ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА КВИНТ
Е.А. Яхин
Описываются основные программы, входящие в состав программно-технического комплекса (ПТК) КВИНТ, широко применяемого на объектах теплоэнергетики. Развитое программное обеспечение указанного комплекса обеспечивает возможность построения на его базе быстродействующих надежных АСУТП. Входящие в состав программного обеспечения средства автоматизированного проектирования значительно сокращают время разработки и наладки АСУТП.
ВВЕДЕНИЕ
Разработанный в НИИТеплоприборе ПТК КВИНТ представляет собой сочетание аппаратных и программных средств, взаимодействие которых обеспечивает выполнение задач управления сложными технологическими процессами.
Структурно комплекс делится на две аппаратные части: контроллеры и рабочие станции и серверы верхнего уровня — уровня информационно-вычислительного комплекса (ИВК).
Аппаратура контроллеров разработана в НИИТеплоприборе и включает в себя модуль центрального процессора, устройства связи с технологическим процессом и сетевые средства. Аппаратные средства ИВК представляют собой IBM-совместимые компьютеры с минимальными дополнительными аппаратными средствами собственной разработки. Соответственно, программное обеспечение (ПО) комплекса КВИНТ делится на ПО контроллеров и ПО ИВК. Основная цель при создании ПО заключалась в обеспечении:
• гибкости и универсальности, позволяющих решать широкий класс задач;
• достаточно высокого быстродействия, особенно применительно к ПО контроллеров, а также к ПО архивного сервера;
• высоких надежности и живучести системы в целом и ее отдельных частей.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРОВ
Основы структуры и функционирования
В качестве центрального процессора контроллера используется микропроцессор семейства Intel. Для управления работой ПО контроллера выбрана операционная система MS-DOS, обеспечивающая более высокое быстродействие, чем сложные операционные системы семейства Windows.
Память контроллера делится на две части. Первая часть постоянная, и ее содержание одинаково для всех контроллеров независимо от решаемой задачи. В этой части хранятся программные компоненты, формируемые при изготовлении контроллера и записываемые в его постоянную память. В частности, здесь содержится
так называемая "библиотека алгоритмов" — набор процедур для реализации широкого набора операций, характерных для задач управления технологическими процессами, а также программы для управления работой контроллера. Размер и содержание второй части определяются решаемой контроллером задачей, а более конкретно — его технологической программой. Последняя разрабатывается пользователем с помощью средств САПР (см. далее) и загружается в память контроллера с помощью его сетевых средств.
Основой структуры технологической программы является алгоритмический блок (,алгоб-лок). Он представляет собой как бы "посадочное место", содержащее один из алгоритмов библиотеки алгоритмов контроллера. Соответственно, технологическая программа состоит в основном из описателей (дескрипторов) алгоблоков, содержащих номера заданных алгоритмов, а также данные о конфигурации алгоблоков — адреса входных сигналов алгоблока (адреса ячеек, в которых содержатся результаты работы — выходные сигналы — других алгоблоков, а также значения коэффициентов настройки).
В состав технологической программы входят алгоблоки, содержащие алгоритмы, с помощью которых осуществляется связь с "внешним миром", т. е. получение информации от входных устройств сопряжения с объектом (УСО) и выдача соответствующих аналоговых и дискретных сигналов на выходные УСО.
При работе контроллера программа-монитор поочередно считывает дескрипторы алгоблоков, подготавливает в соответствии с заданной конфигурацией входные значения и вызывает процедуру соответствующего алгоритма. Данный процесс повторяется циклически в соответствии с заданным в технологической программе временем цикла.
Применение объектных принципов
Библиотека алгоритмов содержит так называемые "объектные алгоритмы", представляющие собой типовые объекты систем управления — алгоритмы формирования аналоговых и дискретных входных сигналов, алгоритмы регулирования и логико-программного управления, алгоритмы управления технологическим оборудованием
(двигателями, задвижками и т. д.). Объектные алгоритмы формируют так называемую "объектную область" — область памяти, куда алгоритм записывает все данные о своем состоянии. Содержание этой области может быть получено станциями ИВК с помощью специального запроса (см. далее). Кроме того, ПО объектного алгоритма обеспечивает выполнение "объектных команд" — сообщений, поступающих от станций ИВК и предписывающих алгоритму выполнение тех или иных действий.
Обмен информацией между контроллерами и станциями и серверами ИВК
В состав аппаратуры контроллера входит так называемый "модуль интерфейсной связи" (МИС), служащий для обмена информацией между данным контроллером и другими контроллерами или станциями и серверами ИВК. Данный модуль имеет собственное ПО, а также память, доступную как со стороны модуля, так и со стороны центрального процессора контроллера (двухпортовую память). Обмен информацией производится сообщениями, формат которых определен принятыми в ПТК КВИНТ протоколами.
Двухпортовая память содержит участок входных сообщений, в который МИС помещает поступившие сообщения, а также участок выходных сообщений, в который центральный процессор помещает сформированные его программой сообщения, предназначенные другим контроллерам или станциям ИВК. В ходе выполнения технологической программы центральный процессор периодически анализирует содержимое входного модуля МИС и при наличии в нем сообщения, считывает и обрабатывает это сообщение, а при необходимости подготавливает и помещает в выходной буфер свое сообщение.
Контроллер поддерживает следующие виды обменов информацией.
Информационный ввод/вывод. Данный вид обмена используется для передачи информации из одного контроллера в другой. Библиотека алгоритмов контроллера содержит алгоритм интерфейсного вывода, который формирует сообщение, содержащее значения сигналов на его входах, и направляет его контроллеру, адрес которого также указан на его входах. Кроме того, на одном из входов алгоритма указан период посылки таких сообщений. Библиотека алгоритмов содержит также алгоритм для приема этих сообщений. При поступлении данного типа сообщения программа центрального процессора в ходе его обработки помещает значения принятых сигналов в область выходов алгоритма приема таких сообщений. С помощью конфигурации значения выходов данного алгоблока принятые значения могут быть доступны другим алгоблокам. Данный вид сообщений может направляться станциям и серверам ИВК для ведения архивов значений сигналов.
Ответы на запросы станций ИВК. Станции ИВК могут направлять контролеру сообщения-за-
просы, в частности, запросы объектных областей алгоблоков, содержащих объектные алгоритмы. В ответ программа центрального процессора контроллера подготавливает сообщение, содержащее запрошенную информацию. Если станция ИВК направило не запрос, а объектную команду, то контроллер отвечает сообщением с подтверждением приема данной команды. Данный процесс обмена информацией является апериодическим и инициируется станцией ИВК.
Сообщения о событиях. Программы алгоритмов могут определять факт наступления некоторого технологического события, например, включение или отключение двигателя, открытие или закрытие задвижки и т. д. При наступлении такого события контроллер формирует сообщение о событии (точнее, обо всех событиях в данном цикле работы контроллера). Данное сообщение направляется архивному серверу ИВК, адрес которого указан в технологической программе контроллера. Данный процесс обмена также носит апериодический характер и инициируется контроллером.
Сообщения об ошибках. При возникновении ошибки контроллер формирует специальное сообщение. Ошибки могут обнаруживаться либо алгоритмом, либо системой диагностики контроллера (см. ниже). Сообщения об ошибках имеют некоторые особенности: они направляются не по конкретному сетевому адресу, а являются "широковещательными", т. е. доступны всем абонентам сети; они повторяются, пока сохраняются ошибки, с периодом 10 с.
Обеспечение гибкости и универсальности контроллера
Гибкость и универсальность контроллера определяется двумя факторами: библиотекой алгоритмов и набором обслуживаемых входных и выходных сигналов.
Библиотека алгоритмов контроллеров Р-310 и -315, входящих в ПТК КВИНТ, содержит более 100 достаточно сложных и многофункциональных алгоритмов, позволяющих решать весьма широкий круг как задач управления различными технологическими объектами, так и задач сбора и предварительной обработки информации.
Набор входных и выходных сигналов, обрабатываемых контроллером, также достаточно широкий и содержит практически все сигналы, используемые при автоматизации. В частности, этот набор включает в себя набор сигналов термопар и термометров с различными тарировками. При этом линеаризация характеристик таких датчиков и компенсация холодного спая выполняются программным путем. Это позволяет отказаться от применения в АСУТП нормирующих преобразователей.
Обеспечение надежности и живучести
Программное обеспечение контроллеров Р-310 и -315 содержит различные средства для обеспечения их надежности и живучести. Эти
средства можно разделить на средства контроля (диагностики) и средства резервирования.
Контроль и диагностика. Используются средства контроля, которые работают в процессе основной (штатной) работы контроллера в составе АСУТП (тесты "on line"), и средства контроля, которые работают в режиме наладки контроллера (тесты "off line"). В режиме "on line" выполняются тесты постоянной и переменной частей памяти. Тест постоянной памяти состоит в подсчете контрольной суммы ее содержимого и сравнении полученного значения со значением, занесенным в память при загрузке в контроллер. Тест переменной части памяти состоит в поочередной записи-чтении в каждую ячейку памяти.
Тесты "off line" содержат тесты
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.