Отчет по практике в ПНИПУ

3. Место предложенной АИС в общей структуре АИС предприятия

Функции АИС в целом – это совокупность действий отдельных подсистем АИС, направленных на достижение частных целей управления каждой из этих подсистем. Функции подсистем АИС при этом подразделяются:

1. на управляющие, результатом которых являются выработка и реализация управляющих воздействий на ТОУ (регулирование или стабилизация отдельных технологических переменных, однотактное логическое управление на базе ПЛК операциями или аппаратами, программное логическое управление группой оборудования, оптимальное управление установившимися или переходными технологическими режимами, адаптивное управление объектом в целом);
2. информационные, содержанием которых являются сбор, обработка и предоставление информации о состоянии автоматизированного технологического комплекса (АТК) оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки. Сюда входят централизованный контроль и измерение технологических параметров, косвенное измерение параметров процесса, формирование и выдача данных оперативному персоналу ЛТК, подготовка и передача информации в смежные системы управления, обобщенная оценка и прогноз состояния АТК и его оборудования. Отличительная особенность управляющих и информационных функций АИС – их направленность на конкретного потребителя (ТОУ, оперативный персонал, смежные системы управления);
3. вспомогательные – это функции, обеспечивающие решение внутрисистемных задач. Они имеют потребителя вне системы. Это контроль функционирования и состояния технических средств, контроль над хранением информации и т.н.

Рис. 3 – Функциональная схема АИС сложным техническим объектом

В соответствии с приведенным определением SCADA-система, показанная на рис. 3, входит в состав верхнего уровня АИС, и ее структура зависит от сложности выполняемой задачи [7].

На рис. 4 представлена общая структура технического обеспечения системы SCADA.

Рис. 4 – Структура технического обеспечения системы SCADA

Автоматические рабочие места (АРМ) операторов служат для отображения информации о части системы, за которую отвечает оператор, и принятия управляющих команд от оператора. Передают принятые команды серверу для занесения в архив и последующей передачи программируемым контроллерам [7].

Как показано на рис. 4, обычно в качестве АРМ выступают ЭВМ. На данный момент здесь все чаще применяются обычные персональные компьютеры, но могут также использоваться специализированные ЭВМ. Программное обеспечение этих ЭВМ должно обеспечивать HMI, т.е. осуществлять связь оператора с объектом управления. Интерфейс принятия команд здесь чаще всего реализован с помощью клавиатуры и мыши, но иногда – посредством сенсорного управления.

Вывод отчетов на печать – там, где это необходимо, АРМ должны предусматривать возможность вывода отчетов, например, при организации отдельных АРМ для экспертного (статистического) анализа системы. В случае отсутствия прямой связи с ERP или отсутствия ERP как такового также необходимо АРМ для создания и печати различных отчетов (от ежедневных до годовых).

Отображение общего состояния объекта управления может быть необходимо для корректной оценки текущей ситуации операторами. Здесь применяются различные реализации:

• дисплей большой диагонали и разрешения;
• многодисилейные конфигурации, когда общая картина разделена между некоторым количеством дисплеев;
• специально изготовленная схема системы со световой или какой-либо еще индикацией текущего состояния [7].

Сервер сбора и хранения данных осуществляет сбор данных от ПЛК и их запись в архив. Обычно архив реализован средствами СУБД (система управления базами данных). Связь с ПЛК может осуществляться как по стандартным для интерфейсам (Ethernet, RS232), так с помощью специализированных плат расширения или внешних устройств (FEP – Front End Processor). Связь с ERP обычно осуществляется средствами локальной сети, в отдельных случаях могут использоваться глобальные сети.

Резервное копирование и восстановление архива данных необходимо для обеспечения надежности хранения информации. Может быть реализовано различными способами, как на внешние носители, гак и на другие жесткие диски сервера.

Резервирование. Необходимо отметить, что в системе может требоваться горячее резервирование ее компонент. Обычно оно начинается с сервера СУБД, но может затрагивать все компоненты системы.

При построении верхнего уровня АИС могут быть задействованы не все компоненты, приведенные на рис. 4. В самом простом случае может быть задействован только один ПК, тогда он будет выполнять одновременно роль сервера и АРМ.

SCADA-система предоставляет программное обеспечение для создания и функционирования АРМ, связи с СУБД, создания отчетов и отображения общего состояния объекта управления. По сути, для отображения общего состояния используются те же средства, что и для АРМ, только здесь отображается система в целом и отсутствуют функции управления [7].

Рассмотрим общую схему одного сегмента сети на базе ПЛК, реализующего подсистему АИС, показанную на рис. 5.

Рис. 5 – Общая схема одного сегмента сети на базе ПЛК, реализующего подсистему АИС

Программируемый логический контроллер нижнего уровня непосредственно подключается к датчикам и исполнительным устройствам. Подключение может быть осуществлено как напрямую, так и через связующие или преобразующие устройства. Например, для управления частотой вращения выходы контроллера могут быть не рассчитаны на требуемую мощность управления. Другой пример, когда датчики выдают электрический сигнал в диапазоне токов, отличном от диапазона работы входов контроллера, и требуется устройство преобразования. Иногда связующие устройства просто обеспечивают защиту входов/выходов контроллера от нештатных токов и напряжений.

На нижнем уровне обычно используются простые и дешевые контроллеры, целью которых является получение информации от датчиков, преобразование ее в вид, удобный для передачи по цифровому каналу, и обеспечение этой передачи.

Контролер более высокого уровня собирает и обрабатывает информацию от контроллеров более низкого уровня. Информация после обработки передается на верхний уровень. Здесь важно отметить, что на верхний уровень передается уже не вся полученная информация, а только необходимая. Также данный контроллер передает управляющие команды от верхнего уровня, но может сам автоматически вырабатывать управляющие команды, если это предусмотрено в его программе.

Локальные АРМ предназначены для непосредственного управления каким-либо локальным объектом. Обычно они играют роль локального пульта управления. Чаще всего их изготавливают в виде пультов с ламповой или светодиодной индикацией и кнопочным управлением. Но они могут быть представлены и обычными ПК или ПК с сенсорным интерфейсом в пыле-, влагозащищенном корпусе. Особенность этих АРМ в том, что они получают информацию непосредственно с ПЛК, а не из архива, расположенного на сервере. Однако все команды управления с этих АРМ также должны фиксироваться в архиве на верхнем уровне.

4. Основные функции предложенной АИС

Промышленные предприятия стараются непрерывно выпускать качественную продукцию. Это требует непрерывного контроля множества параметров и показателей КИП. Для оперативной работы с этой информацией требуется налаженное взаимодействие сотрудников с системой сбора и обработки данных технологического мониторинга. На помощь работникам приходят автоматизированные системы управления и диспетчеризация (АСУД) технического состояния оборудования, которые справляются с поставленными задачами и помогают поддерживать предприятие.

Сейчас наиболее развитой системой диспетчеризации являются SCADA-системы.

SCADA-система – программно-аппаратный комплекс сбора данных и диспетчерского контроля.

SCADA-система – это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы – дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него [3].

АИС предназначена для диспетчеризации, централизованного контроля основных показателей и управления техническим оборудованием систем.

Комплекс средств автоматизации и диспетчеризации обеспечивает:

1. своевременное получение информации с оборудования инженерных систем;
2. повышение надежности, безопасности и качества функционирования оборудования инженерных систем;
3. автоматизация диагностики и контроля за периодичностью технического обслуживания оборудования инженерных систем;
4. снижение затрат на техническое обслуживание оборудования;
5. дистанционное управление/контроль работы оборудования инженерных систем;
6. обеспечение оперативного взаимодействия эксплуатационных служб, планирование профилактических и ремонтных работ инженерных систем;
7. документирование и регистрация технологических процессов инженерных систем и действий сервисных диспетчеров;
8. организация автоматизированного коммерческого и технического учета энергоресурсов;
9. ведение автоматизированного учета эксплуатационных ресурсов инженерного оборудования и своевременности его технического обслуживания;
10.  разграничение полномочий и ответственности служб при принятии решений.

Системы технологической автоматизации разделены на 3 уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.

Нижний уровень – это сами датчики и исполнительные механизмы.

Средний уровень – контроллеры.

На среднем уровне происходит:

1. прием входных данных;
2. первичная обработка данных;
3. автоматическое формирование и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы;
4. обмен информацией с верхним уровнем.

Верхний уровень – это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:

1. сбор, обработка и хранение информации, полученной на среднем уровне;
2. визуализация текущей и архивной информации в удобном оператору виде (мнемосхемы, графики, тренды, журналы сообщений);
3. ввод команд оператора;
4. формирование отчетности о результатах технологического процесса;
5. обмен информацией с верхним уровнем [8].

Функции SCADA:

1. Мнемосхемы.

Мнемосхема – это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу – например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).

2. Архивы.

Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.

3. Тренды.

Тренд – это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение границ) или закладок для памяти и многое другое.

4. Таблицы.

Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.

5. График.

Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.

6. Гистограммы и диаграммы.

Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).

7. Сообщения.

Сообщения – это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.

8. Журналы сообщений.

Журналы сообщений служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.

9. Контроль прав доступа.

Для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права – например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором.

10. Журнал действий оператора.

Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.

11. Формирование отчета.

Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты.