает в один контроллер, то теперь не придется ломать голову из-за невозможности проверить правильность написанных алгоритмов его работы. Abtester позволит проверять и отлаживать работу систем управления любых технологических объектов до КРУПНОГО ЭНЕРГОБЛОКА включительно одновременно и на одном компьютере, независимо от того, где они размещаются в реальной АСУТП.
11.В подавляющем большинстве случаев системный интегратор работает со средствами автоматизации одного производителя. Переход на новые средства автоматизации или на продукцию другого производителя сопряжен с огромными трудностями, так как при этом теряются в значительной части все предыдущие наработки и типовые проекты автоматизации приходится создавать заново. Использование "САРГОНА" делает системного интегратора как бы "всеядным". Переход на новое поколение средств автоматизации или на контроллер любого производителя требует минимальных затрат, и при этом все наработки, типовые проекты и т.п. будут готовы для использования. Это существенно повышает конкурентоспособность и дает возможность использовать самые современные решения и технические средства для создания АСУТП.
Вопросы для самопроверки 1. Дать характеристику основным компонентам ПТК.
2. Перечислить и дать характеристику основным компонентам ПО ПТК.
3. Перечислить и дать характеристику функциям в ПТК.
4. Характеристики АСУТП на базе ПТК.
5. На каких технологиях реализован ПТК?
6. Назвать основные преимущества ПТК.
4.2.1. Назначение и основные функции ПТС СИРИУС 4.2.2. ПТС верхнего уровня - пункт управления СИРИУС 4.2.3. ПТС нижнего уровня – контролируемый пункт СИРИУС 4.2.1. Назначение и основные функции ПТС СИРИУС СИРИУС представляет собой географически распределенную систему диспетчерского контроля и управления технологическими процессами. Под этой торговой маркой сегодня выпускается более наименований технических средств, объединенных широко известными товарными знаками СИРИУС и, - это приборные шкафы, контроллеры, блоки, модули и аксессуары к ним, а также ПО для создания SCADAсистем.
Открытость, высокая надежность, простота настройки способствовали тому, что система нашла широчайшее применение для контроля и управления многочисленными объектами:
- распредсетями - электрические подстанции 110-35-10 кВ, объектами городских сетей РП, ТП (автоматизировано более 100 районов электрических сетей);
- объектами горгаза ГРП, ПГРП, горэлектротранспорта ТП, горводоканала (артезианские скважины - автоматизировано более объектов);
- продуктопроводами (нефть, газ, аммиак);
- теплосетями ЦТП;
приятий (газ, электроэнергия, вода).
Гарантийные сроки эксплуатации на ПТС устанавливаются от 2 до лет. Комплекс СИРИУС имеет установленный технический ресурс не менее 10 лет.
характеристиками, соответствующими требованиям к современным ПТК.
Он легко конфигурируется под разнообразные объекты автоматизации.
Реальная его структура и цена определяются на стадии формирования ТЗ.
В то же время цены на отдельные компоненты всегда доступны потенциальным заказчикам.
В создаваемых заводом АСДУ СИРИУС развивается разработанная НПА "Вира Реалтайм" удачная организация верхнего уровня на контроллерах ВИКОНТ, позволяющая обеспечить высокую надежность и живучесть создаваемых систем. Для малоинформативных систем верхний уровень может быть выполнен на контроллере САТЕЛЛИТ.
В целом ПТК СИРИУС к настоящему моменту обладает следующими положительными свойствами:
- наличием широкой номенклатуры серийно изготавливаемых технических и программных средств с поставкой взаимно увязанных технических решений и поддержкой от одного производителя;
- наличием удачных конструктивных решений, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики комплекса;
- наличием возможности работы устройств в отечественных условиях эксплуатации и широком температурном диапазоне от -40 до +70 °С (без применения средств обдува или подогрева);
устанавливаемых непосредственно на технологическом оборудовании (как следствие: уменьшается объем монтажа, достигается высокая помехоустойчивость, сокращаются сроки модернизации объектов автоматизации);
образующих различные цифровые интерфейсы, позволяющих подключать объектовое цифровое оборудование: цифровые защиты, счетчики электроэнергии, тепла, газа, преобразователи I, U, Р и др.;
- наличием встроенных программируемых универсальных модемов, ориентированных на обеспечение надежной связи по различным видам связного оборудования, используемого в промышленности;
информации;
- наличием самовосстанавливающихся защит по цепям ТС, ТИ, каналам связи;
- наличием специализированных программных и технических средств, обеспечивающих вывод состояний объектов контроля и управления на экранные мнемосхемы и диспетчерские щиты;
- наличием удобного инструментального программного комплекса внесения корректировок и изменений в программное обеспечение системы в процессе эксплуатации, позволяющего создавать SCADAсистемы.
Важнейшей особенностью ПТС СИРИУС является то, что заказчик имеет возможность самостоятельно выбрать степень заводской готовности заказываемых программно-технических решений, составляющих каждую объектно-ориентированную систему. Это позволяет ему выбрать типовые решения или заказать набор ПТС под собственные решения. При комплектном заказе ПТС СИРИУС к моменту поставки они проходят тестирование и наработку на техническом полигоне завода, что определяет в целом высокую надежность поставляемого законченного решения.
Обладая 10-летним опытом реализованных проектов АСДТУ, специалисты завода предлагают оптимальные по цене и качеству решения. Заказчик, работая напрямую с производителем ПТС СИРИУС, имеет доступ к последним серийным разработкам, оригинальным техническим решениям и получает протестированное комплектное оборудование.
Кроме этого, системные интеграторы всегда имеют возможность создания ПТК на основе серийных ПТС СИРИУС, используя собственные оригинальные программно-технические решения. Важно, чтобы заказчик не был введен в заблуждение относительно характеристик, свойств и места изготовления продукции. При этом должны соблюдаться права изготовителя относительно товарных знаков СИРИУС, САТЕЛЛИТ, МИКОНТ, ВИКОНТ,.
4.2.2. ПТС верхнего уровня - пункт управления СИРИУС Программное обеспечение "СИРИУС ПО" разработано специалистами РПУП "Завод Измериель" для платформы Windows и является полностью 32-разрядным приложением, тем самым используются все преимущества одной из самых распространенных операционных систем. Внутренняя архитектура "СИРИУС ПО" реализует многозадачный режим с применением множества готовых приложений Windows, обеспечивающих решение различных задач обработки и представления информации. Модули ПО разделяются на серверы и клиенты.
Связь между ними осуществляется с использованием распределенной общей модели объектов - СОМ и DCOM фирмы Microsoft.
Основа "СИРИУС ПО" - это три сервера процессов: сервер телемеханики, сервер БД и сервер событий. Серверы взаимодействуют между собой и с клиентскими модулями посредством COM/DCOM технологии, что позволяет отдельным компонентам легко взаимодействовать друг с другом. Для связи с внешними приложениями используются стандартные интерфейсы - DCOM и ОРС. Систему, построенную на базе "СИРИУС ПО", легко поддерживать, развивать и интегрировать в сторонние информационные системы.
Реализованная клиент-серверная технология позволяет оптимизировать ресурсы компьютера, процесс обработки возникающих событий и достигать высокой производительности даже в больших системах.
Инструментальная среда "СИРИУС ПО" позволяет создавать мнемосхемы любой сложности. При этом можно использовать как имеющиеся в системе графические элементы, так и создаваемые пользователями. Функции рисования в "СИРИУС ПО" базируются на векторной графике, и при разработке редактора много внимания было уделено созданию удобного, интуитивно понятного интерфейса, позволяющего создавать удачные решения специалистам, не обладающим дизайнерскими навыками. Используя возможность редактора по изменению цвета подложки кадра (вплоть до черного), можно значительно снизить зрительную нагрузку операторов диспетчерских служб при работе с монитором. Редактор "СИРИУС ПО" предлагает более 500 наиболее распространенных объектов: насосы, двигатели, клапаны, элементы электрических станций и др. Пользователь может создавать новые графические библиотеки или модифицировать стандартные объекты и создавать свою внешнюю библиотеку элементов. Эффективное использование графических библиотек обеспечивает быструю разработку сложной, выразительной графики и позволяет осуществлять стандартизацию изображений.
Супервизор "СИРИУС ПО" - настоящая оконная среда реального времени, окна могут содержать графические изображения, сводки тревог, диаграммы и отчеты.
СИРИУС ПО" ведет журналы и историю изменения всех параметров. Анализатор истории позволяет собрать и понятно отобразить в одной таблице или в одном графике множество параметров простыми средствами. Подготовленные наборы можно сохранять для последующего просмотра, что позволяет пользователю максимально быстро получать совместные графики многих технологических параметров, сопоставлять графики периодических процессов, приводя их к единому масштабу времени, быстро составлять и изменять всевозможные отчеты и т.д.
Представляет собой стационарный проектно-компонуемы крейт, в который устанавливается до 5 пар блоков - СИМПС с ЦП, ТЕЛЕКОН с ЦП и блок питания. Hа программном уровне режим его работы устанавливается путем загрузки управляющих программных модулей.
ВИКОНТ связывает все удаленные устройства системы в единый комплекс и является инициатором обмена в системе. Блоки, устанавливаемые в контроллер ВИКОНТ, и контроллеры между собой объединяются по витой паре. В одну сеть можно объединять до 30 блоков (6 контроллеров ВИКОНТ). Масса контроллер ВИКОНТ с установленными блоками составляет HЕ более 7 кг. Габаритные размеры 405x283x335 мм.
Потребляемая мощность от сети не более 40 ВА. Условия эксплуатации:
от 5 до 45 °С. Для контроллера ВИКОНТ используется специально разработанный блок питания БП-У.
Не вдаваясь в описание достаточно известных блоков ЦП-У, СИМПС-У, МУССОН-У, ТЕЛЕКОН-У, можно отметить, что их ПО постоянно уточняется с учетом замечаний и предложений, возникающих в серийном производстве и при их эксплуатации.
В настоящее время основным блоком контроллера ВИКОНТ является блок ТЕЛЕКОН-УЦ. В паре с процессорным блоком ЦП-У он является универсальным базовым модемом. ТЕЛЕКОН-УЦ обеспечивает как связь контроллеров ВИКОНТ с ПЭВМ через интерфейс RS-232С на скорости до 57 Кбит/с в протоколе СИРИУС-СИМПС, так и позволяет организовать обмен между удаленными устройствами комплекса по различным каналам связи с ЧМ или ФМ модуляцией, а также по RS-232C в протоколе СИРИУС-САТЕЛЛИТ. С помощью ТЕЛЕКОН-УЦ можно подключать к системе различные КП в широко используемых протоколах, типа:
УВТК-УН, ГРАНИТ, ТМ-120.ХХ, МКТ и т.п. ТЕЛЕКОН-УЦ имеет пять коммутируемых каналов для работы с ЧМ модуляцией (до 1200 бод) либо фазовой манипуляцией (до 4800 бод) и один канал для работы по цифровому интерфейсу RS-232C (до 57 Кбит). Он позволяет компактно и надежно строить системы с большим числом разнообразных каналов связи, что особенно важно, например, для объектов энергетики. Чувствительность приемника не хуже 30 мВ. Максимальная амплитуда сигнала на выходе передатчика не менее 1,5 В. Количество абонентов в канале связи — до 30, имеется ключ для управления радиостанцией. Блоки имеют габариты 261x246x19,5 мм и массу не более 0,5 кг.
В процессе эксплуатации и наладки систем часто возникает необходимость совместной проверки работы какого-либо одиночного КП со SCADA-системой верхнего уровня в автономном режиме. Для этих целей был разработан переносной контроллер ВИКОНТ-М, в который может быть установлено два блока ТЕЛЕКОН-УЦ с ЦП-У. Он позволяет, используя ноутбук с предустановленной SCADA-системой, тестировать штатную работу системы (оборудование и SCADA-систему) непосредственно на КП при отсутствующем канале связи.
4.2.3. ПТС нижнего уровня – контролируемый пункт
СИРИУС
Аппаратура контролируемых пунктов изготавливается с применением современной импортной и отечественной элементной базы по технологии поверхностного монтажа с трехслойным покрытием лаком.Она поставляется в шкафах производства завода и представляет собой комплектное решение, включающее контроллеры МИКОНТ, САТЕЛЛИТ, аккумуляторную батарею, сетевой автомат, розетки, клеммники, элементы защиты от перенапряжений, блок питания радиостанции и т.д.
Контроллер нижнего уровня САТЕЛЛИТ Предназначен для создания интеллектуального КП. В контроллере используется модульный принцип. Конструктивно он представляет собой каркас - крейт, имеющий 12 либо 8 посадочных мест для размещения функциональных блоков и место для блока питания. Все цифровые блоки связаны с помощью пассивной объединительной панели. В качестве связующей шинной магистрали используется усеченная шина ISA. Контроллер имеет как корпусное, так и бескорпусное исполнение. Его конфигурация определяется типом и объемом входных сигналов. Для контроллера выпускается широкая номенклатура блоков питания, УСО и служебных блоков. В служебных блоках в условиях завода предустановленно специализированное ПО, что, как правило, не требует разработки дополнительных программ. К служебным блокам относятся: центральный процессор ПР-4, выполненный на основе процессора TN80C188EB; блок связи (модем) БВС-4, выполненный на основе процессора ADSP-2181; блок БВС-5, предназначенный для организации сети контроллеров САТЕЛЛИТ, связанных по интерфейсу RS-485A в режиме Master-slave, либо для подключения внешних источников цифровой информации. Основная номенклатура УСО (субблоков ввода/вывода) приведена в табл. 4.1.
Основная номенклатура УСО (субблоков ввода/вывода) Наименование Характеристика цепи Наименование и его параметры Входа/выхода Аналоговый вход -20…+20мА,-5…+5мА ВТИ-16AI – 16 каналов, Аналоговый вход -20…+20мА,-5…+5мА ВТИ-32AI – 32 канала, вход льный контакт 10-24 В индикация состояния каждого Дискретный выход Открытый коллектор (24 ВТУ-32А – 64 ТУ, контроль Питание датчиков 24 В, 50 мА ВДС-В8 – 8 отдельных каналов Цифровой вход/выход Сменный интерфейс RS- БВС-7 – обмен с Исходя из анализа рынка промышленной автоматизации и требований к современным системам диспетчерского контроля и управления, завод постоянно работает над расширением номенклатуры ПТС. Внедрение новых собственных разработок, таких как блоки учета электроэнергии БУЭ, модули ввода/вывода сер. МИМ-100, МИМ-200, блоки БВС-7, БВС-9, адаптеры интерфейсов УПИ-2, УПИ-2И, МИМ-260, различные блоки питания, позволяет расширить возможности решаемых комплексом СИРИУС задач.
Системы контроля и управления, построенные с применением этих ПТС, максимально удовлетворяют современным требованиям.
Блоки БУЭ-01, БУЭ-02 разработаны и сертифицированы по заданию концерна БЕЛЭНЕРГО специалистами завода совместно с сотрудниками БелТЭИ (г. Минск). Они позволяют с помощью встроенного вычислителя решать задачи коммерческого или технического учета электрической энергии, и предназначены для сбора, обработки, хранения и отображения данных об энергопотреблении автономно, а также в составе АСКУЭ.
Блоки обеспечивают получение информации от приборов учета, как по импульсным, так и по цифровым выходам. Блок БУЭ-01 устанавливается в крейт контроллера САТЕЛЛИТ. Блок БУЭ-02 имеет несколько интерфейсных выходов и выполнен в автономном исполнении с питанием от сети.
Система телемеханики, дополненная блоками БУЭ, позволяет реализовать задачи баланса подстанций, оперативно оценивать потребляемые энергоресурсы и контролировать их расход и потребление. В этих блоках встроена функция защиты от несанкционированного доступа потребителя к средствам контроля и учета расходуемой энергии.
Контроллер «Сателлит» собирает данные не только от своих блоков ввода/вывода, но и с оборудования других фирм. Такая возможность решает проблему взаимодействия разнообразного оборудования на технологических объектах. Контроллер «Сателлит», объединяя различные устройства и телемеханику, создает целостную систему автоматизации объекта.
Возможные структуры построения системы показаны на рис. 4.5.
конфигурирования и тестирования блока. В качестве физического интерфейса в блоках МИМ используется сменный мезонин RS-485A, но при необходимости может быть установлен универсальный мезонин ИРПС мА, RS-232C или ЧМ, что позволяет оптимально выбрать соединение с учетом специфики каналов связи или объекта.
Блоки удаленного ввода/вывода осуществляют сбор и предварительную обработку информации с технологических объектов.
Они обеспечивают эффективную гальваническую развязку, позволяют значительно уменьшить наведенные ложные сигналы, что увеличивает помехоустойчивость системы и повышает ее быстродействие в целом.
Все блоки сер. МИМ-200 имеют типовое исполнение и представляют функционально завершенное устройство в стальном защитном корпусе с платой, смонтированной по технологии SMD монтажа. Стальной корпус обеспечивает им высокую электромагнитную устойчивость. Блоки серии МИМ-200 используются в качестве удаленных блоков ввода/вывода. Они имеют открытый протокол ModBus.
Блоки выполнены с использованием микропроцессора AT89S фирмы ATMEL, имеют сторожевой таймер, извлекаемые клеммные соединители, защиту от перенапряжений цепей ввода/вывода.
Номенклатура типовых блоков приведена в табл. 4.2.
Рис 4.5. Возможные структуры системы «Сириус»
ЧМ модем – частотно-модуляционный модуль;
БРП – блок радиопередачи Наименование Характеристика цепи Наименование и его параметры МИМ-П/ Блоки предназначены для работы в расширенном температурном мм.
Питание блоков осуществляется от внешнего источника постоянного тока 10... 15 В. Максимальная потребляемая мощность одного блока МИМ 5 Вт.
Цепи питания защищены от переполюсовки. Для питания контроллеров ПТС СИРИУС заводом разработаны и серийно изготавливаются блоки питания БП-У, БП-У/12,БП-У\24, БП-УМ2Ш. Блоки питания обеспечивают переход на резервную аккумуляторную батарею, ее мониторинг, предохранение от глубокого разряда, заряд и являются полностью взаимозаменяемыми с ранее выпущенным оборудованием.
Блок БВС-7 выполняет функции процессора сбора в сегменте сети. Он устанавливается в контроллер САТЕЛЛИТ и предназначен для формирования базы данных от удаленных модулей ввода/вывода МИМ-200 через интерфейс RS-485 в протоколе Modbus. БВС-7 является связующим звеном между процессором контроллера САТЕЛЛИТ и модулями удаленного ввода/вывода.
В качестве физического интерфейса в блоках БВС-7 используется сменный мезонин RS-485A, но при необходимости может быть установлен универсальный мезонин ИРПС 20 мА, RS-232C или ЧМ, что позволяет оптимально выбрать интерфейс с учетом специфики каналов связи или источника информации. Этот блок широко используется для сопряжения с цифровыми защитами или другим технологическим оборудованием объекта автоматизации, имеющим цифровые выходы. Конструктивно блок БВС- устанавливается в слоты контроллера так же, как модули.
Конфигурируется блок с помощью специального ПО, которое позволяет производить параметрирование блоков для работы в сети и выполнять диагностику его работы.
Сегодня ПТС СИРИУС позволяют оптимально сочетать решения централизованных и распределенных (децентрализованных) систем сбора и управления, построенных на основе полевых шин и блоков удаленного ввода/вывода. Структура построения КП определяется конкретным технологическим объектом. Количество локальных сетей удаленного ввода/вывода, номенклатура блоков в локальной сети, их число определяется требованиями к системе сбора информации с объекта (информативность, время реакции, быстродействие и т.д.).
Дальнейшее развитие системы СИРИУС идет по пути расширения номенклатуры стандартных интерфейсов, разработки блоков со встраиваемыми приложениями, развитием объектно-ориентированного инструментального ПО для конфигурирования и параметрирование оборудования со специализированными библиотеками алгоритмов.
Вопросы для самопроверки 1. Назначение и основные функции ПТК.
2. Как обеспечивается управление верхним уровнем?
3. Состав контроллера верхнего уровня.
4. Как обеспечивается управление нижним уровнкм?
4.3. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ МСКУ 2М
регистрацию и обработку параметров процесса, регулирование, управление, защиты и блокировки, сигнализации, вычислительные операции, оптимизацию, экспертные системы, визуализацию процесса на экранах мониторов, дистанционное управление. Надежность систем на базе МСКУ 2М обеспечивается комплексом организационных, технологических, аппаратных, системных и программных решений.
Показатели высокой надежности подтверждены разрешениями на использование МСКУ 2М для автоматизации объектов атомной энергетики.
Сеть МАПС имеет следующие функциональные возможности:
широкие топологические возможности;
реактивность и скорость передачи данных, удовлетворяющие современным требованиям к ПТК для АСУ ТП;
гарантированное время для доставки сообщения;
высокая надежность за счет резервирования сетевой аппаратуры:
включение в сеть до трех магистралей;
обеспечение межмагистрального обмена сообщениями;
возможность объединения нескольких сетей МАПС;
функции арбитра МАПС выполняют рабочие станции ПС или ПЭВМ.
Основные принципы архитектурной организации сети МАПС И характеристики представлены в таблицах 4.3 И 4.4.
Основные принципы архитектурной организации сети МАПС Базовый сетеобразующий элемент сегмент магистрали Управление магистралью централизованное (арбитр) Способ резервирования аппаратный (дублирование, троирование) Максимальное количество абонентов на одном сегменте магистрали Максимальная длина сегмента магистрали на базе радиочастотного кабеля при подключении:
Модульный коммутатор HP ProCurve Switch 8000M:
10 универсальных слотов для коммутирующих модулей с поддержкой "горячей" замены;
До 40 портов 100Mbps FO (SC) с памятью по 512 Кбит/с;
Пропускная способность внутренней магистрали коммутатора 3.8 Гбит/с;
Радиальные оптические дуплексные линии связи длиной до км;
Режим Full Duplex исключает возникновение коллизий;
Управление потоками IEEE 802.3x Flow Control предотвращает переполнение буферной памяти и потерю пакетов путем выдачи управляющих сообщений для приостановки и возобновления передачи данных;
Соответствие стандартам и спецификациям:IEEE 802.1p Priority, IEEE 802.1D Spanning Tree, IEEE 802.1Q VLANs Automatic Broadcast Control Port Trunking & Switch Meshing Protocol Filter.
Maгиcтpaлью MAПC нaзывaeтcя coвoкyпнocть программноaппapaтныx cpeдcтв, включaющaя в ceбя:
- КСв - контроллеры связи (с внутренним программным обеспечением), oбecпeчивaющиe yпpaвлeниe мaгиcтpaлью пepeдaчи дaнныx;
- взaимoдeйcтвyющиe мeждy coбoй aбoнeнты: МСКУ – микропроцессорные субкомплексы контроля и управления, рабочие станции ПС 5110, персонaльныe ЭBM и т.п.
Сетью MAПC нaзывaeтcя oднa, две или тpи мaгиcтpaли MAПC, aбoнeнты кoтopыx взaимoдeйcтвyют мeждy coбoй. Maгиcтpaли в cocтaвe ceти нyмepyютcя чиcлaми 1, 2 и 3.
Aдpecoм aбoнeнтa в MAПC является цeлoe чиcлo в пpeдeлax oт 0 дo 255 включитeльнo, пpичeм, aдpec, paвный 255, oзнaчaeт oднoвpeмeннyю aдpecaцию вcex aбoнeнтoв мaгиcтpaли. Дoпycтимыми знaчeниями aдpeca являютcя 0-62 и 255; таким oбpaзoм, мaкcимaльнoe кoличecтвo aбoнeнтoв нa мaгиcтpaли - 63.
Любoй aбoнeнт мaгиcтpaли мoжeт имeть, пoмимo выxoдa нa дaннyю мaгиcтpaль, дo двyx дoпoлнитeльныx пopтoв, пpeднaзнaчeнныx для cвязи c дpyгими мaгиcтpaлями ceти (нaпpимep, в дyблиpoвaнныx и тpoиpoвaнныx кoмплeкcax). Эти пopты, включaя выxoд нa дaннyю мaгиcтpaль, нaзывaютcя "шлюзaми" и нyмepyютcя чиcлaми 1, 2, 3, пoмeщaeмыми в cooтвeтcтвyющиe двyxpaзpядныe пoля. Знaчeниe 00 в этиx пoляx oзнaчaeт, чтo cooбщeниe oтнocитcя нeпocpeдcтвeннo к дaннoмy aбoнeнтy. Исходное сообщение в этом случае мoжeт быть пepeдaнo чepeз любой шлюз абонента. Исходные сообщения с ненулевым значением в данных разрядах передаются по магистрали, к которой подключен соответствующий шлюз абонента, но могут при необходимости передаваться по другой магистрали (например, при отказе первой). Ответные сообщения всегда передаются по той магистрали, по которой было принято исходное сообщение.
Kaк пpaвилo, шлюзы oбecпeчивaют выxoд нa paзныe мaгиcтpaли oднoй ceти, пpи этoм aдpeca иx нa мaгиcтpaляx дoлжны coвпaдaть. Kpoмe тoгo, ecли aбoнeнт пoдключeн к мaгиcтpaлям ceти и имeeт aдpec, paвный i, тo нa мaгиcтpaляx ceти, к кoтopым oн нe пoдключeн, знaчeниe i нe дoлжнo иcпoльзoвaтьcя в кaчecтвe aдpeca пoдключeния кaкoгo - либo aбoнeнтa.
Taким oбpaзoм, мaкcимaльнoe кoличecтвo aбoнeнтoв в ceти coвпaдaeт c мaкcимaльным кoличecтвoм aбoнeнтoв нa мaгиcтpaли, paвным 63. Количество шлюзов у абонента и количество магистралей, к которым подключен абонент, может не совпадать. Так, абонент с тремя шлюзами может быть подключен к одной, либо двум магистралям. В этом случае сообщение любому шлюзу абонента передается по одной из магистралей, к которым он подключен, а передача сообщения тому шлюзу, которому оно адресовано, возлагается на самого абонента.
Ocнoвным (aктивным) apбитpoм нa мaгиcтpaли нaзывaeтcя KCв, кoтopый фaктичecки выпoлняeт yпpaвлeниe мaгиcтpaлью.
Peзepвным (пaccивным) apбитpoм нa мaгиcтpaли нaзывaeтcя KCв, кoтopый нe выпoлняeт yпpaвлeниe мaгиcтpaлью, a aнaлизиpyeт paбoтocпocoбнocть ocнoвнoгo apбитpa и, в cлyчae выявлeния нepaбoтocпocoбнocти пocлeднeгo, зaмeняeт eгo.
Пpиopитeтными aбoнeнтaми нaзывaютcя aбoнeнты, кoтopыe мoгyт выдaвaть пpиopитeтныe (cpoчныe) cooбщeния или зaпpocы. Taким aбoнeнтам мaгиcтpaль пpeдocтaвляeтcя в пepвyю oчepeдь.
Heпpиopитeтными aбoнeнтaми нaзывaютcя aбoнeнты, кoтopыe выдают тoлькo нeпpиopитeтныe cooбщeния и зaпpocы. Им мaгиcтpaль пpeдocтaвляeтcя в cлyчae, кoгдa ocтaлocь вpeмя пocлe обслуживания вcex зaявoк oт пpиopитeтныx aбoнeнтoв.
Инициaтивным aбoнeнтoм нaзывaeтcя aбoнeнт, кoтopoмy в любoй мoмeнт вpeмeни мoжeт пoтpeбoвaтьcя мaгиcтpaль для пepeдaчи cooбщeний.
Пaccивным aбoнeнтoм нaзывaeтcя aбoнeнт, кoтopый ocyщecтвляeт тoлькo пpиeм cooбщeний и выдaчy oтвeтныx cooбщeний нa зaпpoc бeз paзpывa cвязи.
Aктивизиpyeмый aбoнeнт - этo aбoнeнт, кoтopый в иcxoднoм cocтoянии являeтcя пaccивным, нo пepexoдит в aктивнoe cocтoяниe (идeнтичнoe cocтoянию инициaтивнoгo aбoнeнтa) пpи пoлyчeнии paзличныx кoмaнд (cooбщeний, пpeдycмaтpивaющих вывoд oтвeтныx cooбщeний) и в pядe cлyчaeв, oпиcaнныx нижe.
Taким oбpaзoм, aбoнeнты MAПC paздeляютcя нa cлeдyющиe типы:
- пpиopитeтныe инициaтивныe aбoнeнты;
- нeпpиopитeтныe инициaтивныe aбoнeнты;
- пpиopитeтныe aктивизиpyeмыe aбoнeнты;
- нeпpиopитeтныe aктивизиpyeмыe aбoнeнты;
- пaccивныe aбoнeнты.
Boзмoжнo динaмичecкoe измeнeниe типa aбoнeнтa.
Тип абонента определяется в процессе проектирования соответствующих технических средств. Так, для МСКУ в настоящее время допустимыми являются два типа: инициативный приоритетный и инициативный неприоритетный, что определяется при генерации управляющей системы МСКУ.
Ecли в ceти MAПC имeeтcя бoлee oднoй мaгиcтpaли и нeoбxoдимo oбecпeчивaть взaимoдeйcтвиe мeждy aбoнeнтaми, пoдключeнными к paзным мaгиcтpaлям ceти, тo в cocтaв ceти дoлжны вxoдить тaк нaзывaeмыe мeжмaгиcтpaльныe aдaптepы (MMA).
MMA - этo устройство, кoтopое, вo-пepвыx, пoдключeно к двyм или трем мaгиcтpaлям ceти и имeeт вoзмoжнocть пepeдaвaть дaнныe мeждy своими шлюзaми, вo-втopыx, ocyщecтвляeт пpиeм и oбpaбoткy cooбщeний, пpeднaзнaчeнныx для взaимoдeйcтвия aбoнeнтoв paзныe мaгиcтpaлeй.
Функции MMA могут выпoлнять только apбитpы мaгиcтpaлeй, пepeдaвaя cooбщeния из oднoй мaгиcтpaли в дpyгyю.
4.3.3. Описание локальной промышленной сети МАПС Модульная асинхронная перестраиваемая сеть (МАПС) является открытой локальной промышленной сетью и предназначена для обмена информацией между компонентами микропроцессорной системы контроля и управления МСКУ М.
Сеть МАПС представляет собой совокупность следующих элементов:
– абоненты сети (комплексы, субкомплексы, рабочие станции, персональные компьютеры и др.), в том числе и арбитры;
– сетеобразующая аппаратура (контроллеры, модемы, мосты и др.);
– физическая среда передачи сигналов (кабели, тройники, соединители, жгуты);
– программное обеспечение сети МАПС;
– протоколы сети МАПС.
Сеть МАПС состоит из одной, двух или трёх магистралей МАПС.
Объединение магистралей в сеть, как правило, осуществляется в целях повышения надёжности функционирования сети за счёт резервирования аппаратуры магистралей. Магистрали в составе сети нумеруются цифрами 1, 2 и 3. В дублированных и троированных сетях МАПС абоненты могут иметь выходы либо на все магистрали сети, либо только на некоторые из них. Каждый абонент сети МАПС имеет свой индивидуальный адрес, являющийся числом от 0 до 62 включительно.
Структурная схема сети МАПС приведена на рисунке 4.6.
Подключение абонентов сети к магистрали МАПС осуществляется при помощи контроллеров связи. Контроллеры связи имеют индивидуальные адреса на магистрали, совпадающие с адресами абонентов сети МАПС.
Контроллеры связи выполняют функции абонентов магистрали, обеспечивая обмен данными между абонентами сети через магистраль МАПС. Управление работой магистрали МАПС осуществляет контроллер связи, выполняющий, помимо функций абонента магистрали, функции основного арбитра магистрали. С целью повышения надёжности на магистрали могут работать контроллеры связи, выполняющие, помимо функций абонентов магистрали, функции резервных арбитров магистрали и, в случае выхода из строя основного арбитра магистрали, принимающие его функции на себя. Как правило, арбитрам присваиваются начальные адреса, основным является арбитр с минимальным адресом. Структурная схема магистрали МАПС приведена на рисунке 4.7.
многомагистральной сети МАПС (в частности, к поддержанию единого времени на всех магистралях сети) один или несколько абонентов сети должны выполнять функции арбитров сети (основного и резервных).
Резервирование арбитра в таких системах выполняется в рамках всей сети МАПС. Абоненты сети МАПС, выполняющие функции арбитров сети, должны иметь выходы на все магистрали сети.
Контроллеры связи основного арбитра сети МАПС выполняют функции основных арбитров своих магистралей. Контроллеры связи резервного арбитра сети МАПС выполняют функции резервных арбитров своих магистралей, при этом, решение об инициализации их работы в качестве основных арбитров своих магистралей возлагается на абонента сети.
В системах с одномагистральными сетями МАПС и в системах с многомагистральными сетями МАПС без жёстких требований к арбитражу находит применение резервирование арбитра в рамках магистрали сети, при этом, решение об инициализации работы в качестве основного арбитра магистрали возлагается на сам контроллер связи. В подобных системах допускается ситуация, когда разными магистралями управляют арбитры с разными адресами в сети.
Основные характеристики сети МАПС:
– магистральная топология с возможностью дублирования и троирования;
– маркерный метод доступа к магистрали;
– коаксиальный радиочастотный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом в качестве среды передачи данных;
– номинальная скорость передачи данных – 1 Мбит/с;
– максимальное число абонентов на одной магистрали – 16;
– максимальная длина магистрального кабеля при конфигурации с абонентами – 1200 м;
– максимальная длина отвода – 3 м;
– возможность выхода в сеть второго уровня;
– пропускная способность магистрали – не менее 40 кБит/с.
4.3.4. Физическая реализация магистрали МАПС Магистраль МАПС формируется из отрезков магистрального кабеля, соединяемых тройниками МАПС. Абоненты магистрали МАПС подключаются к тройникам кабельными отводами. Максимальное количество абонентов на одной магистрали – 16.
В качестве магистрального кабеля рекомендуется использовать радиочастотные коаксиальные кабели следующих типов: РК75-4-11, РК75РК75-4-37, Belden 9259, Belden 89108. Допускается также применять другие коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 75 Ом, сетчатым экраном и внешним диаметром до 10,0 мм.
Суммарная длина магистрального кабеля не должна превышать предельно допустимого значения. Предельно допустимая длина магистрального кабеля зависит от величины затухания сигнала в кабеле и количества отводов.
Значение предельно допустимой длины магистрального кабеля можно рассчитать по формуле:
L = (13 – 0,3n)/1,1r;
где L – предельно допустимая длина магистрального кабеля, km;
n – количество отводов от магистрального кабеля;
r – затухание сигнала в кабеле, дб/км.
Расчетные значения предельно допустимых длин для некоторых типов магистрального кабеля приведены в таблице 4.5. При вычислении суммарной длины магистрали длину отводов учитывать не нужно.
Расчетные значения предельно допустимых длин Количество Предельно допустимая длина магистрали, м Отводы от магистрального кабеля рекомендуется выполнять из радиочастотных коаксиальных кабелей следующих типов: РК75-2-11, РК75-2-12, РК75-2-13, РК75-2-21, РК75-2-22, РК75-3-11, РК75-3-12, РК75РК75-3-21, РК75-3-22, РК75-3-23, Belden 82241, Belden 82259.
Допускается также применять другие коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 75, сетчатым экраном и внешним диаметром до 6,5 mm.
Отводы от магистрального кабеля должны иметь длину не более м. Для подключения отводов к магистральному кабелю применяются тройники МАПС двух типов: 5.436000 и 467239.013. Тройник типа 5. имеет два ввода для магистрального кабеля диаметром от 6,5 мм до 8,0 мм и один ввод для отвода диаметром от 3,5 мм до 4,0 мм. Тройник типа 467239.013 имеет два ввода для магистрального кабеля диаметром от 5, мм до 10,0 мм и один ввод для отвода диаметром от 3,0 мм до 6,5 мм.
Длина отрезка магистрального кабеля между двумя соседними тройниками должна быть не менее 10 м. Максимальная длина отрезка между двумя соседними тройниками ограничивается на уровне максимальной длины всей магистрали.
Согласование магистральной линии связи выполняется путём распайки в двух тройниках, находящихся на концах магистрали, согласующих резисторов типа С2-23-0,25-75 ±5 %.
Специальные требования Кабель магистрали МАПС не должен укладываться в одном канале с силовыми кабелями и кабелями, подключенными к индуктивной нагрузке.
Расстояние между кабелем магистрали МАПС и силовым кабелем должно быть не менее 0,2 м и не менее 50 диаметров силового кабеля. Все разъёмные электрические соединители, используемые при построении магистрали МАПС, должны быть надёжно зафиксированы.
Контроллеры связи абонентов сети МАПС должны быть закреплены в корпусах устройств винтовыми соединениями.
Абоненты сети МАПС, имеющие конструктивное исполнение в виде шкафа, должны подключаться к магистрали МАПС с соблюдением следующих требований:
– экранная оплётка отвода от магистрали должна быть заземлена через RC-цепочку на корпус шкафа в соответствии со схемой, приведённой на рисунке 4.8.
Рис. 4.8. Схема подключения экрана отвода к шкафу Заземление должно быть выполнено в точке входа отвода в шкаф, длины проводников от корпуса шкафа до RC-цепочки и от RC-цепочки до экрана отвода не должны превышать 30 мм. Конденсатор C1 должен быть высокочастотным (тангенс угла потерь не более 0,004) с напряжением пробоя не менее 1 кВ;
– на всём пути прохождения внутри шкафа отвод должен находиться в дополнительной экранной оплётке, заземлённой на корпус шкафа в точке входа отвода проводником длиной не более 30 мм.
4.3.5. Описание контроллера связи КСв- КСв-31 предназначен для подключения рабочих станций ПС 5101, ПС 5110, а также других IBM PC/AT-совместимых компьютеров, имеющих слоты расширения интерфейса ISA (далее РС), к локальной промышленной сети МАПС (модульная асинхронная перестраиваемая сеть).
При изучении и эксплуатации КСв-31 необходимо дополнительно пользоваться документом “Блок приемо-передатчиков микроэлектронный БППд-17. Техническое описание. 468125.001 ТО”.
КСв-31 имеет исполнения в соответствии с таблицей 4.6.
Контроллер связи КСв-31 468332.094 - 02 Общепромышленное АЭС Климатические условия эксплуатации:
– температура окружающего воздуха от +5 до +60 °C;
– относительная влажность воздуха при температуре +30 °C от 40 до 90 %;
– атмосферное давление от 84 до 107 kPa.
КСв-31 обеспечивает подключение РС к магистрали локальной промышленной сети МАПС.
КСв-31 - устройство на основе цифрового сигнального процессора ADSP-2181 фирмы Analog Devices и многофункционального связного контроллера SCN2652 фирмы Philips Electronics.
интегрированную в процессор ADSP-2181 (48 кБ – память программ и кБ – память данных) и доступную для РС.
Для взаимодействия КСв-31 с РС используется системный интерфейс промышленного стандарта ISA. КСв-31 подключается к ISA как 16-разрядное устройство ввода-вывода.
В адресном поле устройств ввода-вывода РС КСв-31 использует четыре 16-разрядных порта со смежными адресами. Базовый адрес вводавывода КСв-31 выбирается из следующего ряда: 220h, 228h, 2A0h, 2A8h, 320h, 328h, 3A0h или 3A8h.
КСв-31 использует одну линию запроса прерывания процессора РС, выбираемую из следующего ряда: IRQ3, IRQ4, IRQ5, IRQ7, IRQ10, IRQ11, IRQ12 или IRQ15.
КСв-31 поддерживает одну скорость обмена по магистрали МАПС – 1 Mbit/s.
В качестве соединителя для подключения к магистрали МАПС в КСв-31 используется вилка типа DRB-9MA (МАПС). В качестве среды передачи данных предполагается использование радиочастотного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.
Испытательное напряжение гальванической развязки входных цепей КСв-31 – 1250 В (эффективное значение).
КСв-31 имеет два светодиодных индикатора, отображающих его работу: зелёный индикатор Rx - приём данных из магистрали, жёлтый индикатор Tx - передача данных в магистраль.
Питание КСв-31 осуществляется от источника питания РС.
Используется один номинал выходного напряжения источника питания: +5 V ±5 %. Потребляемый ток - не более 0,65 A.
Конструктивно КСв-31 выполнен в виде блока элементов на основе четырехслойной печатной платы половинного размера формата IBM PC/AT (длина – 185 мм, ширина – 122 мм), который устанавливается в любой слот расширения интерфейса ISA.
Конструктивно КСв-31 выполнен на четырёхслойной печатной плате половинного формата IBM PC/AT с односторонним расположением элементов.
На крепёжном кронштейне КСв-31, выходящем на заднюю панель РС, располагаются вилка МАПС, через которую осуществляется подключение КСв-31 к магистрали МАПС и два светодиодных индикатора (Tx и Rx), отображающих работу устройства. Расположение основных элементов КСв-31 на печатной плате изображено на рисунке 4.9.
Функционально КСв-31 состоит из четырёх основных узлов:
– узел сопряжения с ISA;
– узел сигнального процессора ADSP-2181;
– узел связного контроллера SCN2652;
– узел сопряжения с МАПС (модем).
Центральным узлом КСв-31 является узел сигнального процессора ADSP-2181, который управляет работой всего устройства.
ADSP-2181 – HARC-микропроцессор (Harvard Architecture Computer) фирмы Analog Devices, который обладает производительностью 32 MIPS при тактовой частоте 32 MHz и оптимизирован для высокоскоростной цифровой обработки сигналов. ADSP-2181 имеет базовую архитектуру семейства ADSP-2100 (три вычислительных устройства, два генератора адресов данных и блок управления последовательностью выполнения программы).
Рис. 4.9. Расположение основных элементов КСв - И дополнена двумя последовательными портами, 16-разрядным внутренним портом прямого доступа к памяти, 8-разрядным внешним портом прямого доступа к памяти, программируемым таймером, флаговыми входами-выходами, расширенными возможностями по обработке прерываний и встроенной памятью программ и данных.
Структурная схема КСв-31 приведена на рисунке 4.10.
В КСв-31 используются следующие аппаратные ресурсы сигнального процессора ADSP-2181:
– память программ ёмкостью 48 кБ (16384 24-разрядных слова), применяется для хранения программы функционирования КСв-31;
– память данных ёмкостью 32 кБ (16384 16-разрядных слова), применяется для организации интерфейсной области памяти, обеспечивающей взаимодействие КСв-31 с РС, а также для буферирования сообщений, выдаваемых в магистраль и принимаемых из магистрали;
– три вычислительных устройства (арифметико-логическое устройство, умножитель-аккумулятор и сдвигатель), - применяются для обработки и анализа данных в процессе функционирования КСв-31;
– внутренний порт прямого доступа к памяти, - применяется для сопряжения КСв-31 с интерфейсом ISA;
– внешний параллельный порт, - применяется для сопряжения ADSPсо связным контроллером SCN2652;
– два последовательных порта, флаговые входы-выходы и входы запросов на прерывание, - применяются для управления работой связного контроллера SCN2652 и модема.
В узел сигнального процессора ADSP-2181 также входят кварцевый генератор H5C-2E 16 MHz, задающий тактовую частоту процессора, и супервизор ADM699, обеспечивающий формирование сигнала первоначального сброса процессора в течение 140 мс после подачи напряжения питания на КСв-31.
внутрисхемного эмулятора сигнального процессора ADSP-2181, используемого при отладке программ функционирования КСв-31.
Узел сопряжения с ISA обеспечивает взаимодействие КСв-31 с РС и выполняет следующие функции:
– дешифрация адреса КСв-31 и кода выполняемой на интерфейсе операции (запись-чтение данных, запись адреса данных, прерывание процессора КСв-31 или сброс КСв-31);
– согласование шин данных интерфейса ISA и внутреннего порта прямого доступа к памяти процессора ADSP-2181;
– формирование запроса прерывания (IRQ) процессора РС;
– формирование других необходимых сигналов интерфейса ISA;
– выбор базового адреса ввода-вывода КСв-31 и используемой линии запроса прерывания процессора РС путём установки джемперов (перемычек) на соединителях I/O и IRQ, соответственно.
Узел связного контроллера SCN2652 обеспечивает работу КСв-31 на магистрали МАПС в соответствии с принятым в сети МАПС биториентированным протоколом обмена.
SCN2652 – многопротокольный программируемый связной контроллер фирмы Philips Electronics, который обеспечивает передачу и приём последовательных синхронных данных со скоростью до 2 Mbit/s и поддерживает несколько бит - и байт-ориентированных протоколов обмена.
В КСв-31 связной контроллер SCN2652 работает в следующем режиме:
– бит-ориентированный протокол обмена SDLC (Synchronous Data Link Control) со скоростью приёма-передачи данных 1 Mbit/s;
– автоматическое генерирование и распознавание символов начала и конца сообщения;
– автоматическое распознавание адреса КСв-31 на магистрали МАПС;
– автоматическая проверка контрольной суммы сообщения с использованием циклического полинома деления.
В узел связного контроллера SCN2652 также входят два светодиодных индикатора, отображающих его работу (зелёный индикатор Rx светится при приёме сообщения из магистрали МАПС, жёлтый индикатор Tx светится при передаче сообщения в магистраль МАПС), и группа логических элементов, обеспечивающих взаимодействие с сигнальным процессором ADSP-2181.
Узел сопряжения с МАПС (модем) выполняет модуляцию передаваемых последовательных данных и синхронизирующего сигнала в двухполярный сигнал с фазоразностным кодированием, выдаваемый в магистраль МАПС, и демодуляцию принимаемых последовательных данных и синхронизирующего сигнала из двухполярного сигнала с фазоразностным кодированием, принимаемого из магистрали МАПС.
Способ кодировки сигналов в магистрали МАПС показан на рисунке 4.11.
Модем состоит из кодировщика-декодировщика (кодека) сигналов и блока приёмо-передатчиков.
Рис.4.11. Кодировка сигналов в магистрали МАПС Кодек реализован на базе программируемой логической матрицы EP610 фирмы Altera и выполняет кодировку последовательных данных и синхросигнала в парафазные частотно-модулированные сигналы при передаче сообщения, а также декодировку последовательных данных и синхросигнала из частотно-модулированного сигнала при приёме сообщения.
Блок приёмо-передатчиков БППд-17 представляет собой микросборку на основе печатной платы, устанавливаемую в качестве навесного элемента на КСв-31, и выполняет преобразование сформированных кодеком парафазных частотно-модулированных сигналов в двухполярный сигнал, выдаваемый в магистраль МАПС, а также преобразование принимаемого из магистрали МАПС двухполярного сигнала в частотно-модулированный сигнал, подаваемый на кодек. Блок приёмо-передатчиков БППд-17 непосредственно соединён с вилкой МАПС, через которую осуществляется подключение КСв-31 к магистрали МАПС. Штыревой соединитель LVL предназначен для задания амплитуды выдаваемых в магистраль МАПС сигналов. Штыревой соединитель SCR предназначен для задания способа подключения к КСв-31 экрана магистрали МАПС.
В узел сопряжения с магистралью МАПС также входит одновибратор, обеспечивающий отключение передатчика блока БППд-17 в случае превышения допустимого времени выдачи сообщения в магистраль МАПС.
Работа КСв-31 на магистрали МАПС КСв-31 может выполнять функции основного арбитра, резервного арбитра и абонента магистрали МАПС. Режим работы КСв-31 на магистрали МАПС определяются загружаемой в него из РС программой функционирования.
В режиме абонента магистрали МАПС КСв-31 обеспечивает функционирование РС, к которой он подключен, в качестве абонента сети МАПС.
В режиме основного арбитра магистрали МАПС КСв-31, помимо абонентских функций, выполняет управление работой магистрали в соответствии с протоколом сети МАПС.
В режиме резервного арбитра магистрали МАПС КСв-31, помимо абонентских функций, анализирует работоспособность основного арбитра и, в случае выявления неработоспособности последнего, заменяет его.
Работа РС как абонента сети МАПС Под функционированием РС в качестве абонента сети МАПС понимается получение РС информации о текущей конфигурации и текущем времени сети МАПС, а также возможность передавать сообщения другим абонентам сети и принимать сообщения от других абонентов сети.
КСв-31 обеспечивает выполнение всех перечисленных функций.
В интерфейсной области памяти КСв-31, доступной со стороны РС, постоянно хранятся и периодически обновляются, в соответствии с принимаемыми от арбитра магистрали сообщениями, текущая конфигурация и текущее время сети МАПС.
При выдаче сообщения другому абоненту сети, РС формирует и записывает сообщение в буферную область памяти данных КСв-31, а КСвв свой сеанс владения магистралью, осуществляет передачу сообщения адресату.
При приёме сообщения от другого абонента сети, КСв-31 записывает принятое сообщение в буферную область памяти данных и информирует РС об этом, а РС выполняет чтение и обработку сообщения.
Работа РС как арбитра сети МАПС Если РС имеет выходы через КСв-31 на все магистрали многомагистральной сети МАПС, то РС может выполнять функции основного или резервного арбитра сети МАПС.
Функции и структура программного обеспечения МСКУ 2М (ПО МСКУ 2М) ориентированы на методику проектирования и программирования задач управления технологическими процессами, в которой задействованы не только средства для сбора и обработки информации от объектов АСУ ТП, но и программные комплексы для отображения информации, для взаимодействия между абонентами сети, для подготовки и отладки программ, для измерительных и тестовых процедур и т.д. Компоненты ПО МСКУ 2М разработаны на платформах операционных систем: MS DOS, ОС 5000, LINUX, WINDOWS.
Многозадачная операционная система реального времени ОС применяется в МСКУ 2, рабочих станциях ПС5110 и IBM-совместимых ПЭВМ. Она обеспечивает управление процессом параллельного выполнения до 100 задач в режиме реального времени.
В ОС 5000 реализованы следующие функциональные возможности:
управление выполнением задач;
взаимодействие между задачами через аппарат передачи сообщений;
включение процедур по прерываниям;
поддержка текущего времени суток и даты, управление программными таймерами, генерация временных меток;
вызов при инициализации ОС указанных при генерации пользовательских процедур (рестарт-процедур);
динамическое выделение группы событий и синхронизация выполнения задач с ними;
управление ресурсами с последовательным доступом и семафорами;
управление буферными пулами и кольцевыми списками;
управление драйверами функциональных клавиатур, ЛВС и т.п.;
управление передачей данных между абонентами разных сетей (нижнего и верхнего уровней) - организация моста;
выполнение в МСКУ 2 всех операций, предоставляемых управляющей системой МСКУ 2;
выполнение задач, созданных для работы под управлением MS DOS (только в рабочих станциях).
ОС 5000 составляет основу исполнительной системы МСКУ 2 (ИС МСКУ 2), настраиваемую под конфигурацию технических средств и состав системных и прикладных функций конкретного МСКУ. Программное обеспечение МСКУ 2М представлено на рис. 4.12.
Системное ПО МСКУ МСКУ 2 функционирует под управлением управляющей системы (УС МСКУ 2), находящейся на FLASH-диске контроллера МСКУ 2.
УС МСКУ 2 включает:
стартовое программное обеспечение контроллера (Стартовое ПО);
исполнительную систему (ИС МСКУ 2).
Рис. 4.12. Программное обеспечение МСКУ 2М.
начальное тестирование и запуска контроллера;
запуск МСКУ по включению питания;
восстановление функций МСКУ (после замены отказавшего контроллера в резервированном МСКУ).
Стартовое ПО недоступно пользователю.
Исполнительная система МСКУ Исполнительная система - совокупность управляющих и прикладных программ, организующих работу МСКУ 2.
Функции системных управляющих программ:
поддержка функционирования как нерезрвированных, так и резервированных конфигураций;
обмен информацией между МСКУ и внешними абонентами МСКУ (другими МСКУ, рабочими станциями ПС 5110, ПЭВМ) по магистралям сети МАПС или интерфейсам ИРПС, RS-232C;
ввод и обработка информации от каналов связи с объектом (аналоговых, дискретных, число-импульсного типа);
формирование и вывод управляющих воздействий на объект (через формирователи аналоговых, дискретных и импульсных сигналов);
автоматическое логическое отключение отказавших сменных блоков, не влияющих на общую работоспособность МСКУ;
автоматическое восстановление функций ИС МСКУ в резервированных МСКУ при замене отказавшего сменного блока на исправный (без выключения МСКУ);
резервированных МСКУ, а также единого времени с другими компонентами системы управления;
запуск прикладных задач (по временному расписанию, по командам внешних абонентов);
контроль и защита от несанкционированного доступа к МСКУ;
периодический и непрерывный контроль работоспособности функционирования;
техническом обслуживании МСКУ и др.
Инструментальное ПО МСКУ исполнительной системы МСКУ 2 и сервисные средства МСКУ 2.
Инструментальное ПО реализовано на инструментальной ПЭВМ.
Средства программирования МСКУ Основной язык программ МСКУ - язык Си-МСКУ. В Си-МСКУ сохранены основные возможности языка Borland C и введены дополнительные функции, ориентированные на программирование задач управления технологическими процессами (регулирования аналогового логического управления и др.). Возможности языка поддержаны специализированными библиотеками, входящими в состав системы программирования.
Система Си-МСКУ представляет собой интегрированную среду со специальными инструментальными и технологическими программными средствами.
Системное ПО операторских и рабочих станций SCADA-система МСКУ М КОРУНД и заимствованные SCADA используются в рабочих станциях, а также в IBM-совместимых ПЭВМ на верхнем уровне управления. Функции: сбор, обработка и отображение технологической информации, ведение архива нарушений технологического процесса и архива (журнала) изменений значений параметров технологического процесса, подготовка и выдача отчетов о ходе технологического процесса, ручное управление объектом.
ОРС-сервер (для ОС Windows NT) обеспечивает взаимосвязь МСКУ 2 и рабочих станций, функционирующих под управлением системного ПО МСКУ 2М, с рабочими станциями, функционирующими под управлением заимствованных SCADA (Genesis, In Touch, Trase Mode и т.п.).
В системном ПО операторских и рабочих станций может использоваться любое программное обеспечение IBM PC совместимых ПЭВМ:
программирования;
инструментальные пакеты;
Вопросы для самопроверки 1. Описать функциональные возможности сети МАПС.
2. Архитектура сети МАПС.
3. Назначение сети МАПС.
4. Как реализована магистраль МАПС?
5. Назначение контроллера связи КСв-31.
6. Применение контроллера связи КСв-31.
7. Функции и структура ПО ПТК.
4.4. Программно-технический комплекс «КРУГ-2000»
4.4.1. Описание ПТК 4.4.2.Диагностика 4.4.3. Техническое обеспечение ПТК 4.4.4. Системы и средства передачи информации ПТК «КРУГ-2000» [2] предназначен для создания:
автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП);
систем противоаварийных защит;
автоматизированных измерительных систем;
тренажеров для обучения технологов-операторов;
автоматизированных систем оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ).
На базе программно-технического комплекса могут быть созданы автоматизированные системы для непрерывных и периодических технологических процессов, сосредоточенных и распределенных объектов управления.
Комплекс охватывает следующие уровни управления:
управление технологической установкой, группой агрегатов;
управление группой технологических установок, цехом, производством;
оперативно-диспетчерское управление производством.
Информационная мощность ПТК «КРУГ-2000» - до входных/выходных переменных и более.
ПТК «КРУГ-2000» имеет соответствующий сертификат Госстандарта РФ, разрешения Госгортехнадзора РФ на применение ПТК для взрывоопасных производств, разрешение РАО «ЕЭС» на применение ПТК для энергетики.
Основные особенности ПТК «КРУГ-2000» состоят в следующем:
ПТК сертифицирован Госстандартом РФ как средство измерения;
имеются апробированные технические решения для автоматизации пожаро - и взрывоопасных производств;
обеспечена высокая надежность благодаря применению элементной базы ведущих зарубежных фирм, глубокого тестирования и жесткого технологического прогона (при использовании контроллеров TREI-5B);
полное удовлетворение стандартам России, МЭК (IEC) и других действующих нормативных документов;
открытость системы при наращивании и внесении изменений;
ориентация на особо опасные отрасли промышленности.
поддержка 100 %-ного «горячего» резервирования станций оператора, контроллеров, вычислительных сетей, входных и выходных цепей;
поддержка международных стандартов сетевых протоколов;
наличие специализированных сертифицированных версий:
ПТК «КРУГ-2000/Т» (коммерческий учет тепла и теплоресурсов), «КРУГ-2000/Г» (коммерческий учет газов) и др.;
ремонтопригодность и эффективное сопровождение на объектах России;
мощные инструментальные средства и САПР.
Состав подсистем ПТК. АСУ ТП на базе ПТК «КРУГ-2000»
строится как многоуровневая интегрированная человеко-машинная система, работающая в темпе технологического процесса (реальном масштабе времени), и включает в себя комплекс программнотехнических средств и оперативный технологический и обслуживающий персонал.
В функциональной структуре ПТК с точки зрения пользователей выделяются следующие функциональные подсистемы:
сбора и первичной обработки информации;
автоматического регулирования;
противоаварийных защит ПАЗ (блокировок и защит);
дистанционного и логического управления;
представления информации оперативному персоналу;
архивирования, осуществляющая хранение данных за длительный период времени;
передачи данных в смежную и вышестоящие системы управления;
инструментальная подсистема (для сопровождения системы, настройки прикладных программ, информационной базы, программирования).
Каждая из вышеперечисленных подсистем может быть реализована в виде отдельных программно-технических средств или может быть осуществлено их объединение. Например, станция оператора может объединять в себе функции подсистем представления информации и передачи данных в систему верхнего уровня.
Уровни иерархии ПТК. Система управления на базе ПТК может состоять, в общем случае, из следующих иерархических уровней.
В 1-й (нижний) уровень входят датчики измеряемых параметров, запорная и регулирующая арматура совместно с электрическими, пневматическими и гидравлическими исполнительными механизмами и устройствами.
Во 2-й уровень системы входят микропроцессорные устройства (контроллеры) для автоматического сбора и первичной обработки измеряемых параметров, выполнения функций автоматического регулирования, противоаварийных защит, дистанционного управления.
В 3-й уровень (условно «операторский») системы входят средства для вычислительной обработки информации, ее регистрации, архивирования, отображения, документирования и диалога с системой; клавиатуры, ключи (кнопки) для воздействия оператором-технологом на регуляторы и исполнительные органы.
В 4-й уровень (условно «диспетчерский») входят автоматизированные рабочие места (АРМ) оперативно-диспетчерского и управленческого персонала.
На базе ПТК создаются системы различной структуры и степени сложности - от простой локальной АСУ ТП до сложной иерархически распределенной системы управления многими объектами, интегрированной в сеть предприятия.
Наиболее часто встречающиеся на практике варианты систем управления имеют следующую архитектуру:
один сегмент локальной сети; минимальный состав - контроллеры и станция оператора (рис. 4.13, 4.14);
Рис. 4.14. АСУТП с использованием архитектуры клиент-сервер набор сегментов локальных сетей, объединенных на базе технологии коммутируемых сетей (10/100 Switch Ethernet). Каждый сегмент охватывает относительно независимую группу технологического оборудования (локальную АСУ ТП) (рис. 4.15);
распределенная многоуровневая система управления, использующая клиент-серверную архитектуру и резервирование выделенных серверов (рис. 4.16).
Рис. 4.15. АСУТП с использованием модуля «Архивный центр»
Рис. 4.16. Распределенная АСУТП с использованием архитектуры клиент-сервер и резервированием выделенных серверов Способы и средства связи для информационного обмена между компонентами ПТК:
локальная вычислительная сеть (ЛВС) на базе 10 Мбитной технологии Ethernet (обмен между контроллерами, станциями оператора, архивной, инженерной и другими станциями);
ВС на базе 100 Мбитной технологии Ethernet (обмен между всеми станциями, кроме контроллеров);
выделенные физические линии (RS 232, RS 485, ИРПС, модемы);
коммутируемые телефонные линии (модемы);
радиоканал (радиомодемы).
В качестве базового протокола сетевого и межсетевого взаимодействия используется, как правило, протокол TCP/IP (UDP/IP).
При этом реализована программная «надстройка» протокола, обеспечивающая его адаптацию к специальным требованиям, предъявленным системами реального времени при обмене данными.
В случае использования сети на базе интерфейса RS-485 применяются как стандартный протокол MODBUS (MODBUS RTU), так и фирменные протоколы.
Для сетей на базе Ethernet предусмотрена возможность 100 %-ного «холодного», «теплого» или «горячего» резервирования.
Совокупность способов и средств связи обеспечивает как горизонтальный, так и вертикальный обмен информацией между отдельными компонентами ПТК.
Горизонтальный обмен обеспечивает передачу информации между компонентами одного уровня, а вертикальный обмен - между компонентами разных уровней.
При вертикальном обмене информация от контроллеров через заданные интервалы времени направляется станциям оператора, архивной, инженерной, серверу оперативной базы данных. Кроме того, контроллеры передают этим станциям событийную информацию (с меткой времени), связанную с выходом за уставки аналоговых сигналов, изменением состояния дискретных сигналов, появлением или исчезновением ошибок.
Такой вид обмена используется в целях регистрации событий (в частности, аварийных).
Связь со смежной или вышестоящей системой может осуществляться через выделенный файл-сервер или на базе технологии коммутируемых сетей (10/100 Switch Ethernet), или, например, по модему (коммутируемая или выделенная телефонная или физическая линия), радиомодему.
Программные и технические средства системы обеспечивают глубокую степень диагностики и самодиагностики компонентов технических средств. Информация о работе этих средств формируется с помощью:
индикаторов, встроенных в технические средства;
сообщений, передаваемых в инженерную и операторскую станции по локальной сети инженерной станции.
С помощью средств самодиагностики фиксируются, как минимум, следующие ситуации:
обрыв цепи аналогового датчика с сигналом 4-20 мА;
обрыв цепи дискретного датчика с сигналом 5 - 48 В;
несоответствие текущего состояния дискретных выходов для релейных модулей состоянию, задаваемому пользовательской программой;
отклонение сигналов за установленные диапазоны.
Все средства самодиагностики определяют конкретный адрес неисправного модуля.
Диагностические сообщения поступают в инженерную станцию, операторскую станцию и квитируются оперативным персоналом.
В подсистеме автоматического сбора и обработки информации формируются диагностические данные о состоянии:
исполнительных устройств;
датчиков аналоговых и дискретных сигналов;
В контроллерах, обеспечивающих автоматический сбор и первичную обработку информации, формируется диагностическая информация об отказах и нарушениях в работе отдельных модулей.
В системе формируются также следующие диагностические сообщения:
отказ (восстановление) связи контроллеров со станциями оператора;
нарушение работоспособности принтеров;
останов (или включение в работу) станции оператора, станции архивирования и др.;
отказы в системе электропитания ПТК;
превышение температуры в шкафах с контроллерами выше допустимой и др.
Информационная мощность Количество входных/выходных сигналов, шт.:
Количество видеокадров (окон, мнемосхем) Не ограничено Количество динамических элементов на одном видеокадре Ограничено только Количество сообщений (событий):
Количество исторических трендов:
Количество трендов:
Периодичность обновления трендов на станции оператора и Быстродействие Контроллер TREI – 05:
время опроса аналоговых входных сигналов Не более 1,5 мс на Отображение информации:
цикл обновления оперативной информации на мониторе, с От 0,25 до 1, время полного перезапуска системы после перерыва время полного перезапуска контроллеров после перерыва ПТК представляет собой интегрированную иерархическую систему, состоящую из аппаратно - и программно совместимых технических средств, объединенных средствами передачи данных. ПТК удовлетворяет следующим требованиям:
рациональность структуры в условиях интенсивного развития номенклатуры средств и расширения состава информационновычислительных и управляющих функций системы;
гибкость структуры, обеспечиваемой модульностью технических средств и программного обеспечения;
возможность построения многоуровневых многомашинных комплексов, обеспечивающих территориально распределенную обработку информации и управление;
возможность развития системы путем модульного наращивания подсистем и реализуемых функций контроля и управления.
ПТК включает в себя следующие компоненты:
контроллеры TREI-5B (www.trei-gmbh.ru);
системы и средства передачи данных, в том числе локальные сети;
средства представления информации - станции оператора (вычислительные средства, цветные мониторы, принтеры и т.п.);
технические средства архивирования;
систему бесперебойного питания;
сервисные средства для эксплуатации, проверки, контроля работы, наладки и обслуживания системы.
Контроллеры и монтажные шкафы. Контроллеры TREI-5B - это компактные проектно-компонуемые многофункциональные аттестованные устройства, выполненные в конструктиве Евромеханика 19".
Контроллеры TREI-5B имеют модульную структуру, что позволяет при изменении набора и количества модулей устанавливать требуемую информационную и вычислительную мощности.
Вычислительную часть контроллера составляет одноплатный IBM РС/АТ-совместимый компьютер в промышленном исполнении.
Контроллеры TREI-5B обеспечивают:
ввод информации от датчиков дискретных сигналов;
ввод унифицированных аналоговых сигналов, сигналов термопар и термометров сопротивления;
циклический и адресный опрос датчиков;
фильтрацию и сглаживание значений параметров;
линеаризацию нелинейности характеристик датчиков:
масштабирование (приведение к физической шкале) значений параметров;
компенсацию температуры холодных спаев термопар, извлечение квадратного корня при измерении расходов;
контроль достоверности измерительной информации по граничным значениям, скорости изменения (или по другим критериям);
оператора, противоаварийных защит, формирование команд управления исполнительными механизмами;
технологическим параметрам и действиям оператора;
формирование управляющих воздействий для реализации законов регулирования (П-, ПИ-, ПИД и т.п.);
управление исполнительными механизмами, контроль их состояния.
Семейство TREI-5B состоит из трех типов контроллеров:
«