Побудова SCADA-системи на базі ПК

Вступ

У розвитку світової промисловості в кінці ХХ століття різко зросла потреба побудови високоефективних і високонадійних автоматизованих систем управління технологічним процесом (АСУТП).

Причини пов’язані з наступними основними факторами:

* збільшеними вимогами до підвищення якості технологічного процесу;

* зростанням дефіциту природних ресурсів;

* появою потужних, компактних, недорогих вимірювальних і керуючих пристроїв, зумовлених прогресом в областях обчислювальної техніки, програмного забезпечення і комунікацій;

* підвищенням ступеня автоматизації і перерозподілом функцій між людиною і апаратурою.

Апаратно-програмний комплекс реалізує збір інформації від об'єкта управління, передачу, перетворення і її обробку, формування керуючих команд і виконання їх на керованому об'єкті; роль людини зводиться до вибору критеріїв оцінки якості протікання процесу та оптимізації управління на їх основі.

В даний час в Україні гостро стоїть питання заміни застарілих автоматизованих систем управління технологічними процесами (АСУТП). Основними причинами є наступні:

1) неможливість реалізації на існуючому обладнанні сучасних підходів до автоматизації, обумовлених використанням комп’ютерних технологій, мікропроцесорної техніки та програмних систем;

2) застаріла елементна база, вже не випускається промисловістю, з невеликими функціональними можливостями і сервісними функціями;

3) модернізація з метою удосконалення таких систем можливо обійдеться дорожче, ніж їх заміна.

Значна кількість підприємств на території України відчувають гостру необхідність в модернізації основного технологічного обладнання та систем контролю і управління. Радикальним рішенням є демонтаж існуючих засобів СКУ та заміна її повномасштабною АСУ ТП (так званий «бульдозерний варіант»). Однак він вимагає крутих одноразових витрат, тривалого простою обладнання, серйозної і тривалої підготовки персоналу, що не завжди можливо в зв’язку з фінансовою ситуацією, а також невеликий термін, що залишився експлуатації застарілого основного технологічного устаткування. Істотне зниження гостроти проблеми може бути досягнуте при впровадженні відносно недорогих локальних нарощуваних систем, які б вписувалися в існуючі системи з поступовим витісненням у міру нарощування її в найбільш слабких місцях («безударний варіант»).

1. Опис АСУ ТП

Перебіг будь-якого технологічного процесу — є певна алгоритмічно задана зміна параметрів процесу в часі та / або в просторі, тобто зміна стану технологічної системи. Отже, будь-який технологічний процес повинен супроводжуватись інформацією про послідовність змін стану процесу в часі та / або просторі.

Інформаційні потоки зароджуються на рівні управління обладнанням: показники випуску продукції, витрат сировини, енергії, води та інше, вимірюються датчиками і обробляються контролерами.

Управління виробничим процесом виконують АСУТП, нижній рівень яких займається безпосереднім управлінням технологічними процесами та обладнанням, а верхній рівень являє собою системи диспетчерського управління (SCADA).

Наступним рівнем є рівень управління виробництвом і планування ресурсів підприємства.

Точна, своєчасна та достовірна інформація на кожному рівні виробництва дозволяє оцінити витрати, якість і конкурентоспроможність-ність продукції, ефективно організувати управління підприємством в сучасних умовах господарювання.

Традиційний підхід виділяє в системах промислової автоматизації чотири рівні:

1. Ввід / вивід:

* вимірювальні пристрої - датчики;

* керуючі пристрої - виконавчі механізми.

2. Управління вводу / виводу — контролери:

* прості пристрої збору та обробки інформації;

* програмовані логічні контролери;

* промислові комп’ютери.

3. Системи управління технологічним процесом — це системи диспетчерського управління та збору даних, що представляють, в загальному випадку головним сервером і мережею автоматизованих робочих місць (АРМ) операторів.

4. Системи управління фінансової, господарської та адміністративної діяльності підприємства.

Створення систем промислової автоматизації, в сучасних умовах, не може розглядатися у відриві від проблеми комплексної автоматизації підприємства. Система промислової автоматизації повинна бути складовою частиною інтегрованої корпоративної інформаційної системи (КІС). Тільки при такому підході можна забезпечити інформаційну «прозорість» підприємства та формувати єдину інформаційну мережу підприємства, що приймає стратегічні рішення. Вся інформаційна система працює для забезпечення інформаційної підтримки прийняття цих рішень.

Центральним елементом в будь промисловій системі служить обчислювальний блок, який, в залежності від розв’язуваної задачі, може бути або найпростішою мікроплатою, або багатопроцесорним комплексом із зовнішньою пам’яттю великого об'єму, базою даних і засобами мережевої взаємодії. Обчислювальний блок вирішує два завдання. Перше — це власне програмне управління на основі моделі реального процесу. Друге — організація інтерфейсу з обслуговуючим персоналом. Тут візуалізується стан об'єкта управління шляхом виведення його параметрів і статистичних даних, а також містяться засоби для ручного управління.

В умовах комплексної автоматизації, процес управління виконують програмовані логічні контролери, які обмінюються інформацією з технологічним процесом через свої виходи і входи. Контролери, як правило, об'єднані в локальну мережу для того, щоб була можливість контролювати і керувати кожним з них з Головною ЕОМ.

Однак, як відомо, ніяке виробництво не може обійтися без участі людини. Тільки людина здатна реально проаналізувати поточний стан виробничого процесу. Тільки людина може прийняти рішення при виникненні непередбаченої, неординарної ситуації. Повністю замінити людину комп’ютером неможливо. Тому на сучасних виробництвах створені автоматизовані робочі місця (АРМ) на основі персональних комп’ютерів для супервізорного управління виробництвом. Кожен оператор зі свого робочого місця має доступ до даних, що зберігаються в головній ЕОМ по мережі персональних комп’ютерів, і може як контролювати їх, так і змінювати, тобто управляти технологічним процесом.

На рис. 1 наведено приклад структурної схеми сучасного автоматизованого комплексу розподіленого управління (АКРУ), або, як в подальшому будемо називати, автоматизованої системи управління технологічним процесом на виробництві, де:

I — датчики та виконавчі механізми;

II — контролери;

III — промислові комп’ютери;

IV — сервери баз даних;

V — АРМи.

У розвитку промислових систем автоматизації в основному розглядаються загальні тенденції комп’ютерної індустрії, однак можна вказати кілька принципових особливостей, які вимагають спеціалізованих рішень.

1. Промислові системи функціонують у важких для електронної техніки умовах зовнішнього середовища, тому в порівнянні із звичайними комп’ютерами, вони повинні мати підвищену термо-, вібро-та ударостійкість.

Рис. 1 Приклад АСУ ТП

2. Потрібно підключати набагато більш широку номенклатуру зовнішніх пристроїв.

3. Час реакції системи на зміни параметрів об'єкту управління визначається зовнішніми реальними часовими інтервалами — такі системи називаються системами реального часу. Для особливо відповідальних додатків, наприклад при керуванні літаком, реакція повинна бути практично миттєвою. Це, зокрема, припускає підвищену надійність і апаратної, і програмної частин.

Створення автоматизованих робочих місць:

1). дозволяє замінити громіздкі, незручні, дорогі щити управління на персональні комп’ютери. Це зменшує робочу площу, робить робоче місце більш зручним, простим, наочним і значно знижує його вартість;

2). робить систему управління гнучкішою, коли для того, щоб додати кілька сигналізаційних ламп або керуючих важелів не потрібно повністю міняти весь щит, а можна лише зробити невеликі зміни в комп’ютерній програмі;

3). полегшує аналіз і управління технологічним процесом, адже програмне забезпечення дозволяє представляти дані в найрізноманітнішому вигляді (графіки, діаграми, рівні, зміна положення, кольору і т.д.), дозволяє зберігати дані тривалий час, а управління здійснюється натисканням клавіші або кліком мишки.

2. Термінологія АСУ ТП

Автоматика — галузь теоретичних і прикладних знань про пристрої і системи, що діють без прямої участі людини. Входить до складу технічної кібернетики в якості теорії автоматичного управління технічними засобами (керуючими пристроями, датчиками, виконавчими механізмами і пристроями, що забезпечують взаємодію людини з обчислювальною машиною) разом з теорією і прикладними основами створення і організації їх функціонування. Удосконалення технічних засобів і поширення автоматичних керуючих пристроїв сприяє автоматизації виробництва.

Автоматизація виробництва — вищий рівень розвитку машинної техніки, коли регулювання і управління виробництвом здійснюється без безпосередньої участі людини, а лише під його контролем. Автоматизація виробництва означає появу якісно нової системи машин, особливістю якої є наявність керуючої ланки, що ґрунтується на застосуванні електронних обчислювальних машин (ЕОМ), приладів і засобів автоматизації.

Автоматизована система — сукупність керованого об'єкта й автоматизованих керуючих пристроїв, у якій частину функцій керування виконує людина. Автоматизована система отримує інформацію від об'єкта управління, передає, перетворює й обробляє її, формує керуючі команди та виконує їх на керованому об'єкті. Людина визначає цілі та критерії управління, коригує їх, якщо змінюються умови.

Автоматизована система управління (АСУ) — система, заснована на комплексному використанні технічних, математичних, інформаційних та організаційних засобів для управління складними технічними й економічними об'єктами.

Автоматизована система управління (АСУ) — automatized management system — сукупність математичних методів, технічних засобів (комп'ютерів, засобів зв’язку, пристроїв відображення інформації і т.д.) і організаційних комплексів, що забезпечують раціональне управління складним об'єктом (процесом) відповідно до заданої метою. АСУ прийнято ділити на основу і функціональну частину. В основу входять інформаційне, технічне і математичне забезпечення.

До функціональної частини відносять набір взаємопов'язаних програм, що автоматизують конкретні функції управління (планування, фінансово-бухгалтерську діяльність та ін.) Розрізняють АСУ об'єктами (технологічними процесами — АСУТП, підприємством — АСУП, галуззю — ОАСУ) і функціональними автоматизованими системами, наприклад, проектування, розрахунків, матеріально-технічного та іншого забезпечення.

SCADA — Supervisory Control And Data Acquisition (Система супервізорного управління та збору даних). Система управління і моніторингу, що містить програмно-апаратні засоби, взаємодіючі між собою через локальні і глобальні мережі.

Програмований логічний контролер (ПЛК) — електронний пристрій, що містить в складі один або декілька мікропроцесорів, модулі пам’яті, порти введення / виводу, призначених для збору даних про стан технологічного процесу, а також для автоматичного управління ним.

Технологічний процес — процес обробки або переробки (зміни стану, властивостей, форми) сировини, матеріалів і напівфабрикатів у процесі виробництва продукції.

OLE for Process Control (OPC) — стандартний механізм доступу програмних додатків до даних технологічного процесу.

OPC сервер — програмний продукт, що виконує обмін даними з технологічним процесом у реальному масштабі часу.

OPC клієнт — програма, яка має можливість здійснювати взаємодію з OPC-сервером.

Мнемонічна схема (мнемосхема) — сукупність сигнальних пристроїв і сигнальних зображень устаткування, внутрішніх зв’язків контрольованого об'єкту, що розміщуються на диспетчерських пультах, спеціальних панелях або виконаних на персональному комп’ютері. Полегшує запам’ятовування структури об'єкта, контроль режимів його дії і керування ним. Застосовується на промислових підприємствах, в енергетичних системах та інше.

Технологічна змінна — змінна, яка містить значення одного з технологічних параметрів, що знімається з датчика.

Комплексна автоматизація виробництва — complex automation manufacturing — методологія автоматизації виробничих процесів за допомогою комп’ютерів. Об'єднує проектні роботи, технологічні засоби, системи планування, контролю, управління та обліку. В результаті підприємство суттєво зменшує накладні витрати, витрати на фінансування, забезпечує економію сировини і енергії, скорочує брак і відходи.

Протокол — protocol — набір правил, яких дотримуються комп’ютери і програми при обміні інформацією. Існує маса різних протоколів, які управляють всіма аспектами зв’язку і передачі даних від апаратного до прикладного рівня, але всі вони сходяться в тому, що задають правила, роблячи зв’язок можливим.

3. SCADA — система

Всі сучасні SCADA-системи включають три основних структурних компоненти:

Remote Terminal Unit (RTU) — віддалений термінал, який здійснює обробку завдання (управління) в режимі реального часу. Спектр його втілень широкий — від примітивних датчиків, які знімають інформацію з об'єкта, до спеціалізованих багатопроцесорних відмовостійких обчислювальних комплексів, що здійснюють обробку інформації і керування в режимі реального часу. Конкретна його реалізація визначається конкретним застосуванням. Використання пристроїв низькорівневої обробки інформації дозволяє знизити вимоги до пропускної здатності каналів зв’язку з центральним диспетчерським пунктом.

Master Terminal Unit (МTU), Master Station (MS) — диспетчерський пункт управління (головний термінал); здійснює обробку даних і керування високого рівня, як правило, в режимі м’якого (квазі-реального) часу; одна з основних функцій — забезпечення інтерфейсу між людиною-оператором і системою. В залежності від конкретної системи MTU може бути реалізований у найрізноманітнішому вигляді - від одиночного комп’ютера з додатковими пристроями підключення до каналів зв’язку, до великих обчислювальних систем (мейнфреймів) і / або об'єднаних у локальну мережу робочих станцій і серверів. Як правило, при побудові МП використовуються різні методи підвищення надійності і безпеки роботи системи.

Communication System (CS) — комунікаційна система (канали зв’язку) необхідна для передачі даних з віддалених точок (об'єктів, терміналів) на центральний інтерфейс оператора-диспетчера та передачі сигналів управління на RTU (або віддалений об'єкт — в залежності від конкретного виконання системи).

Функціональна структура SCADA-системи

Існує два типи управління віддаленими об'єктами SCADA: автоматичний і ініційоване оператором системи.

Виділяють чотири основних функціональних компоненти систем диспетчерського управління та збору даних:

1) людина-оператор;

2) комп’ютер взаємодіє з людиною;

3) комп’ютер взаємодіє із завданням (об'єктом);

4) завдання (об'єкт управління).

А також визначають п’ять функцій людини-оператора в системі диспетчерського управління і характеризують їх як набір вкладених циклів, в яких оператор:

· планує, які наступні дії необхідно виконати;

· навчає (програмує) комп’ютерну систему на подальші дії;

· відстежує результати автоматизованої роботи системи;

· втручається в процес у разі критичних подій, коли автоматика не може впоратися, або при необхідності підстроювання (регулювання) параметрів процесу;

· навчається в процесі роботи (отримує досвід).

Дане подання SCADA стало основою для розробки сучасних методологій побудови ефективних диспетчерських систем.

Вимоги до диспетчерських систем

Особливості процесу управління на сучасних диспетчерських системах:

— процес SCADA застосовується в системах, в яких обов’язковою є наявність людини;

— процес SCADA був розроблений для систем, в яких будь-яка неправильна дія може привести до відмови (втрати) об'єкта управління або навіть до катастрофічних наслідків;

— оператор несе, як правило, загальну відповідальність за управління системою, яка при нормальних умовах лише зрідка вимагає підлаштовування параметрів для досягнення оптимальної продуктивності;

— активну участь оператора в процесі управління відбувається не часто і в непередбачувані моменти часу, зазвичай у разі настання критичних подій (відмови, нештатні ситуації і ін.);

— дії оператора в критичних ситуаціях можуть бути жорстко обмежені за часом (декількома хвилинами або навіть секундами).

Тому до SCADA-систем ставлять наступні основні вимоги:

— надійність системи (технологічна і функціональна);

— безпека управління;

— точність обробки і представлення даних;

— простота розширення системи.

Вимоги безпеки і надійності управління в SCADA включають наступні:

— ніяка одинична відмова обладнання не повинна викликати видачу неправдивої вихідної дії (команди) на об'єкт управління;

— ніяка одинична помилка оператора не повинна викликати видачу неправдивої вихідної дії (команди) на об'єкт управління;

— всі операції по управлінню повинні бути інтуїтивно зрозумілими і зручними для оператора (диспетчера).

Технологія проектування систем автоматизації на основі SCADA-систем

· Розробка архітектури системи автоматизації в цілому. На цьому етапі визначається функціональне призначення кожного вузла системи автоматизації.

· Вирішення питань, пов’язаних з можливою підтримкою розподілення архітектури, необхідністю введення вузлів з ?? «гарячим резервуванням» і т. п.

· Створення прикладної системи управління для кожного вузла. На цьому етапі фахівець в області автоматизованих процесів наповнює вузли архітектури алгоритмами, сукупність яких дозволяє вирішувати завдання автоматизації.

· Приведення у відповідність параметрів прикладної системи з інформацією, якою обмінюються пристрої нижнього рівня (наприклад, програмовані логічні контролери — PLC) із зовнішнім світом (датчики температури, тиску та ін.)

· Налагодження створеної прикладної програми в режимі емуляції і в реальному режимі.

Процес розробки додатків SCADA зазвичай ділиться на дві частини. Перша включає проектування і реалізацію апаратури і її логіки, зазвичай генерується за допомогою мови програмування ПЛК. Друга частина — створення користувацького інтерфейсу. Дуже часто ці два етапи виконуються послідовно різними спеціалістами, які мають відповідну підготовку. Оскільки розв’язувані ними задачі перекриваються, трудомісткість розробки зростає багаторазово.

Технічні характеристики SCADA-систем

Апаратна реалізація зв’язку з пристроями вводу / виводу

Для організації взаємодії з контролерами можуть бути використані наступні апаратні засоби:

· COM — порти. У цьому випадку контролер чи об'єднані мережею контролери підключаються за протоколами RS-232, RS-422, RS-485.

· Мережеві плати. Використання такої апаратної підтримки можливе, якщо відповідні контролери забезпечені інтерфейсним виходом на Ethernet.

· Вставні плати. У цьому випадку протокол взаємодії визначається платою і може бути унікальним. В даний час пропонуються реалізації в стандартах ISA, PCI, Compact PCI.

Наявні засоби мережевої підтримки

Однією з основних рис сучасного світу систем автоматизації є високий ступінь інтеграції. У будь-яку з них можуть задіюватись об'єкти управління, виконавчі механізми, апаратура, яка реєструє і обробна інформацію, робочі місця операторів, сервери БД і т.д. Очевидно, що для ефективного функціонування в цьому різнорідному середовищі SCADA-система повинна забезпечувати високий рівень мережевого сервісу. Бажано, щоб вона підтримувала роботу в стандартних мережевих середовищах (Arcnet, Ethernet і т.д.) з використанням стандартних протоколів (Netbios, TCP / IP та ін.), а також забезпечувала підтримку найбільш популярних мережевих стандартів з класу промислових інтерфейсів (Profibus, Canbus, LON, Modbus і т.д.).

Більшість SCADA-систем мають вбудовані мови високого рівня, Basic-подібні мови, що дозволяють генерувати адекватну реакцію на події, пов’язані зі зміною значення змінної, виконанням деякої логічної умови, використанням комбінацій клавіш, а також реалізацією деякого фрагмента з заданою частотою щодо всієї програми чи окремого вікна.

Графічні можливості

Для фахівця — розробника системи автоматизації, так само як і для технолога, чиє робоче місце створюється, дуже важливий графічний користувальницький інтерфейс.

Засоби візуалізації - одна з базових властивостей SCADA-систем. Функціонально-графічні інтерфейси SCADA-системах дуже схожі. У кожній з них існує графічний об'єктно-орієнтований редактор з певним набором анімаційних функцій. Використовувана векторна графіка дає можливість здійснювати широкий вибір операцій над обраним об'єктом. Об'єкти можуть бути простими (лінії, прямокутники, текстові об'єкти і т.д.) і складні.

Можливості агрегування складних об'єктів у різних SCADA — системах різні. Всі SCADA — системи включають бібліотеки стандартних графічних символів, бібліотеки складних графічних об'єктів, мають цілу низку інших стандартних можливостей.

Вкрай важливим є питання про підтримку в розглянутих системах стандартних функцій GUI (Graphic Users Interface). Оскільки більшість SCADA-систем працює під управлінням Windows, це і визначає тип використовуваного GUI.

автоматизований управління технологічний мережевий

4. Побудова SCADA на базі ПК та контролера Twido

Один з критеріїв вибору SCADA програми — перелік підтримуваних комунікацій. Тобто SCADA з одного боку і технічний засіб (надалі контролер) з іншого, повинні підтримувати однаковий протокол (або протоколи) промислової мережі. Найчастіше вибирають ту мережу, яка вже інтегрована в контролер. В цьому випадку при виборі SCADA враховують наявність даних протоколів в переліку комунікаційних драйверів.

При інтеграції продуктів одного виробника, наявність в SCADA-програмі драйверів зв’язку з необхідними контролерами є очевидною. Найскладнішим є випадок, коли необхідно інтегрувати засоби від декількох виробників, ряд з яких підтримують закриті протоколи. В цій ситуації дуже важко підібрати таку SCADA-програму, яка б підтримувала всі необхідні протоколи промислових мереж. Розглянемо, які можливі варіанти реалізації подібної системи.

1. Вибір іншої промислової мережі, яка б підтримувалась з боку SCADA та контролеру. Цей варіант не завжди можливо реалізувати.

2. Написання спеціального драйверу, якого не існує в SCADA, для забезпечення зв’язку з контролером. Цей варіант потребує залучення програміста досить високого рівня підготовки, наявності відкритого програмного інтерфейсу з боку SCADA-програми та відкритого протоколу обміну з контролером.

3. Заміна частини одних контролерів іншими, для яких є драйвери зв’язку. Цей варіант потребує значних капітальних затрат і може бути використаний як виключна міра.

4. Використання шлюзів для промислових мереж. Варіант також потребує значних капітальних затрат і не завжди реалізується.

ОРС — як універсальний драйвер зв’язку. Для подолання проблеми з'єднання ПЛК з SCADA при відсутності вбудованого драйвера, групою великих компаній було вирішено створити стандартний інтерфейс доступу до даних «драйвера» зі сторони програмного забезпечення верхнього рівня. Таким чином, будь який драйвер зі стандартним інтерфейсом може бути використаний будь-якою SCADA-програмою, яка цей інтерфейс підтримує. Технологія отримала назву ОРС.

Найбільш часто ОРС-технологія використовується в якості універсального інтерфейсу до драйверів контролерів та периферійних пристроїв. Тобто разом з контролером може поставлятися спеціальна програма — ОРС-сервер, який надає доступ до змінних цього типу контролеру. Тобто ОРС-сервер з одного боку має драйвери для зв’язку з контролерами по конкретних протоколах промислових мереж, а з іншого — надає універсальний ОРС-інтерфейс для зв’язку з сервером SCADA-програми. В такій системі SCADA буде ОРС-клієнтом.

На рис. 2 показана спрощена схема функціонування роботи ОРС-технології в контексті описаної системи. База даних реального часу SCADA-програми (з умовною назвою «SamplSCADA»), збирає дані з чотирьох джерел: ПЛК1, ПЛК2, ПЛК3 та ПЛК4. Для перших двох контролерів для збору даних використовуються драйвери зв’язку для цих ПЛК, вірніше для протоколів промислових мереж, по яким вони з'єднуються. Дані зчитуються (або записуються) з ПЛК в БДРЧ. Зв’язок з ПЛК3 та ПЛК4 виконується через ОРС-сервери з умовними назвами відповідно «Sampl.OPC» та «Exmpl.OPC» з використанням драйвера ОРС-клієнт. Тобто ОРС-сервери через вбудовані драйвери зчитують дані з ПЛК та зберігають їх в своїй базі даних реального часу. SCADA-програма в свою чергу зчитує дані з ОРС-серверів. Запис даних відбувається аналогічно.

Рис. 2 Функціонування ОРС з точки зору інтегратора Для реалізації такого зв’язку користувач повинен:

1. Налаштувати OPC-сервер за допомогою спеціалізованої програми-конфігуратора, що поставляється разом з ним: створити всі необхідні змінні сервера, тобто дати їм ім'я (ItemID) та вказати джерела даних в ПЛК, на які вони посилаються.

2. В SCADA-програмі вказати:

— назву ОРС-сервера, з яким необхідно зв’язатися (ProgID). У нашому прикладі це будуть два сервери «Sampl.OPC» та «Exmpl.OPC». Інколи SCADA надає можливість вибору ProgID зі списку зареєстрованих ОРС-серверів.

— для вибраної змінної в якості джерела даних вказати ім'я на ОРС-сервері, тобто ItemID, що був створений на 1-му кроці. Як правило ItemID вибирається зі списку, який надає Browser на стороні ОРС-клієнта.

Розглянемо приклад.

Завдання: налаштувати ОРС-сервери (Schneider-Aut.OFS, VIPA. OPC-Server) та SCADA (Citect) для зчитування наступних змінних (рис. 2):

? MW100, що відповідає за температуру з PLC1 (VIPA200) по протоколу MPI;

?%MW100, що відповідає за тиск з PLC2 (Twido) по протоколу Modbus RTU;

Для зв’язку з контролерами використовуються ОРС-сервери:

— OFS-Servrer від Шнейдер Електрик (ProgID=Schneider-Aut.OFS), що підтримує ряд протоколів, зокрема Modbus RTU;

— VIPA OPC-Server від фірми VIPA (ProgID=VIPA.OPCServer), що підтримує протокол MPI.

Рішення: 1. Конфігурування OFS. Відповідно до рис. 3 на даному OPC-сервері необхідно створити змінну з назвою «Pressure», джерелом даних для якої буде змінна % MW100 на PLC2. Для конфігурування OFS-сервера використовується утиліта OFS Configuration Tool.

Дані визначаються наступним чином (рис. 4):

— створюється псевдонім, який буде вказувати на адресу конкретного пристрою, з яким може обмінюватись ОРС-сервер. У нашому випадку псевдонім пристрою має ім'я PLC2);

— для створеного псевдоніму вказується драйвер зв’язку, адреса пристрою та додаткові параметри, що уточнюють місцезнаходження його в мережі; в нашому випадку в результаті конфігурування створиться адреса: MODBUS01:1/T;

— для створеного псевдоніму пристрою вказати файл, в якому будуть знаходитись символьні імена та відповідні їм змінні контролера. У нашому випадку вибраний файл PLC2. CSV, в якому сформований запис:

%MW100 PRESSURE

Відповідно до правил іменування змінних в OFS, ідентифікатор потрібної змінної буде формуватися наступним чином:

ItemID = Ім'я_псевдоніму_пристрою!Ім'я_змінної

В нашому випадку ідентифікатор змінної буде? PLC2! PRESSURE.

Рис. 3 Схема обміну даним SCADA Citect з використанням ОРС Рис. 4 Конфігурування ОFS

Рис. 5 Конфігурування VIPA-OPC

Рис. 6 Створення в Citect IODevices, прив’язаних до OPC-серверів Рис. 7 Створення в Citect Variable Tags

Клієнт-серверна модель. ОРС DA технологія базується на клієнт-серверній архітектурі. ОРС-клієнт користується послугами ОРС-сервера, використовуючи СОМ-інтерфейси його об'єктів. У наведеному на рис. 8 прикладі, ОРС-клієнтом є SCADA-програма, задачею якої є відображення чотирьох змінних (%MW100-%MW103) які знаходяться на ПЛК. OPC-Сервер отримує необхідні дані через драйвери зв’язку і зберігає їх у своїй базі даних реального часу. Для того щоб доступитися до даних ОРС-сервера, ОРС-клієнт створює для себе ОРС-Group (Group1, Group2), в яких створює ОРС-Item (Item1, Item2), що посилаються на ці дані.

ОРС-клієнт (OPC Client) — прикладна програма, яка вміє користуватися об'єктами OPC-сервера за допомогою ОРС-інтерфейсів (підмножина СОМ-інтерфейсів).

ОРС-сервер (OPC Server) — прикладна програма, яка надає доступ до визначених в специфікації ОРС СОМ-об'єктів за допомогою ОРС-інтерфейсів.

З одним ОРС-сервером можуть з'єднатися декілька ОРС-клієнтів. З іншого боку, одна і та сама програма ОРС-клієнт, може одночасно користуватися послугами декількох ОРС-серверів. Тобто ОРС технологія є мультиклієнтною і мультисерверною.

Так як ОРС-сервер — це СОМ-сервер, він реєструється на комп’ютері унікальним числовим ідентифікатором (GUID) та має унікальний строковий програмний ідентифікатор (ProgID). Тобто, для того щоб для ОРС-клієнта визначити з яким ОРС-сервером на тому самому ПК йому необхідно з'єднатися, достатньо вказати його ProgID.

Об'єкт ОРС-Item надає доступ до джерела даних (надалі тег) в межах ОРС-сервера, яке ідентифікується унікальним в межах сервера ідентифікатором ItemID. Тому при створенні ОРС-Item'а, вказується ItemID необхідного тега. Правила ідентифікації даних залежать від реалізації ОРС-сервера, а механізм визначення їх джерел (наприклад адреса пристрою та змінної в ПЛК) як правило реалізується в конфігураторі цього сервера. У прикладі ми вже розглянули два варіанта формування ItemID, нижче більш детально розгялнуті способи ідентифікації тегів. Тут тільки зазначимо, що весь список ItemID може мати деревовидну ієрархічну структуру, що дозволяє зручніше використовувати цей механізм в проектах з великою кількістю даних. Для навігації по списку / дереву ідентифікаторів ОРС-сервер, як правило, має об'єкт OPC Browser.

ОРС-Item належить Клієнту, який його створив і тому його не можуть використовувати декілька Клієнтів. Тим не менше є можливість посилатися на одні і ті ж дані. На рис. 8 два Клієнта одночасно використовують дані з % MW100 та % MW102, однак створюють для цього різні OPC-Item. Слід відмітити, що джерелом даних не обов’язково є змінна на зовнішньому пристрої, це можуть бути внутрішні дані самого Серверу.

З кожним ОРС-Item'ом асоціюється плинне значення (Value), відмітка часу (Time Stamp) та якість (Quality).

Рис. 8 Принципи функціонування OPC DA

OPC-Group — об'єкт ОРС-сервера, який призначений для виконання групових операцій над ОРС-Item'ами. Так як ОРС-Item не може існувати без цього об'єкту, спочатку ОРС-клієнт створює ОРС-Group, а потім в його межах створює ОРС-Item'и. В інтерфейсі OPC DA 2.0 кожний ОРС-Group, як і все його наповнення, належить окремому Клієнту. Механізм групування дозволяє розділяти дані за принципом читання / запису, періодичністю операцій та активувати / деактивувати відновлення змінних.

Компоненти Citect

Провідник Citect (Citect Explorer) — це утиліта створення і керування проектами Citect. Окрім цього, це засіб зручного запуску таких компонентів системи Citect, як Редактор проектів, Графічний редактор і Редактор програм на мові Cicode. На рис. 9 показано головне вікно Провідника Citect:

Рис. 9 Головне вікно Провідника Citect

Редактор проектів (Project Editor) — це утиліта системи Citect, яка використовується для керування конфігураційними параметрами проекту, не зв’язаних з графічними сторінками. На рис. 10 показано приклад головного вікна Редактора проектів:

Рис. 10 Головне вікно Редактора проектів

Графічний редактор (Graphics Builder) представляє собою програму, призначену для створення і зміни графічних сторінок і об'єктів, що використовуються на цих сторінках. На рис. 11 показано приклад головного вікна Графічного редактора:

Рис. 11 Головне вікно Графічного редактора

Середовище виконання представляє собою графічний інтерфейс (розроблений користувачем), за допомогою якого здійснюється реальне керування роботою і моніторинг стану виробничого обладнання. Приклад робочого екрану виконавчої системи показаний на рис. 12:

Рис. 12 Приклад вікна Середовище виконання

Створення проекту

Створити новий проект можна в середовищі додатка Citect Explorer за допомогою кнопки New на панелі інструментів, або шляхом виконання команди File | New Project, або ж команди New Project контекстного меню будь компоненти вікна Project List (рис. 13).

Рис. 13 Створення нового проекту в діалоговому вікні Citect Explorer

Рис. 14 Створення нового проекту Заповнюємо поля, як вказано на рис. 14. Ім'я проекту повинно не перевищувати 64 символи. Якщо виникають проблеми з переглядом тегів, то рекомендується зменшити довжину імені проекту.

Створивши проект потрібно створити Кластер. Для цього відкриваємо вікно Провідник Citect | Test | Связь | Кластеры. Ім'я кластера «Claster1».

Рис. 15 Створення кластера Наступним кроком є створення користувача та надання йому прав. Відкриваємо Провідник Citect | Система | Роли. Заповнюємо дані, як показано на рис. 16.

Рис. 16 Створення ролей користувачів

Привілегії користувача розділяються на діапазон 1.8. В пункті Глобальные привилегии надаємо максимально доступні права заповнюючи як вказано на рис. 16.

Створивши ролі, створюємо самого користувача. Відкриваємо Провідник Citect | Система | Пользователи. Заповнюємо пункти, як вказано на рис. 17.

Рис. 17 Створення користувача Компілюємо проект. Для цього обираємо команду «Компилировать» в діалоговому вікні Редактор проектов | Файл. Кожному користувачу можна присвоювати свій обліковий запис з паролем. Це дає змогу захистити систему від доступу сторонніх осіб, а також прослідковувати кількість годин роботи кожного працівника, його дії та час роботи з гг. хх до гг. хх. Також надаючи привілегії користувача, обмежується права працівників згідно їх кваліфікації та обов’язків.

Майстер налаштування комп’ютера (Computer Setup Wizard) є додатком, який визначає комунікації SCADA-системи Vijeo Citect і апаратні засоби комп’ютера. З його допомогою можна визначити, чи є комп’ютер тільки клієнтом (Display Client, Network computer), сервером і клієнтом (Server and Display Client, Network computer або Stand_alone computer) або ж клієнтом керівника (Manager Client, Network computer).

Майстер налаштування комп’ютера дає можливість використання сигналів тривоги, звітів, трендів і подій. Майстер налаштування комп’ютера також вказує опції і параметри, які визначають поведінку SCADA-додатків.

Майстер настройки комп’ютера можна запустити з середовища додатка Citect Explorer трьома різними способами — натисненням кнопки Computer Setup на панелі інструментів, за допомогою команди Tools | Computer Setup Wizard і, нарешті, у вікні Project List можна клацнути лівою кнопкою миші по My Projects і у вікні Contens of My Projects двічі клацнути лівою кнопкою миші по компоненті Computer Setup (рис. 18).

Рис. 18 Майстер налаштування комп’ютера Обравши пункт Експресс установка та натиснувши кнопку Далі…, обираємо проект «Test», відмічаємо Клиент управления та Полная лицезия, Автономний, Готово. Більш детальні інструкції про Майстер налаштування комп’ютера можна знайти в CitectSCADA Help.

5. Налаштування комунікацій та створення тегів

Далі послідовно розглядаються налаштування комунікацій та їх тестування шляхом створення тега і його використання в графічній сторінці.

Налаштування комунікацій

Обмін інформацією з пристроями вводу / виводу в SCADA-системі Vijeo Citect ілюструє рис. 19. У процесі інформаційного обміну використовуються Сервер вводу / виводу (I/O Server, таких серверів в загальному випадку може бути кілька), Карти вводу / виводу (I/O Boards), Порти (Ports) і Пристрої вводу / виводу (I/O Devices). Налаштувати перераховані компоненти найзручніше і простіше за допомогою Майстра налаштування комунікацій (Communication Express Wizard).

Майстер налаштування комунікацій можна запустити двома різними способами — із середовища Citect Project Editor за допомогою команди Communication | Express Wizard або з середовища Citect Explorer, якщо у вікні Project List відкрити необхідний проект (наприклад, проект Test), клацнути лівою кнопкою миші по Communications і в вікні Contens of Communications двічі клацнути лівою кнопкою миші по компоненті Express I / O Devices Setup (рис. 19).

Рис. 19 Майстер налаштувань параметрів зв’язку В діалоговому вікні (рис. 19) натискаємо Далі… | Создать новый сервер в/в | Создать новое устройство в/в | Внешнее устройство в/в | Twido | Modbus/RTU | Адрес 1 | СОМх. Якщо використовується ОРС-сервер замість Twido обираємо ОРС-Server. В пункті СОМх вказуємо порт через який з'єднано ПЛК.

Визначення тегів

Визначити тег змінної можна трьома різними способами — із середовища додатка Citect Project Editor натисканням кнопки Variable Tags на панелі інструментів, за допомогою команди Tags | Variable Tags й, нарешті, з середовища додатка Citect Explorer у вікні Project List можна відкрити необхідний проект (наприклад, проект Test), клацнути лівою кнопкою миші по Tags й у вікні Contens of Tags двічі клацнути лівою кнопкою миші по компоненті Variable Tags (рис. 20).

Рис. 20 Задання змінного тега.

Тестування комунікацій

Для тестування комунікацій створюємо графічну сторінку в меню Графічний редактор (Graphics Builder). Обираємо пункт Файл | Новый | Страница | Tab_style_1. Графічну сторінку можна редагувати натиснувши праву кнопку «мишки» та обравши пункт «Свойства страниц». Заповнюємо діалогове меню як вказано на рис. 21.

Рис. 21 Редагування графічної сторінки У вікні Редактор графіки за допомогою панелі навігацій (рис. 22) створюємо кнопку. Для цього обираємо з навігаційної панелі об'єкт Кнопка та на графічній сторінці задаємо його розмір. Одразу з’явиться меню Свойства кнопки. В ньому можна редагувати напис на кнопці, її видимість та ефекти. Обираємо підпункт Ввод, в якому задаємо дії при натисканні кнопки. Натиснувши значок обираємо тег Teg1 та присвоюємо йому зміну на логічну «1». В пункті Движение відзначаємо Вверх (рис. 23).

Рис. 23 Створення об'єкта Кнопка Щоб візуально побачити спрацювання об'єкта Кнопка створюємо об'єкт Набор образов. Заповнюємо дані як вказано на (рис. 24). Також можна в підпункті Ввод задати зміну тега на логічний «0». Тоді при натисканні лівою кнопкою «миші» на об'єкт тег Teg1 буде рівний «0».

Рис. 24 Створення об'єкта Набор образов

Натиснувши на кнопку Запустить проект отримуємо графічну сторінку normal. Натискаючи кнопку сиглальний діод змінює колір на зелений, натиснувши на сигнальний діод він станє знову сірого кольору.

Рис. 25 Графічна сторінка normal

Графічний редактор середовища Citect багатий об'єктами, що дозволяє зробити робоче місце оператора зручним та інтуїтивно зрозумілим.

Список використаної літератури

1. Журнал «Сучасні технології автоматизації» за 1997;2002 рр.

2. Журнал «Світ комп’ютерної автоматизації» за 1997;2000 рр.

3. Д. А. Рождественский «Автоматизовані комплекси розподіленого управління» м. Томск 2002 р.

4. Давыдов В. Г. «Базовий курс VijeoCitectSCADA v6.12» м. Санкт-Петербург 2008 р.

5. Файл CitectSCADA. chm (CitectSCADA Help, вбудована справка, англ. мова).