Статья только в электронной версии журнала
АСУП
Надежда Куцевич
Основополагающее направление развития современных программных технологий управления промышленным производством заключается в органичном сочетании в рамках единого инструментального комплекса эффективного управления промышленным процессом как таковым и неразрывно связанного с ним общего бизнес-менеджмента предприятия.
Рис. 1. Схема функционирования Industrial SQL server
Широко распространенные на рынке SCADA-системы в подавляющем большинстве ответственны лишь за уровень промышленной автоматизации, связанный с получением данных от различных датчиков и устройств ввода-вывода, с визуализацией собранной информации и ее архивированием. Доступ же к этой информации руководства предприятия до недавнего времени был лишь опосредованным. Для анализа производства в целом, для моделирования его отдельных этапов на рынке появился ряд новейших программных комплексов. Одному из них - пакету FactorySuite 2000 (в дальнейшем FactorySuite) фирмы Wonderware - и посвящена настоящая статья. Набор FactorySuite включает:
- SCADA-систему InTouch;
- реляционную базу реального времени - IndustrialSQL Server;
- систему для управления контроллерным оборудованием и процессами - InControl;
- средство просмотра данных через Internet/Intranet-сети - Scout;
- системы управления производством - InTrack и InBatch.
Эти пакеты охватывают все уровни автоматизации промышленного производства, начиная от управления (InControl) и визуализации процесса (InTouch) и кончая уровнем непосредственного управления производственным процессом (InTrack, InBatch).
SCADA-система InTouch
Отметим в данной системе удачную реализацию человеко-машинного интерфейса (HMI, human machine interface) и хорошее соотношение функциональности и цены. HMI позволяет контролировать все объекты и системы и ими управлять, используя графическое представление. Она включает: отображение параметров для управления сигналами; отображение текущих и исторических трендов; отображение и регистрацию аварийных сигналов.
Рис. 2. Scout OutPost и ScoutVT служат для
динамического отображения технологического процесса
Графические объекты могут быть анимированы с использованием следующих динамических атрибутов: цвет, положение, движение, мигание, заполнение и др. InTouch позволяет организовать взаимодействие с другими приложениями, используя следующие средства: стандартный DDE-обмен, OLE-технологию, OPC-программы (OLE for Process Control - OLE для управления процессами).
InTouch имеет встроенные механизмы интеграции с другими компонентами FactorySuite. Эти механизмы используют как указанные стандартные протоколы, так и собственный, разработанный фирмой Wonderware протокол SuiteLink. В этом протоколе введена концепция меток времени и качества информации, выставляемых серверами ввода-вывода.
IndustrialSQL Server - СУБД реального времени
IndustrialSQL Server является сердцем промышленного набора FactorySuite, интегрированным с InTouch и накапливающим при помощи серверов ввода-вывода информацию практически от любых измерительных приборов и устройств сбора данных.
Промышленное предприятие характеризуется тысячами аналоговых и дискретных параметров, меняющих свои значения различными темпами. В случае применения обычных реляционных баз данных (БД) объем занимаемого пространства может достигнуть сотен гигабайтов после всего нескольких месяцев функционирования. Кроме того, предприятия генерируют данные с частотой, которая неприемлема для стандартных реляционных БД.
Особенности реализации. IndustrialSQL Server решает указанные выше проблемы за счет высокоскоростного сохранения информации в реляционных БД.
Пакет позволяет хранить данные более компактно по сравнению с обычной реляционной БД. Фактический размер требуемого для хранения производственной информации дискового пространства определяется масштабами деятельности предприятия, а также сроком хранения предыстории его функционирования.
В обычнном языке SQL нет никаких средств контроля за временем поступления данных. IndustrialSQL Server, обобщенная схема функционирования которого представлена на рис. 1, расширяет возможности Transact-SQL, обеспечивая управление разрешением и обновлениями, а также предоставляя основу таким временным функциям, как частота изменения и интегральные вычисления на сервере.
Клиентские приложения. Кроме SQL-сервера в FactorySuite входит несколько специализированных приложений-клиентов, объединенных под названием FactoryOffice. Они предназначены для создания текущих и архивных трендов, параметрических графиков X - Y и для табличного отображения текущих и архивных данных.
IndustrialSQL Server включает возможности традиционных реляционных БД, поскольку построен на Microsoft SQL Server, а также добавляет уникальные функции, обеспечивающие регистрацию данных в реальном времени.
InControl - инструментальная система программирования контроллеров
Пакет InControl решает задачи самого нижнего уровня автоматизации производства (или управления) - контроля технологического процесса. Он поддерживает в рамках международного стандарта IEC 1131-3 язык релейной логики (RLL), язык последовательных функциональных схем (SFC) и язык структурированного текста (STL). Кроме того, поддерживается язык управления перемещениями (Motion Control Language), соответствующий спецификации RS-274, а также традиционные языки программирования. Прикладная программа управления работает на любой аппаратной платформе, допускающей применение Windows NT: это может быть как персональный компьютер, так и ПЛК. Эффективные аппаратные контроллеры такого типа могут быть построены на базе промышленных магистрально-модульных систем типа CompactPCI, в которых применение в качестве встроенной операционной системы Windows NT стало уже реальностью.
рис.3 Интеграция технологического и управленческого уровней.
Просмотр данных через Internet/intranet
В FactorySuite просмотр данных реального времени через Internet осуществляется с помощью набора компонентов Scout (рис. 2). Scout состоит из двух базовых частей: сервера Scout Outpost и клиента Scout VT.
Клиентский модуль Scout VT содержит набор настраиваемых пользователем OLE-объектов, таких, как браузеры, графики, диаграммы и элементы трендов. В отличие от стандартных Web-браузеров Scout позволяет пользователю связываться с несколькими Web-серверами одновременно, а также проводить поиск необходимой информации на каждом из них.
рис 4.Видеосхема технологического процесса ректификационной установки на заводе “Топаз”.
Scout оптимизирован для работы с FactorySuite, но может быть использован для визуализации данных из любых динамических источников.
Руководители могут использовать его для просмотра данных, находясь в любой точке мира, в одной интегрированной среде представления.
InTrack - универсальная система управления производством
(MES, Manufacturing Execution Systems)
Эта система позволяет разработчику писать прикладные программы управления производством, моделируя и прослеживая каждую стадию производственных процессов от загрузки сырья до выпуска готовой продукции. В основе прикладных программ лежит работа с окнами, сценариями и библиотекой мастер-объектов, около 40 из которых разработаны специально MES-систем. Среди этих объектов - производственные цепочки, операции, материальные ресурсы и продукты и т. д. Схемы производственных процессов создаются в специальном графическом редакторе. С помощью InTrack можно определять и моделировать процессы, автоматизировать сбор данных, устанавливать очередность работ. Использование DDE-обмена и OLE-технологии позволяет организовать связь с различными устройствами ввода-вывода (например, устройств со считывателями штрих-кодов), а также с системами верхнего уровня MRP - системами планирования ресурсов предприятия.
FactorySuite - Microsoft BackOffice Suite - интеграция без проблем
Еще раз следует подчеркнуть, что все компоненты FactorySuite хорошо интегрированы на основе стандартных DDE-, OLE- и OPC-механизмов и разработанного фирмой Wonderware протокола SuiteLink. Ядром пакета FactorySuite является IndustrialSQL Server. Последний на каждом уровне тесно интегрирован с остальными компонентами FactorySuite.
Все компоненты FactorySuite интегрируются с Microsoft SQL Server, Windows NT Server, Systems Management Server, SNA Server и Mail Server. Это расширяет возможности персонала, объединяя в масштабе предприятия производственные структуры с управленческими. Доступ к базе данных реального времени и традиционным реляционным базам данных, использование ActiveX-объектов и API-функций возможны как с уровня управления (Control), обеспечивающего сбор данных от различных датчиков через устройства сопряжения, так и с уровней визуализации (HMI, Human Machine Interface) и планирования (ERP, Enterprise Resources Planning systems) (рис. 3). Информация на производстве поступает и “сверху”, и “снизу”. “Сверху” формируется информация, отвечающая за работу предприятия в целом, осуществляется планирование производства.
Опыт применения компонентов FactorySuite в отечественных проектах
В большинстве проектов, создаваемых компанией RTSoft, в качестве SCADA-системы используется InTouch, в качестве серверов баз данных - IndustrialSQL Server. Для разработки прикладных систем управления программируемыми логическими контроллерами служит CASE-технология проектирования ISaGRAF фирмы CJ International (хотя появилась возможность применения для этих целей и InControl) наряду с классическими языками программирования типа Cи/Cи++. Эти проекты носят самый разный характер: от автоматизации контроля за производством спирта и водки до регулирования уличнного движения в Москве, от управления нефтедобывающим предприятием и газокомпрессорными станциями до автоматизации испытаний жидкотопливных космических ракетных двигателей РД-180.
Ниже приведены два примера применения FactorySuite 2000 различной степени сложности.
Информационно-измерительная система установки ректификации. Система предназначена для автоматизации контроля параметров работы технологического оборудования для производства водки и спирта, управления исполнительными механизмами в реальном масштабе времени, включения аварийной сигнализации, отображения технологических параметров и ведения архива. Система внедрена на ликероводочном заводе “Топаз” (г. Пушкино) специалистами компаний “БИАТ” и RTSoft.
Основным компонентом системы является контроллер IUC9000 фирмы PEP Modular Computers (www.pep.de). Прикладное ПО создано с помощью системы разработки ISaGRAF и функционирует под управлением OS-9.
Система состоит из нескольких ЭВМ АРМ диспетчера и оператора, на каждом из которых установлена система отображения и контроля InTouch под управлением операционной системы Windows NT (рис. 4).
Контроллер IUC9000 производит циклический опрос всех датчиков, оперативную обработку полученной информации, выдачу команд на исполнительные механизмы и передачу данных на АРМ диспетчера.
В функции АРМ диспетчера входит отображение параметров технологического процесса, контроль аварийных ситуаций, ведение архива и отображение предыстории технологического процесса за произвольный период времени по командам оператора.
В функции АРМ оператора входит получение данных от контроллера, отображение информации о состоянии установки, а также выдача команд на включение предупредительной и аварийной сигнализации в случае выхода параметров за допустимые пределы.
Автоматизированная система управления нефтедобывающим предприятием. Структурная схема этого проекта приведена на рис. 5. Система реализуется специалистами НПО “Нефтеавтоматика” (г. Уфа) при технической поддержке фирм “АйТи” и RTSoft. Как видно из рисунка, “кустов” системы может быть несколько, в зависимости от количества и расположения нефтяных скважин и числа контроллеров на них. Существенным является то, что обмен информацией между локальными контроллерами и концентратором осуществляется через модемы или радиомодемы по протоколу ModBus. Кроме специальной программы работы с модемами концентратор 5 выполняет следующие основные задачи: поддержка оперативной БД реального времени, включающая обработку данных, их буферизацию и размещение на выделенном SQL-сервере; обеспечение обмена информацией с АРМами диспетчеров через Ethernet с помощью пакета PCLink по DDE-интерфейсу.
АРМы диспетчеров работают под управлением приложений InTouch и получают технологические данные от концентратора 5 с помощью пакета PCLink. Для обеспечения связи АРМов диспетчеров с SQL-сервером используются специальные средства в InTouch, поддерживающие SQL-запросы.
Система контролирует около 6000 технологических параметров.
C автором статьи Надеждой Куцевич, менеджером АО RTSoft по SCADA-системам, можно связаться по телефону: (095) 742-6828 или по Е-mail: nak@rtsoft.msk.ru.
