СТАТЬИ ПО ТЕМАМ

 
 

Программные продукты

"Легкие" и "тяжелые" модели "КРУГ-2000" - оптимизация решений интеграции SCADA в управление предприятием

PC-WEEK №22 2004 г.
   

 

 

Гурьянов Лев, к.т.н., ведущий специалист,
г.Пенза, Научно-производственная фирма "КРУГ"


    Минимизировать затраты и в тоже время получить требуемую функциональность для контроля и управления технологическими процессами - возможно ли это? "Легкие" и "тяжелые" модели SCADA КРУГ-2000®, реализующие идею модульности[1] - это оптимальные решение для построения АСУ ТП любой мощности с использованием практически любых контроллеров и УСО. По соотношению "цена-качество" "легкие" модели являются одними из самых привлекательных на рынке SCADA-систем.

    "Легкие" модели SCADA КРУГ-2000 относятся к классу полнофункциональных SCADA, предназначенных для создания АСУ ТП малой и средней информационной мощности с использованием практически любых контроллеров и УСО.

    "Тяжелые", РСУ - модели SCADA КРУГ-2000 относятся к классу интегрированных SCADA. Объем функциональности "тяжелой" (интегрированной) модели КРУГ-2000 позволяет создавать на ее основе АСУ ТП класса РСУ (DCS) с повышенными требованиями к надежности и использующих PC-совместимые контроллеры со средой программирования и исполнения производства НПФ "КРУГ".

    Функциональность и структуру АСУ ТП, создаваемой на основе "легкой" и "тяжелой" моделей, определяют программные комплексы Среды исполнения (Run-time) SCADA КРУГ-2000. Их можно классифицировать следующим образом:

  • По выполняемым функциям:
    • Комплексы, выполняющие только информационные функции по сбору и хранению данных без возможности управления
    • Комплексы, которые помимо информационных задач выполняют функции управления.

    • Программные комплексы без возможности управления содержат в своем составе модуль "Графический интерфейс без управления", а комплексы с возможностью управления модуль - "Графический интерфейс с управлением".
  • По типу сбора и хранения информации:
    • комплексы, осуществляющие сбор и хранение текущих (оперативных) данных технологического процесса
    • комплексы с возможностью архивирования данных для последующего просмотра и обработки.

    • Комплексы без функции архивирования содержат в своем составе модуль "Сервер Базы Данных" (Сервер БД), а комплексы с функцией архивирования - модуль "Сервер Архивной Базы Данных" (Сервер АБД).
  • По структуре создаваемой АСУ ТП:
    SCADA КРУГ-2000 позволяет создавать АСУ ТП как с локальной (одно или более независимых АРМ оператора), так и с распределенной архитектурой.
    Программные комплексы включают определенный набор исполняемых модулей и имеют следующие варианты исполнения:
  • Базовое - основной набор модулей функций (модулей), достаточный для построения разнообразных рабочих мест системы управления
  • Профессиональное - расширенный набор функций (модулей) для систем с повышенными требованиями к надежности. Например, функции резервирования, автоматического переключение сетей и серверов, автоматической печать отчетов и другие
  • Пользовательское - гибкая возможность самостоятельного выбора необходимых функций (модулей) для конкретной системы управления.
Пример компоновки программного комплекса "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА - СЕРВЕР" "легкой" модели приведен в таблице 1 (знаком "+" отмечены обязательные модули комплекса, знаком "*" - возможные дополнительные модули).

 

Таблица 1. Модули Среды исполнения комплекса "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА - СЕРВЕР"
Модули Исполнение
Базовое Профессио-
нальное
Пользова-
тельское
Сервер БД + + +
Сервер ввода-вывода + + *
Сервер АБД      
Графический
интерфейс
С управлением + + +
Без управления      
Просмотр архивов      
Зеркализация БД   + *
Зеркализация АБД      
Перезапуск     *
Сервис печати   + *
Файл-обмен     *
Резервирование сети   + *
2-хмониторный менеджер     *
Иерархия объектов     *
Статистика     *
Модуль РСУ      

    На основе данного комплекса может быть построена АСУ ТП локальной архитектуры (рисунок 1). Сервер через интерфейсы связи опрашивает все устройства связи с объектом (УСО), входящие в состав АСУ ТП, и преобразует информацию в вид, понятный оператору. Контроль и супервизорное управление технологическим процессом оператором АСУ ТП обеспечивает модуль "Графический интерфейс".


Рисунок 1. АСУ ТП локальной архитектуры

 

Интерфейсы связи - это промышленные интерфейсы, поддерживаемые SCADA КРУГ-2000.
УСО - это устройства, драйверы которых реализованы в данной версии SCADA (в настоящий момент несколько десятков), а также все устройства поддерживающие ОРС. Для связи с УСО используется модуль "Сервер ввода-вывода".

АСУ ТП такой архитектуры, как правило, применяются для объектов с небольшим количеством точек ввода-вывода (до 500), не выдвигающих повышенных требований к обеспечению взрыво- и пожарной безопасности, а также не критичных к временной потере контроля и управления.

     Достоинства такой АСУ ТП на базе SCADA КРУГ-2000:

  • Низкая стоимость. Например, цена программного комплекса "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА-СЕРВЕР" на 60 точек ввода-вывода равна всего 155 у.е. (без НДС)
  • Простота проектирования
  • Компактность
  • Низкие требования к мощности вычислительного оборудования.

 

     АСУ ТП, построенная по технологии "клиент - сервер" (рисунок 2), представляет собой вариант распределенной архитектуры системы управления.


Рисунок 2. АСУ ТП с архитектурой "клиент - сервер"

 

Основной сервер осуществляет обмен информацией с УСО через интерфейсы связи, а второй сервер находиться в 100%-ом "горячем" резерве.
Контроль и управление осуществляется с тех Станций операторов-клиентов, Графический интерфейс которых связан с основным сервером.

    Комплекс "СЕРВЕР БД" имеет графический интерфейс с ограничением количества мнемосхем (до 5) и выполняет следующие функции:

  • Загрузка, ведение Базы Данных и предоставление доступа к ней клиентским приложениям
  • Опрос УСО и обработка полученных значений
  • Диагностика каналов связей и сетей
  • Регистрация событий системы и ведение протокола событий
  • Ведение трендов.
    Если в АСУ ТП используется комплекс "СЕРВЕР АБД" (сервер архивной базы данных), то к этим функциям добавляются функции архивирования и резервного копирования.

 

    АРМ с установленным комплексом "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА-КЛИЕНТ" - это основное рабочее место контроля и управления технологическим процессом. Комплекс предоставляет для этого все необходимые функции:

  • Визуализация состояния объектов АСУ ТП с динамической индикацией значений параметров технологического процесса
  • Отображение поведения контуров регулирования
  • Сигнализация аварийных и предаварийных ситуаций
  • Дистанционное управление исполнительными механизмами и приводами
  • Дистанционное изменение заданий аналоговым регуляторам
  • Разграничение доступа к средствам системы управления по паролю
  • Визуализация протокола событий
  • Визуализация истории процесса в виде графиков и таблиц
  • и другие

 

    АСУ ТП такой архитектуры можно рекомендовать для систем контроля и управления с количеством точек ввода-вывода до 5000, выдвигающих повышенные требований к обеспечению взрыво- и пожарной безопасности, а так же критичных к временной потере контроля и управления. Для "легкой" SCADA КРУГ-2000 5000 точек ввода-вывода - это нормальная нагрузка, однако и масштаб АСУ ТП с десятками тысяч параметров может быть реализован с помощью "легкой" модели.

    Достоинствами данной архитектуры АСУ ТП на базе SCADA КРУГ-2000 являются:

  • Низкая вероятность временной потери контроля и управления
  • Низкая вероятность частичной потери данных
  • Простота контроля и управления за счет большого количества рабочих мест оператора
  • Возможность масштабирования за счет подключения дополнительных клиентов.

 

    Для построения АСУ ТП по технологии "клиент-сервер" можно использовать и другие комплексы Среды исполнения SCADA "КРУГ-2000", например:

  • "СТАНЦИЯ МОНИТОРИНГА-СЕРВЕР"
  • "СТАНЦИЯ МОНИТОРИНГА-КЛИЕНТ"
  • "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА/АРХИВИРОВАНИЯ-СЕРВЕР"
  • "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА/АРХИВИРОВАНИЯ-КЛИЕНТ".

 

    В информационно-управляющей структуре предприятия SCADA-система обеспечивает автоматизацию функций контроля и супервизорного управления технологическими процессами. В современной классификации уровней управления предприятием (рисунок 3) это уровень 2. Информационный обмен между SCADA-системой и системами нижнего (уровень 1) и верхнего(MES, ERP) уровней управления является самым напряженным по объему информации и времени реакции на события. Таким образом, современная SCADA-система должна поддерживать гибкую и быструю интеграцию с программными системами нижнего и верхнего уровней управления предприятием.


Рисунок 3. Уровни управления предприятием

 

    Рассмотрим возможности и программные средства SCADA "КРУГ-2000", которые обеспечивают такую интеграцию. По своей архитектуре SCADA "КРУГ-2000" является модульной, интегрированной и открытой программной системой [1].

Интеграция с нижним уровнем
    Сбор данных и передача управляющих воздействий в PLC и/или УСО (Устройство Связи с Объектом) - основные функции SCADA. "КРУГ-2000" поддерживает такие сетевые протоколы обмена данными, как Fast Ethernet, RS-485, RS-232, CAN, DeviceNet, TCP/IP, UDP, Modbus и ряд других. Программные средства SCADA "КРУГ-2000" включают Сервер Ввода-Вывода и Библиотеку драйверов УСО, которые поддерживает работу с более чем 60 контроллерами и УСО, а также со всеми устройствами, поддерживающими стандарт OPC. Если в библиотеке отсутствует требуемый драйвер, то для его создания предназначен "SDK для разработки Пользовательских драйверов УСО".
    Одним из преимуществ SCADA "КРУГ-2000" является глубокая интеграция со средой программирования контроллеров(soft-logic). В НПФ "КРУГ" разработана Среда Исполнения для РС-совместимых контроллеров, которая функционирует под управлением операционных систем QNX, LINUX. Интеграция SCADA "КРУГ-2000" со Средой Исполнения контроллеров обеспечивается следующими решениями:

  • единая База Данных реального времени SCADA "КРУГ-2000" и Среды Исполнения контроллеров;
  • использование модуля РСУ (/i>Распределенная Система Управления) SCADA "КРУГ-2000".Функции модуля:
    • поддержка отказоустойчивого высокоэффективного алгоритма и протокола обмена с контроллерами;
    • передача команд управления от оператора к контроллеру с максимальным приоритетом;
    • обработка событийных сообщений, сформированных в контроллере
    • другие функции, позволяющие создавать полномасштабные, полнофункциональные АСУ ТП класса РСУ;
  • сетевая загрузка контроллеров. Выполняется со Станции инжиниринга;
  • On-line диагностика контроллера и его модулей. Выполняется со Станции инжиниринга и со Станции оператора;
  • Максимальная децентрализация обработки переменных (вся обработка переменных оперативной Базы Данных выполняется на контроллерном уровне).
    Кроме этого, в состав Среды разработки SCADA "КРУГ-2000" входит Интегрированная среда КРУГОЛ™, которая используется для программирования и отладки программ на языках, соответствующих стандарту IEC 61131-3. КРУГОЛT включает отладочные средства как для платформы Станции оператора, так и для платформы контроллера.
    Интеграция SCADA КРУГ-2000 со Средой программирования контроллеров, наличие Библиотеки драйверов УСО, использование эффективных алгоритмов обмена данными позволяет получить высокие динамические характеристики и дает неоспоримые экономические преимущества:
  • наилучшие динамические характеристики АСУ ТП в целом;
  • однократный набор атрибутов Базы Данных (минимизирует количество ошибок при подготовке данных);
  • применение полностью совместимых программных средств (SCADA и контроллеров) одного производителя (нет необходимости приобретать программное обеспечение у разных фирм);
  • простота технической поддержки ("из одних рук");
  • гарантия совместимости новых версий со старыми (нет необходимости осуществлять версионный контроль программных средств разных фирм).
Интеграция с верхним уровнем
    SCADA-система концентрирует информационные потоки реального времени и является одним из ключевых источников данных для MES- и ERP-систем. Для интеграции с системами верхнего уровня наибольшее значение имеет такая характеристика SCADA как открытость[2]. Использование международных стандартов для разработки программных средств и обмена данными позволяет интегрировать SCADA "КРУГ-2000" в MES-, ERP- и другие автоматизированные системы управления, а также позволяет использовать "КРУГ-2000" в качестве хранилища данных и общей платформы для приложений "третьих" фирм. SCADA "КРУГ-2000" поддерживает следующие стандарты:
  • COM, DCOM, ActiveX - разработка программных средств;
  • OPC - программный интерфейс для передачи информации в области промышленной автоматизации;
  • ODBC - обмен информацией с Базами Данных с использованием языка SQL.
        В дополнение к поддержке международных стандартов программные средства SCADA "КРУГ-2000" включают следующие компоненты:
  • API интерфейс БД - доступ к данным реального времени "КРУГ-2000" для "внешних" приложений;
  • Универсальный конвертер данных™ - преобразование данных "КРУГ-2000" в форматы статистической обработки (например, CSV для MS Exсel) и электронного документооборота (XML);
  • Файл-Обмен™ - клиентское приложение обмена данными SCADA "КРУГ-2000" с файл-сервером пользователя.     Наличие этих развитых средств позволило осуществить интеграцию "КРУГ-2000" с известными системами управления предприятием (VisualPlant). Пример построения информационной структуры управления предприятием с использованием SCADA "КРУГ-2000" приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Использование Internet/Intranet в АСУ ТП на базе SCADA КРУГ-2000

 

    Поддержка ОРС-технологии. В "легкой" модели SCADA КРУГ-2000 - это основа интеграции SCADA-системы прежде всего с "нижним" уровнем управления технологическим процессом, в "тяжелой" - с "верхним" уровнем управления предприятием. Необходимые для этого компоненты - "ОРС-сервер" и "ОРС-клиент" - являются модулями Среды исполнения SCADA КРУГ-2000 (рисунок 5).


Рисунок 5. ОРС-технологии для интеграции SCADA КРУГ-2000 в управление производством

 

    Internet/Intranet. Конечно, не забыты в "легкой" и "тяжелых" моделях и возможности использования Internet/Intranet для мониторинга технологического процесса. Удаленный контроль с помощью Web-браузера обеспечивает модуль "Web-контроль™" Среды исполнения (рисунок 4).

    В настоящее время НПФ "КРУГ" осуществляет разработку территориально-распределенной АСУ производства пива на ОАО "ВИЗИТ" города Кузнецка (рисунок 6).
    На "нижнем" уровне этой АСУ ТП используются аппаратные средства фирмы "ОВЕН" ТРМ-138, обмен данными с которыми осуществляется по ОРС-технологии (ОРС-сервер фирмы "ОВЕН" и ОРС-клиент фирмы "КРУГ").
    На SCADA-уровне контроль и управления технологическим процессом производства пива осуществляют с АРМов, где установлены программные комплексы SCADA "КРУГ-2000".
    В городе Пенза на расстоянии 120 километров от основного производства (город Кузнецк) осуществляется учет и контроль технологического процесса с помощью MS Internet Explorer. Пример отображения мнемосхемы технологического процесса варки пива в окне Internet Explorer приведен на рисунке 7.
    Для управления производством предполагается использование ERP-системы Microsoft Axapta.


Рисунок 6. SCADA КРУГ-2000 в управление производством

Рисунок 7. Отображение мнемосхемы технологического процесса варки пива в окне Internet Explorer

 

    Выводы
    SCADA "КРУГ-2000" обладает всеми механизмами, необходимыми для эффективной интеграции в систему управления предприятием в целом как на MES- так и на ERP-уровнях.
    Политика НПФ "КРУГ" формирования программных комплексов Среды исполнения SCADA КРУГ-2000 нацелена на развитие стратегической инициативы фирмы, которая сформулирована как "отказ от торговли с нагрузкой". Это означает для Пользователя два основных преимущества:

  • возможность собрать Среду исполнения только с теми функциями (модулями), которые в данное время нужны, т.е. оплачивать следует только те функции, которые нужны. При этом Среда разработки - полностью бесплатна.
  • возможность в будущем "бесшовно" и легко дополнять, при необходимости, уже имеющуюся систему новыми модулями, т.е. обеспечить масштабируемость системы не только по "объему" (точкам ввода-вывода), но и по функциям.
    "Легкие" и "тяжелые" модели SCADA КРУГ-2000 полностью отвечают этой политике и предоставляют все необходимые функции для построения современных автоматизированных систем управления производством с минимальными затратами.

 

Литература

  1. М.Б. Шехтман. Модульная интегрированная SCADA "КРУГ-2000" - новые решения. - "Промышленные АСУ и контроллеры". №2, 2004 г.
  2. Л.Шерешевский. Вопросы открытости SCADA-систем.- "Мир компьютерной автоматизации", №4, 2003 г.

 

Контакты

Телефон: (8412) 49-94-14, Факс: (8412) 55-64-96
E-mail : krug@krug2000.ru, WWW: www.krug2000.ru