Принципы и методы построения
датчиков, приборов и систем
УДК 681.3:371.69
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММНО-КОМПЬЮТЕРНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ТРЕНАЖЕРНЫХ СИСТЕМ ОБУЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПЕРСОНАЛА
Н.И. Гореликов, Д.А. Скриипиков, А.В. Скршшиков
Предложены и сформулированы основные положения для реализации комплексного подхода к совместной разработке АСУТП и тренажеров определенной направленности (комплексов «АСУТП - тренажер»), что диктуется мощным прогрессом технических средств и программного обеспечения при автоматизации спожных объектов в нефтяной и газовой отраслях, в том числе технологических процессов транспортировки нефти и газа, их переработки и др.
Растущие масштабы человеко-машинных автоматизированных систем управления, усложнение промышленных технологий предъявляют]' повышенные трсбова-ния к протнвоаварийной устойчивости сложных техногенных систем. В связи с этим возросла значимость че-ловека-онерагора, являющегося ключевым элементом в человеко-машинной компьютерной системе, ответственного за принятие решений в процессе управления системой, предприятием, отраслью. Ошибочные и неумелые действия оператора могут принести немалый урон вплогь до разрушительных повреждений технологического оборудования контролируемого объекга и других нарушений хозяйственной деятельности.
Эффектвность АСУ в значительной мерс (наряду с совершенством используемой модели обьекта и её программно-алгоритмической реализации) определяется продолжительностью жизненного цикла системы и ее базовых информационно-компьютерных средств. С учетом тенденций ускорения смены поколений компьютерной техники, используемой в АСУ, ужесточились требования к снижению затрат времени на разработку и ввод системы в эксплуатацию. Подготовительный период к вводу системы в постоянную эксплуатацию (опытная, или экспериментальная эксплуатация) может быть сокращен (что увеличит срок эффективного использования системы) за счет более быстрою приобретения эксплуатационным персоналом навыков грамотной работы с системой. Таким образом, более быс трое достижение эксплуатационным персоналом необходимого уровня квалификации для работы с системой обеспечит также увеличение жизненного цикла системы вследствие расшире-
ния временного интервала работы системы с максимальной эффективностью.
Для подготовки квалифицированных специалистов, обеспечивающих как более быстрый ввод системы в эксплуатацию, так и ее более продолжительную эксплуатацию используются специализированные тренажеры и другие программно-компьютерные обучающие средства.
В сложившейся практике разработку и внедрение АСУ осуществляют одни фирмы, тогда как разработку компьютерно-обучающих средств на имитационной основе выполняют другие специализированные фирмы. Хотя при современном уровне развития информационно-компьютерных технологий и инструментальных средств формирования прикладных программно-технических систем и комплексов естес твенно, что математические (имитационные) модели, используемые при разработке АСУ, могут быть применены также и при создании соответствующих тренажеров и сценариев обучения. Рассмотрение проблемы в такой плоскости требует углубления системно-комплексного подхода к её решению и является но сути предпосылкой для создания гибридного комплекса, сочетающего в себе и функции АСУ, и тренажерно-компьютерную обучающую часть.
ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АВТОМАТИЗАЦИИ
Б практике автоматизации и построения нрограмм-но-компьютерных систем сложилась некоторая характерная иерархия распределения используемых технических средств по уровням [ 1J.
Уровень .? в показанной на рис.1 струкгурной иерархии содержит основное программное обеспечение (ПО) АСУ в операционной среде типа Windows NT. Системообразующее ПО обеспечивает сбор информации об об1лкте (тех1ЮЛоп1ческом процессе), интер(|)ейс с оператором, сохранение истории процесса и реализует возможности автоматизации управления в предусмотренном объеме.
Современная технология решения вопроса о разработке системообразующего ПО, формирующего прикладной «профиль» системы, требует использования эффективных инструментальных средств типа SCADA-ch-стем. SCADA-системы позволяют автоматизировать и значительно ускорять процесс создания ПО для АСУТП при сокращении общего числа требуемых разработчиков, а также обеспечивать в дальнейшем возможности модификации действующих систем (в том числе и конечным и i пользователями).
Одним из наиболее удачных пакетов MMI/SCADA является инструментальный пакет InTouch фирмы Wonderwarc. Он представляет собой набор мощных и гибких средств разработки операторских интерфейсов для сознания АСУ промышленного применения. Пакет InTouch позволяет решать задачи контроля рабшы предприятия и наблюдения за ходим процессов, в том числе в графическом виде на видеомониторе в реальном масштабе времени. Пакет допускает отображение неограни-ченного числа динамических элементов в каждом окне пользовательского интерфейса. Программы InTouch интегрируются с серверами Microsoft SQL Server, Windows NT Server, Mail Server и др.
Уровень 2 реализуется обычно на промышленных конт рол-iqiax, для программирования которых используются языки стандарта МЭК.
Уровень I охватывает датчики и исполнительные механизмы, где используются микропроцессорные средства с «зашитой« программной логикой.
Обмен информацией между промышленными контроллерами и АРМ оператора (2-м и 3-м уровнями системы) осуществляется но магистрали RS485 (RS422), г де в роли «Мастера» выступает АРМ оператора, а промышленные контроллеры являются подчиненными узлами сети. Магистральный интерфейс RS485 (RS422) преобразуется в RS232C с помощью преобразовагсля интерфейсов и обеспечивает сопряжение АРМ оператора с информационной магистралью RS485 (RS422) через стандартный последовательный порт в IBM РС'-подобной персональной ЭВМ.
I (рсдставляет интерес также проследить влияние развития микропроцессорной техники и новой информационной технологии на архитектуру программно-технических средств мини-ЭВМ, бывших основой автоматизации до широкого распространения микропроцессорной техники и появления персональных ЭВМ. Ввиду объемности охвата общей ситуации рассмотрение проведем на примере современных моделей семейства CM 1820М [2].
Технические параметры современных средств семейства CMI820M (архитектура, системный интерфейс, структура и состав модулей, типы операционной среды и инструментальные средства программирования) ориентированы на системные применения с учетом новых
Сервер системы IBM PC совместимый
Уровень 3
Объектовая сеть типа Ethernet
IBM PC - подобная ПЭВМ АРМ оператора (технолога)
Преобразователь , интерфейсов ь.
Магистраль RS465 (RS422)
Уровень 2
Уровень 1
хш
г:
èè éi чё» ш®
Контроллеры (УСО)
Датчики, исполнительные механизмы
Рнс. 1. Распределение технических c|ie;iciB автоматизации оПраГмпкн информации но иерархическим уровням
_Датчики и Системы - /61, 2001_
21
тенденций в компьютерных, сетевых и информационных технологиях, а также практической потребности в предлагаемых средствах вычислительной техники дчя автоматизации в различных сферах деятельности.
В нас гоящее время для объектов автоматизации, имеющих распределенную структуру (в пределах 1-10 км) важно, чтобы цифровая обработка сигналов производилась в непосредственной близости от аналоговых и дискретных датчиков, что существенно повышает живучесть и надежность автоматизированных систем.
Наибольшее число известных на российском рынке фирм выпускает аппаратно-программные средства, поддерживающие нижний или средний уровень иерархии систем автоматизации. К их числу можно отнести такие зарубежные фирмы, как Siemens, Compaq, DHC, IBM, Octagon Systems, Allen-Bradley, Modieon, OMRON, Advanteeh, GRAYhile, WAGO, Mitsubishi, ABB, Foxboro, а также отечественные - РТ-Софт, Икос, Текон, «ПИК-Професс» и др.
Гак как магистральная технолотя по-прежнему широко используется на нижнем и среднем уровне АСУ, определенное развитие получила «многоточка» или магистраль, физическая реализация ко горой основана на стандарте RS485. В случае подключения ПЭВМ через специальный сетевой адаптер к «многоточие», обеспечивается скорость передачи 1 Мбит/с на расстоянии до 50 м. Широко используется также стандарт Ethernet (IRHR802.3), EN50170, IHIÍE802.4 TokcnRing (в продукции фирмы Allen-Bradley).
Ряд фирм располагает широким набором средств комплексированпя: концентраторы (hub), коммутаторы (switches), маршрутизаторы (router), коммутационные и прикладные серверы, серверы базы данных. Для поддержки высокоскоростной передачи данных в распределенных программно-технических комплексах используются оптоволоконные сети типа FDDI и технологии ATM. Имеются средства ;щя непосредственного присоединения рабочих станций к сети ATM со скоростью 155 Мбит/с или 2 Мбит/с. Анализ тенденций к использованию АРМ за рубежом показывает, что применение тех-нологии ATM в автоматизированных системах представляется более целесообразной но сравнению с иными высокоскоростными технологиями телекоммуникаций (например, GigabitEthernet).
С оснащением «материнской» платы ПЭВМ быстрой шиной ввода-вывода РС1, появилась возможность создания вычислительных комплексов и контроллеров в конструктиве стандарта «Евромеханика».
В 1995 году в рамках ассоциации PICMG силами группы специалистов ведущих компаний (DEC, GESPA, I-BUS, Proig, Tcknor, AMP, Hybricon) создан стандарт CompactPCl. В PICMG входят такие известные компании как Intel, Motorola, IBM, Sun, DEC, Compaq Computers, Microsystems, Lucent Technologies, Mitel, PEP Modular Computers, SBS, Green Spring Comp, VMIC и Force.
Стандарт CompactPCl ориен тирован на создание компьютерных систем реального времени, используемых в промышленной автоматизации, телекоммуникационных
системах, в системах сбора и обработки данных, в тренажерах и в стендовом оборудовании, в системах специального применения и т.п. CompactPCl применяется там, гае требуются: оптимальные возможности для работы современных компьютеров и перспективных микропроцессоров; модульность построения сист
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.