SCADA-система Трейс Моуд

SCADA ТрейсМоуд версии 5(далее – ТрМ)должна устанавливаться в IBM PC-совместимый компьютер, удовлетворяющий требованиям функционирования операционных систем Windows NT (не ниже 4.0), и предназначена для создания ППО в специальных графических редакторах, использующих терминологию, привычную для инженера-технолога, и характеризуется следующими показателями:

1) Встроена поддержка практически всех промышленных программмируемых УСО, имеющихся на Российском рынке. Пользователь ТрМ просто выбирает требуемый протокол из меню.

2) Реализована математическая обработка данных, поступающих из ТОУ: приведение к единой шкале результатов измерения от разных датчиков, контроль достоверности измерений, контроль за «выходом» результатов измерений технологических величин за пределы рабочей зоны. ТрМ предоставляет для каждого канала возможности полнофункциональной обработки сигналов: масштабирование, фильтрация, апертура и т.д. – в общей сложности поддерживается свыше 70 алгоритмов, позволяющей получить конкретные результаты измерений в требуемых единицах.

3) Осуществляется поддержка сетевых взаимодействий: подавляющее большинство современных АСУ являются пространственно-распределенными.ТрМ имеет гибкую сетевую организацию, предоставляющую разработчику широкие возможности, и позволяет создавать распределенные АСУТП. Под управлением ТрМ данные, принимаемые любым УСО, доступны компьютерам всех уровней иерархии управления и РС в сети могут свободно обмениваться данными.

4) Обеспечиваются богатые возможности графики. Мнемосхемы создаются в специальных векторных редакторах, ориентируемых на изображение технологических объектов. В результате отпадает необходимость в художниках дизайнерах, так как создать хороший интерфейс для операторской станции под силу любому инженеру. Полученные изображения масштабируемы, трехмерны и очень компактны.

Система ТрМ может быть представлена совокупностью программного обеспечения АРМов и УСО, которые в соответствии с документацией ТрМ будем называть также и контроллерами, имея ввиду, что контроллер это программируемое УСО. Базовым  понятием в ТрМ является – канал. Это и другие основные понятия в ТрМ  представлены в  табл. 7.1.

                                                                                         Таблица  7.1.

ПРОЕКТ	Это совокупность всех математических и графических компонентов ППО,разрабатываемого для АРМ-ов и УСО одной АСУТП, объединен-ных информационными связями и единой системой архивирования. Проект в минимальном варианте представляется АРМ-оператора и УСО. В максимальном варианте могут быть сотни УСО, подключенные к совокупности АРМ верхнего уровня.
УЗЕЛ	Это устройство любого типа: УСО, АРМ-ы операторов и диспетчера, архивная станция, в котором запущено программное обеспечение ТрМ.
КАНАЛ	Канал – это базовое понятие, элементарное звено информационной структуры проекта. Данные из внешних устройств записываются в каналы. Данные из каналов посылаются во внешние устройства и отображаются на экране монитора. Значения из каналов записываются в архивы и отчеты. В каналах осуществляется преобразование данных. Через системные каналы осуществляется управление выводимой на экран информацией, звуковыми эффектами, архивами и т.д.
ОБЪЕТ	Это  группа  каналов,которой приписан набор атрибутов. Пользуясь понятием объекта, над этой группой каналов могут осуществляться групповые операции.

 

Укрупненно в структуре ТрМ выделяются инструментальные средства  разработки  ППО АСУ ТП  и  исполнительные модули (runtime).

 

7.3.2.Инструментальные средства ТрМвключают в себя три редактора:

–  редактор базы каналов;

–  редактор представления данных;

–  редактор шаблонов.

1) Редактор базы каналовпредназначен для работы с совокупностью всех каналов проекта, которая составляет математическую основу программного обеспечения каждого узла проекта.

Канал – это информационная структура, состоящая из набора переменных и процедур, имеющая настройки на внешние данные, идентификаторы и период  пересчета  ее переменных. Идентификаторы канала: имя, комментарий и кодировка.  Кроме того, каждый канал имеет числовой идентификатор, используемый внутри системы для ссылок на этот канал.

Среди переменных канала выделяются четыре основных значения:

входное, аппаратное, реальное, выходное:

− входные INPUT и выходные OUTPUT значенияопределяются по профилю взаимодействия с ТОУ или с подсистемой верхнего/нижнего уровня иерархии;

− аппаратное значениеназвано так из-за удобства представления величины унифицированных сигналов, с которыми работает аппаратура ввода/вывода (УСО): значения тока (0..5 мА, 4…20 мА), напряжения (0..10В), частота (0…1кГц) и т.д;

− реальные значения предназначены для хранения значений контролируемых параметров и сигналов управления в реальных единицах вход-ной физической величины: кг,  м,  ◦С,  м3/с и т.п.

Для обработки данных в каналах в ТрМ предназначены следующие процедуры(см. рис.7.2 – для входных каналов, рис.7.3 – для входных каналов): масштабирования, логической обработки, трансляции, фильтрации, управления.

 

                             Рис. 7.2.    Каналы типа  INPUT

 

 

                       Рис. 7.3.     Каналы типа  OUTPUT  

 

  Процедура масштабирования используется только в каналах, работающих с аналоговыми переменными, и включает две операции – умножение и смещение. Типовой пример масштабирования входного аналогового сигнала х:  y= ax + b, азначение y присваивается аппаратному значению канала. В выходном канале к аппаратному значению добавляется величина смещения, затем эта сумма умножается на заданный множитель, а результат присваивается выходному значению канала.

Процедуралогической обработки определяется только для  дискретного сигнала и включает в себя операции логическое маскирование, инверсия.  Во входных каналах по входному значению формируется апаратное, а в выходных – по аппаратному выходное.

Процедура трансляции определена для всех каналов и выполняется преобразованием для входных сигналов  аппаратного значения в реальное,  а для выходных сигналов –  наоборот. 

Процедура фильтрации определена только для аналоговых каналов и включает следующие операции: подавление случайных всплесков в тракте измерения, подавление малых колебаний, экспоненциальное сглаживание, контроль выхода реального значения канала за установленные границы.

Процедура управления определена для всех каналов и реализует функцию управления. С ее помощью можно вызвать исполнительные программы, запрограммировать требуемые алгоритмы управления.

2) Редактор представления данныхпредназначен для разработки графической части проекта системы управления. В нем создается статичный рисунок ТОУ в виде мнемосхемы объекта, а затем поверх него размещаются динамические формы отображения и управления. Среди них такие, как поля вывода численных значений, графики, гистограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим графическим фрагментам и т. д.

В данном редакторе, фактически, представляется проект в части реализации интерфейса «человек-система».С него начинается разработка АСУ ТП и на нем активизируется диалог  разработчиков ППО и  технологов.

В редакторе для разработки изменяющейся по времени составляющей графической базы данных используются динамические графические элементы -  формы отображения. Они связываются со значениями каналов и отображают их значение. Часть форм отображения имеет функции управления: посылка значений в каналы, переходы по экранам, квитирование тревог, ввод комментария и запуск другого приложения.

Все формы отображения собраны в группы:

     Динамический текст: вывод на экран значения атрибутов канала, время последнего измерения, имена каналов, размерность каналов, тип контролируемого сигнала, время.

     Гистограммы: прямоугольная гистограмма, гистограмма произвольной кривой формы, многослойная диаграмма, отображающая, например уровни отдельных расслаивающихся продуктов в емкости.

     Кнопки: мягкие – при нажатии реализуют эффект кратковременного вдавливания; твердые -остаются в нажатом положении до изменения положения канала, с которым они связана. На кнопках может быть написан  текст или выведены картинки.

  Тренды:  аналоговый, дискретный, универсальный, профильный. Для аналогового тренда задается  временной шаг между считыванием новых данных и количеством хранимых в его буфере значений. Эти два параметра определяют глубину хранения данных в тренде. По горизонтальной оси отсчитывается астрономическое время, а по вертикальной оси отсчитываются значения контролируемых параметров. Отличие дискретного тренда – в отсутствии настройки вертикальной оси.

    Профиль – позволяет  отображать данные в виде графика изменения технологического параметра по длине  реактора, трубопровода и т.п.

     Цветные индикаторы: изменяют свой цвет в зависимости от состояния технологического параметра.

    Графические индикаторы: выводят информацию о состоянии контролируемого параметра в виде смены текста или в виде растрового изображения.

    Бегущие дорожки: имитируют движение потоков.

    Видеоклипы:эта форма отображения  проигрывает на экран видеоклипы, записанные в файлах формата AVI.

Кроме стандартных форм отображения, ТрМ позволяет вставлять в проекты графические формы представления данных или управления, разработанные пользователями. Для этого можно использовать стандартный механизм Active-X.

Созданный графический образ  проекта АСУТП  может быть проверен на выполнение каждой функции в режиме эмуляции, т.е. в режиме имитирования приема входных данных и формирования выходных данных.

Все формы отображения информации, управления и анимационные эффекты связываются с информационной структурой, разработанной в редакторе базы каналов. После установления такой связи  изменение на экране будут формироваться в режиме реального времени.

          3)  Редактор  шаблонов предназначен для разработки шаблонов документов. Создаваемые шаблоны выглядят почти также, как и готовые документы, однако динамически вставляемая в документ информация представляется в виде полей ввода. Статический текст в редакторе шаблонов выглядит так же, как в документе. Для набираемого  текста можно задавать параметры шрифта и стиль оформления абзаца.

 

7.3.3.  Исполнительные модули (runtime) – это программы, под управлением которых запускается ППО, созданная инструментальными средствами ТрМ.

В группу исполнительных модулей ТрМ входят:

    – мониторы реального времени: МРВ/ Adaptive Control МРВ/ МРВ Модем +;

    – мониторы реального времени с функциями горячего резервирования: Double Force МРВ/ Adaptive Control Double Force МРВ;

    – монитор  рабочих мест  для автоматизированных рабочих мест (АРМ) верхнего уровня: NetLink Light;

    – монитор АРМ администратора: SUPERVISOR;

    – глобальный регистратор и сервер документирования;

    – GSM – активатор;

    – Web – активатор.

1) Монитор реального времени (МРВ)предназначен для поддержания функций супервизорного контроля и управления ТП.

Под управлением МРВ выполняются такие задачи, как:

– запрос данных о состоянии ТП из  УСО по любому из встроенных протоколов или через драйвер;

– передача на нижний уровень команд управления по любому из встроенных протоколов или через драйвер; 

– обмен данными с платами УСО, передача данных по сети с удаленными МРВ,  передача данных по сети на следующий уровень АСУ, обмен с базами данных;

      – сохранение данных в архивах;

      – представление оператору графической информации о состоянии ТП;

      – автоматическое и супервизорное управление ТП;

     – обмен данными с другими приложениями WINDOWS через DDE/Net DDE/OPC;

      – ряд других функций, выполняемых в реальном времени.

AdaptiveControlМРВ аналогичен МРВ и дополнительно  поддерживает библиотеку алгоритмов адаптивного регулирования.

МРВ Модем+ функциональнодополняет МРВ поддержкой обмена данными по коммутируемым  телефонным линиям связи.

           2) Мониторы реального времени с функциями горячего резервированияпредназначаются для повышения  надежности создаваемых систем и отличаются от МРВ тем, что:

     – Double Force МРВ работает как обычный МРВ, но дополнительно с целью повышения надежности системы поддерживает функцию горячего резервирования.

     – Adaptive Control Double Force МРВ в дополнение к функциям МРВ поддерживает горячее резервирование и адаптивное регулирование.

          3) Монитор NetLinkLight позволяет создавать рабочие станции оперативного управляющего персонала– АРМы. Это сетевой графический терминал, который не поддерживает функций обработки данных и автоматического управления. Он является дополнительной графической консолью, которая может подключаться с удаленного компьютера к запущенному МРВ. Таким образом, имея в сети один МРВ, можно, используя NetLinkLight, создать требуемое количество рабочих мест, равноправных с МРВ по функциям отображения и супервизорного управления.

    4) Монитор SUPERVISOR предназначен для создания АРМ-административного персонала. Как и NetLink Light этот монитор является графической консолью и подключается по сети к МРВ или Глобальному регистратору. SUPERVISOR может отображать данных из архивов и  просматривать архивные данные по временным срезам либо с заданной скоростью в режиме playback. 

5) Глобальный регистратор (ГР) - это специальный монитор, который предназначен для ведения глобального архива по всему проекту, включающему в себя множество узлов. Он архивирует данные, посылаемые ему по сети мониторами реального времени. После сохранения данных в архиве Глобальный регистратор может передавать их для просмотра мониторам SUPERVISOR.   

            Для организации дублирования глобального архива следует запустить в сети еще один монитор Глобальный  регистратор. При этом оба ГР будут принимать данные, посылаемые для архивирования  и сохранять в свои архивы. Дублированный ГР поддерживает функции синхронизации архивов при работе в реальном времени и при запуске.

          Сервер документирования используется для решения задачи документирования технологической информации. Он по команде МРВ, собственному сценарию или команде оператора интерпретирует созданные заранее шаблоны, запрашивает у МРВ необходимые данные и формирует по ним готовые документы. Эти документы могут быть распечатаны на принтере, отправлены по E-mail или опубликованы на WEB-сервере.

6) GSM-активаторподдерживает обмен данными между мониторами МРВ по GSM в виде SMS-сообщений (Short Message Service). Для поддержки такого обмена на уровне операторских станций предназначен исполнительный модуль GSM-активатор, а на уровне контроллеров – специализированная модификация Микро МРВ – Микро МРВ GSM+.

7) Web-активаторпозволяет  превратить любую рабочую станцию с Трейс Моуд в Web-сервер, что создает возможности для управления  технологическими процессами через Интернет. На удаленном компьютере при этом необходимо иметь только доступ к Интернет и Web-браузер. Для реализации данного режима предназначен модуль Web-активатор исполнительной системы Трейс Моуд.