Семейство SLC-500 - это развивающееся семейство малых программируемых контроллеров, построенное на двух аппаратных модификациях: фиксированный контроллер с опцией расширения при помощи 2-x слотного шасси, или модульный контроллер до 960 точек ввода-вывода. Средства программирования и большинство модулей ввода-вывода совместимы для обеих модификаций, так что можно реализовать с минимальной стоимостью широкий спектр приложений.

Процессор SLC-5/04 включает сопроцессор для увеличения скорости выполнения математических команд. Он также содержит встроенный порт сети Data Highway Plus (DH+). Непосредственное подключение к сети DH+ обеспечивает связь SLC-5/04 с процессорами семейства PLC-5 по сети DH+ без дополнительного оборудования. Любой программируемый контроллер SLC-500 в сочетании с модулем непосредственной коммуникации (DCM), модулем сканера (SN) или модулем распределенного сканера (DSN) для реализации распределенного ввода-вывода может быть интегрирован в сеть дистанционного ввода-вывода Allen-Bradley 1771 Remote I/O.

Семейство SLC-500 предлагает широкий выбор модулей дискретного ввода-вывода, которые позволяют строить системы управления с минимальными затратами. Кроме того, наличие 32-канальных модулей ввода-вывода снижает требования к монтажному пространству.

б) контроллер серии S7-300 фирмы "SIEMENS". SIMATIC S7-300 - это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и низкой степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства. Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

1) модуль центрального процессора (CPU);

2) модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110В;

3) функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов;

4) интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода;

5) сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

Контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам. Все модули работают с естественным охлаждением [23].

Области применения SIMATIC S7-300:

1) автоматизация машин специального назначения;

2) автоматизация текстильных машин;

3) автоматизация упаковочных машин;

4) автоматизация машиностроительного оборудования;

5) автоматизация оборудования для производства технических средств управления и электротехнической аппаратуры;

6) построение систем автоматического регулирования и позиционирования;

7) автоматизированные измерительные установки и другие [22].

в) контроллер серии ЭЛСИ-Т фирмы "ЭЛЕСИ" (г. Томск). Компактный, современный программируемый контроллер средней мощности. Благодаря расширяемой модульной архитектуре контроллер ЭЛСИ-Т может быть сконфигурирован для разнообразных применений от локальной автоматики до распределенных систем управления. Системы на базе этого контроллера сочетают компактность и прочность промышленной конструкции, тем самым, обеспечивает экономичность и надежность установки в сложных промышленных условиях.

Контроллер осуществляет сбор и обработку информации с первичных датчиков, формирование сигналов управления по заданным алгоритмам, прием и передачу информации по стандартным интерфейсам V.23, V.27, RS - 232, RS - 485, CAN.

Контроллер ЭЛСИ-Т имеет встроенную энергонезависимую память, которая позволяет хранить наиболее важную для функционирования технологического объекта оперативную информацию во время отсутствия электроснабжения.

Встроенные средства самодиагностики защищают технологический объект от выдачи ложных управляющих воздействий и помогают при устранении неисправностей.

Подключение к контроллеру пульта инженера предоставляет доступ к текущей информации и позволяет изменять необходимые параметры и задачи обработки.

Часы реального времени обеспечивают синхронную работу контроллеров в распределенных системах управления.

Контроллер состоит из коммутационной панели, процессорного модуля и набора модулей расширения, блока питания.

Процессорные модули имеют встроенный интерфейс CAN, позволяющий непосредственно подключать удаленные интеллектуальные устройства ввода-вывода.

Функциональность контроллера ЭЛСИ-Т обеспечивается различными модулями ввода-вывода. Их особенностью отличительной является встроенный микроконтроллер, это позволяет производить первичную обработку данных непосредственно в модуле, высвободив ресурсы центрального процессора для решения задач логического управления объектом. Встроенные элементы автоматической калибровки исключают необходимость подстройки, обеспечив точность измерения программными средствами модуля. Все модули ввода-вывода обеспечивают гальваническую развязку 500 В.

Широкий набор интерфейсных модулей позволяет использовать контроллер в локальных и распределенных системах управления различных типов. Возможность подключения к различным полевым шинам решает проблему обмена данными в системе между различными протоколами.

Питание контроллера осуществляется от сети 18...36В постоянного тока. Потребляемая мощность не более 50 Вт. Контроллер ЭЛСИ-Т прост в программировании, надежен в эксплуатации, удобен при монтаже и наладке.

г) контроллер ЭК-2000 фирмы "ЭМИКОН". Контроллеры универсальные программируемые промышленные ЭК-2000. Для использования в автоматизированных системах управления технологическими процессами, применяются на нефтяных и газовых промыслах, при транспортировке и хранении нефти и газа, в металлургии, химической промышленности, пищевой, машиностроении, коммунальном хозяйстве.

Сетевая связь звездообразной и магистральной архитектуры осуществляется через интерфейсы RS-232C, RS-485, модем V23 по протоколу MODBUS. Контроллеры новой серии ЭК-2000 с архитектурой на базе x86 процессоров в формате PC/104 работают под управлением ОС РВ QNX4.25.

Надежная конструкция контроллеров ЭК-2000 и устойчивое программное обеспечение на базе ОС РВ QNX позволяет использовать их на самых ответственных участках АСУ ТП, таких как системы автоматического пожаротушения трубопроводного транспорта или установки по производству топлива для атомных электростанций.

Контроллеры ЭМИКОН позволяют снижать стоимость систем (по сравнению с системами, построенными на базе импортных контроллеров, например, фирм MODICON, SIEMENS) в 2 и более раз, при этом по всем техническим характеристикам (в том числе по надежности), они не уступают, а по некоторым характеристикам (например, помехозащищенности) и превосходят аналогичные изделия импортных производителей.

3.1.2 Критерии выбора

На сегодняшний день на рынке промышленных контроллеров есть обширный спектр разнообразных контролеров, представителей различных фирм, заводов. Проанализировав мировой рынок множества контроллеров, делаем вывод, что наиболее подходящие по нужным параметрам, а именно число поддерживаемых входов/выходов; поддерживаемые протоколы обмена; фирма-производитель и его поддержка; стоимость оборудования и поставки являются ведущие мировые фирмы: Siemens, Mitsubishi Electric, Allen-Bradley.

Для управления системой выбрана модель контроллера SLC-500 фирмы Allen-Bradley, так как данная модель отвечает всем требованиям. И еще этот выбор сделан по рекомендации технического отдела, который уже использует контроллеры этой фирмы и уверен в надёжности их работы и простоте обслуживания

3.2 Выбор конфигурации и расчет энергопотребления контроллера

По конфигурации входных и выходных сигналов контроллера выберем тип контроллера, модули ввода-вывода и рассчитаем энергопотребление контроллера, выбрав источник питания фирмы "Allen-Bradley" семейства SLC-500.

Конфигурация сигналов контроллера представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Конфигурация сигналов контроллера

Тип сигнала	DI (24В)	DO (24В)	AI (4-20мА)
Количество сигналов	29	46	76

Конфигурация контроллера и расчет энергопотребления сведены в таблице 3.2.

SLC-5/04 (1747-L543) - максимальный объем памяти 64К слов (6К слов данные или программа, а 4К слов только данные). Максимальное количество входов/выходов 4096. Максимальное количество локальных аналоговых входов выходов 96. Коммуникационные порты DH+, RS-232. Ток нагрузки задней шины 1,0А при 5В, 200мА при 24В. Среднее время сканирования программы 0,9мс, а среднее время сканирования входов выходов 0,225мс [14].

Таблица 3.2 - Конфигурация контроллера и расчет энергопотребления

№ шасси	№ слота	Каталожный номер	Источник питания 5В	Источник питания 24В	Описание
1	2	3	4	5	6
1746-A10	0	1747-L543	1	0,2	ЦП SLC-5/04
	1	1746-NI16I	0,125	0,075	Входные аналоговые модули
	2	1746-NI16I	0,125	0,075
	3	1746-NI16I	0,125	0,075
	4	1746-NI16I	0,125	0,075
	5	1746-NI16I	0,125	0,075
	6	1746-IB32	0,106	-	Входные дискретные модули
	7	1746-OB32	0,19	-	Выходные дискретные модули
	8	1746-OB32	0,19	-
	9	резерв	-	-	-
	Итого	I, А	2,111	0,575	Блок питания 1746-Р2
	БП	I, А	5	0,96
	Запас	I, А	2,889	0,385

1746-NI16I (16-входов) - входной аналоговый модуль, ток нагрузки задней шины 125мА при 5В (75мА при 24В); ±20мА, 4-20мА, 0-1мА или 0-10мА. Максимальное разрешение 16 бит. Число резервных сигналов 4 [12].

1746-IB32 (32-входа) - дискретный входной модуль постоянного тока. Высокоуплотненный для использования в ограниченном свободном пространстве, ток нагрузки задней шины при 5В-106мА, напряжение управления 15-30В. Число резервных сигналов 3.

1746-OB32 (32-выхода) - дискретный выходной модуль постоянного тока. Высокоуплотненный выход с низким потреблением тока при 5В-190мА, рабочее напряжение 5-50В. Число резервных сигналов 18 [13].

Блок питания 1746-Р2 - номинальное входное напряжения питания 120 или 220В, ток источника питания монтажной платы 5А при 5В (0,96А при 24В), максимальное значение активной потребляемой мощности 70Вт.

3.3 Разработка алгоритмов управления технологическим процессом

В основной программе при первом запуске процессора выполняется инициализация аналоговых модулей путем копирования слова конфигурации с помощью инструкции FLL из N10:0 в выходное слово модуля. После инициализации осуществляется проверка данных на ошибки, если ошибок нет данные записываются в память для дальнейшей обработки. После проверки данных и записи их в память производится масштабирование и сохранение входных данных.

В основной программе возможен переход на подпрограммы:

- подпрограмма регулирования уровня воды в барабане котла. В подпрограмме осуществляется проверка на ошибки битов состояния для двух каналов (уровень воды и положение клапана), запись каналов в память, масштабирование. Проводится расчет управляющего воздействия с помощью ПИД - инструкции на основе полученной информации - текущее значение уровня. Затем проводится сравнение текущего положения клапана с вычисленным значением. На основе данной информации клапан будет либо открываться, либо закрываться, при этом будет посылаться сигнал на верхний уровень.

- подпрограмма подготовки газопровода. Переход на подпрограмму подготовки газопровода происходит, если режим ожидания розжига не включен. В подпрограмме подготовки газопровода выполняется проверка условия: контроль отсутствия пламени запальника в горелке должен быть установлен. Если функция газопровода не включена, вырабатывается управляющий сигнал на включение функции продувки газопровода. При этом устанавливается контрольное время (минимальная длительность продувки устанавливается программно на 5 минут, при необходимости к этому времени может быть добавлено дополнительное время, которое устанавливается в пределах 0-10 минут), по истечению которого производится проверка на включение продувки газопровода, если включение не подтверждается, вырабатывается сигнал "Авария продувки". Задвижка газа должна быть закрыта. При включении выхода закрытия задвижки газа задается контрольное время 50с для проверки выполнения закрытия. Если задвижка не закрылась, вырабатывается сигнал "Авария закрытия". Если на светоиндикаторах причины аварии присутствует сигнал о первопричине или повторной аварии конкретной горелки включается индикация режима "Розжиг запрещен". Если нет аварии, выполняются следующая проверка: кнопка "Розжиг" данной горелки нажата. Если выше перечисленные условия выполняются, тогда вырабатывается сигнал "Данная горелка готова к розжигу".

- подпрограмма вентиляции топки. Переход на подпрограмму вентиляции топки происходит, если режим ожидания розжига включен, вентиляция топки не выполнялась и бит включения вентиляции топки равен единице. В подпрограмме вентиляции топки производится проверка рабочего состояния дымососа и вентилятора. Если условия выполняются, вырабатывается сигнал на выключение регуляторов разряжения в топке, если нет, устанавливается контроль включенного состояния пускателей дымососа и вентилятора, а также снимается контроль разряжение в топке. После выключения регуляторов разряжения в топке снова проверяется рабочее состояние дымососа и вентилятора. Если условие выполняется, устанавливается контроль включенного состояния дымососа и вентилятора, в противном случае, если направляющие аппараты дымососа и вентилятора в закрытом состоянии, вырабатывается сигнал на включение дымососа и вентилятора (задержка на разгон дымососа и вентилятора - 7с), если дымосос или вентилятор не работает, вырабатывается сигнал "Авария включения". Если направляющие аппараты дымососа и вентилятора не в закрытом состоянии - вырабатывается сигнал на закрытие (контрольное время на закрытие - 75с). Если по окончании контрольного времени операция закрывания направляющего аппарата не выполнена - формируется аварийное сообщение "Авария закрытия". Если все требования выполняются, включается индикация "Переход к вентиляции топки".

- подпрограмма подготовки котла ДЕ-6,5/14-ГМ к розжигу (проверка основных параметров перед розжигом). Переход на подпрограмму подготовки котла ДЕ-6,5/14-ГМ к розжигу происходит, если розжиг котла не выполнялся, включена индикация " Переход к вентиляции топки " и бит включения розжига котла установлен в единицу. В начале данной подпрограммы выполняется регулирование разрежения в топке. При аварийном повышении разрежения формируется аварийное сообщение "Авария высокое разрежение в топке", вырабатывается сигнал на включение вентиляции топки (длительность вентиляции устанавливается программно на 480с). По окончании времени вентиляции, осуществляется проверка на выполнение вентиляции, если вентиляция не выполнена, формируется сигнал "Авария выполнения вентиляции". Если вентиляция выполнена, все параметры котла в норме включается индикация режима "Котел к розжигу готов".

- подпрограмма розжига горелок. Переход на подпрограмму розжига горелок происходит, если горелки выключены, если горелки не в ремонте и бит розжига горелок установлен в единицу. Если подготовительные операции не проводились, розжиг горелок запрещен. Например, кнопка "Розжиг" данной горелки не нажата, происходит переход на подпрограмму подготовки газопровода при этом вырабатывается сигнал "Запрет розжига". Если перед розжигом горелок вход "Вентиляция проведена" не включен, происходит переход на подпрограмму вентиляции топки при этом формируется сообщение "Вентиляция не проведена". Переход на подпрограмму подготовки котла ДЕ-6,5/14-ГМ к розжигу и формирование сообщения "Котел к розжигу не готов" происходи если общекотловые параметры не в норме. Заслонка газа горелки закрывается, контрольное время на закрытие заслонки газа 75с. Если по окончании контрольного времени заслонка газа горелки не закрыта, формируется сообщение "Авария закрытия заслонки газа". После того, как контроль закрытого состояния заслонки газа установлен, вырабатывается сигнал на включение искроразрядного устройства. При этом клапан газа на запальник должен быть открыт, если клапан закрыт, производится открывание клапана (контрольное время 6с). Если по окончании контрольного времени клапан газа не открылся, формируется сообщение "Авария открытия" После включения напряжения питания электромагнитного клапана топливный газ поступает к запальнику, в течение 2-5с (в зависимости от длины запальника) происходит заполнение корпуса газо-воздушной смесью. Подаются кратковременные (не более 1с с паузой 5с) импульсы напряжения на индукционную свечу зажигания, смесь зажигается, и информация о появлении факела запальника передаётся от датчика на сигнализатор горения. Схема автоматики должна обеспечивать блокировку клапана в открытом положении при наличии факела запальника и закрывать его при погасании. После выключения искроразрядного устройства производится проверка пламени запальника. Если пламя запальника имеется, вырабатывается сигнал на включение факела горелки (отчет предельного времени до включения контроля факела горелки 25с). Если контроль в течение 25с не установлен, формируется сообщение "Авария факела горелки".

Листинг программы приведен в приложении Ж, а алгоритм управления контроллером в приложении Е.

3.4 Верхний уровень управления

3.4.1 Автоматизированное рабочее место оператора

Программные средства автоматизированного рабочего место оператора обеспечивают работу АСУТП по управлению всем оборудованием котельной.

Программное обеспечение АРМ оператора котельной выполняет функции:

- диагностика и контроль состояния всех уровней системы, настройка системы;

- автоматизированное проектирование (создание и редактирование мнемосхем, отчетных форм и т.д.) без останова системы;

- обмен данными с системами управления и контроля котлоагрегатами, обмен данными с системами управления и контроля вспомогательным оборудованием;

- контроль достоверности данных, предварительная обработка данных;

- технологическая сигнализация;

- графический интерфейс с оператором (отображение динамических мнемосхем, таблиц, графиков, гистограмм, управляющих пультов, меню), вывод данных на принтер;

- аварийная сигнализация, регистрация аварийных ситуаций;

- создание архивов (история процесса, ведомости событий с комментариями оператора, история аварийных событий, статистика работы оборудования);

- дистанционное управление;

- расчет и представление технико-экономических показателей;

- представление информации о работе оборудования в корпоративную сеть.

3.4.2 Обзор и критерии выбора SCADA-пакетов

Для разработки человеко-машинного интерфейса (HMI) выбран программный пакет RSView 32. Критерием выбора является обзор рынка программного обеспечения, представленный в таблице 3.3.

Система RSView32 - это интегрированное программное обеспечение HMI для сбора данных, оперативного контроля и управления автоматизированными устройствами и технологическими процессами. Производитель RSView32 - компания Rockwell Automation, признанный мировой лидер в области производства комплексных средств для автоматизации. RSView32 - это программный продукт, являющийся одним из компонентов комплекса средств для визуализации технологических процессов View Any Ware компании Rockwell Automation.

RSView32 поддерживает все передовые технологии Windows и легко интегрируется с большинством аппаратных платформ с помощью OPC и DDE, а также программными продуктами Rockwell Software, Microsoft и другими продуктами, эффективно используя технологии ActiveX, VBA, OLE и ODBC.

RSView 32 - простой интерфейс для Microsoft Windows, со всеми его характеристиками и функциональными возможностями, которые необходимы для эффективного контроля и управления оборудованием и процессами автоматизации. Технология ActiveX упрощает создание, интеграцию и повторное использование компонентов программного обеспечения.

Экраны RSView32 могут содержать как простые графические объекты (круги,элипсы, прямоугольники и др.), так и более сложные объекты (тренды или отчеты по сигналам тревоги).

Анимация в RSView32 осуществляется с помощью управления цветом, видимостью, заполнением, положением, размером или вращением.

Таблица 3.3 - Обзор рынка программного обеспечения

Критерии	Системы
	RSView	Sitex	Trace Mode
1	2	3	4
Разработчики	Rockwell Automation-США	Jade Software - Великобритания	AdAstrA - Россия
Требования к системе (ОС)	Windows 95 и Windows NT	ОС реального времени QNX	Windows NT
Средства сетевой поддержки	Ethernet, Control Net, ARCNET	Ethernet, ARCNET, Token-Ring, FDDI, ATM	Ethernet, ARCNET, ATM
Средства взаимодействия с другими системами	DD, DDE и OPC	TCP/IP и DDE	OPC, NetBIOS и TCP/IP
Используемые технологии	ActiveX, OLE и ODBC	ActiveX, ODBC	ActiveX, ODBC
Встроенные командные языки	Visual Basic for Applications (VBA)	Visual Basic for Applications (VBA)	Visual Basic for Applications (VBA), Visual C++
Используемый синтаксис для поддержания БД	ANSI SQL	ANSI SQL	ANSI SQL
Графические возможности систем	Используются объекты созданные в AutoCAD, Corel DRAW	Графика и отчеты рассматриваются как производные (внимание-БД)	Высокие графические возможности

Если разработчику проекта не достаточно встроенных возможностей RSView32, имеется возможность автоматизировать HMI-приложения с помощью мощного встроенного языка программирования Visual Basic for Applications (VBA). Среда VBA предназначена для расширения возможностей RSView32.

Для связи с управляемыми устройствами RSView32 использует высокопроизводительные стандарты OPC или DDE, которые стали основными технологиями для связи нижнего и верхнего уровня автоматизации.

Для соединения с техникой Allen-Bradley используются прямые драйверные связи, где максимально эффективно используются коммуникационные технологии Rockwell Automation. Это делает систему RSView32 самой высокопроизводительной SCADA-системой для управления контроллерами Allen-Bradley.

В состав пакета RSView32 входит утилита мониторинга тегов, позволяющая в любой момент времени проверить наличие связи SCADA-системы с каждым из исполнительных устройств.

RSView32 предлагает ряд уникальных средств тестирования и отладки:

- тестовый запуск участка для быстрого тестирования отдельного экрана, графического объекта или анимации;

- изменения проекта в режиме on-line;

- возможность тестирования проекта при различных условиях за счет использования наборов параметров, рассматриваемых как единое целое состояние системы ("рецептов").

RSView32 дает возможность обезопасить проекты с помощью 16 уровней защиты проекта и защиты на уровне системы. Защита на уровне проекта позволит ограничить доступ пользователей или групп пользователей к определенным дисплеям или запретить, им изменять определенные значения тегов. Защита на уровне системы позволит заблокировать пользователей внутри проекта RSView32 так, что они не смогут выйти в операционную систему Windows [15].

Sitex спроектирован, чтобы удовлетворить запросы в области мониторинга и систем управления. Мощностью и структурой Sitex обязан операционной системе QNX. Эта операционная система имеет собственные средства для работы в сети, обеспечивающие быструю связь, устойчивую к отказам (FLEET), равномерную загрузку и избыточность сети. Графический пользовательский интерфейс Open Look, обеспечиваемый графической средой QNX Windows и используемый в Sitex, облегчает его изучение и использование. Несколько окон могут быть открыты одновременно, причем все они будут обновляться в режиме реального времени. Каждый сервер в Sitex может поддерживать одновременно работу нескольких серверов ввода-вывода.

Sitex-это пакет, в котором внимание акцентируется на базе данных системы, которая в наибольшей степени определяет объект управления, а все остальные возможности (графика, отчеты и т.п.) рассматриваются как производные.

Сервер распределенной базы данных реального времени с архитектурой, обеспечивающей множественный доступ и активное резервирование серверов. Множественность доступа - это очень полезная возможность. Во-первых, она повышает "живучесть" системы благодаря способности отдельных серверов продолжать работу автономно, в условиях потери связи с другими серверами. Во-вторых, значительно уменьшается нагрузка на сеть, как это происходит в случае с выделенным или централизованным сервером.

Серверы ввода-вывода Sitex обеспечивают поддержку большинства устройств ввода-вывода (в том числе и российских, таких, как логический микропроцессорный контроллер ЛОМИКОНТ, регулирующий микропроцессорный контроллер РЕМИКОНТ).

Встроенные средства поддержки работы в сети QNX (сеть, устойчивая к отказам -- FLEET) позволяют работать через Ethernet, ARCNET, Token-Ring, FDDI, ATM и последовательный порт. Средства взаимодействия с другими системами по протоколам TCP/IP и DDE.

Графический интерфейс легок в обращении. Он базируется на векторном объектно-ориентированном построителе экранных форм. В этом построителе реализованы все необходимые средства, позволяющие динамически отобразить связи в реальном времени. Для переносимости экранных форм реализован импорт графики и редактор растровой графики (BMP, PCX), а также редактор символов с полным набором цветов с инвертированием и вращением.

SCADA система Trace Mode позволяет обеспечить целый ряд потребительских свойств:

- для связи основного и резервного АРМ используется функция автоматического горячего резервирования модуля Double Force MPB;

- быстрая помощь службы технической поддержки значительно облегчает разработку проекта;

- система управления тревогами обеспечивает автоматическое генерирование аналоговых (отклонение величины от заданной), цифровых (изменение состояния), составных (сочетание нескольких событий) и генерируемых пользователем тревог. Все сообщения разбиваются по приоритетам и записываются в отчет тревог.

Список дополнений в Trace Mode:

- значительно увеличилось количество поддерживаемого системой оборудования;

- добавлена функция горячего переключения на резервный порт RS-485 при отказе основного;

- добавлена функция формирования времени изменения канала в драйвере;

- расширены функции OPC-сервера Trace Mode. Теперь MPB может осуществлять полноценный обмен данными в реальном времени с любыми приложениями, поддерживающими OPC-клиент (пользовательскими программами на Visual Basic, Visual C++, SCADA-системами, базами данных);

- реализована функция подъема архивов из контроллера;

- в редактор представления данных включены новые формы отображения:

- тренд распределенных параметров. Он позволяет отображать профили изменения параметров по длине аппаратов; новый ActiveX просмотра отчета тревог;

- расширена библиотека адаптивных алгоритмов - добавлен модальный регулятор и блок идентификации объекта управления. Модальный регулятор обеспечивает более высокое качество на инерционных объектах, чем обыкновенный ПИД-регулятор.

При работе с базами данных:

- длина запроса ограничена, возможность двойной подстановки значения канала при формировании запроса не предусмотрена, каналы с одинаковыми именами в разных, хотя и однотипных объектах интерфейс ODBC не различают;

- нет возможности задания периодичности архивирования;

- работа ODBC-драйвера замедлена;

- нельзя напрямую обмениваться с внешними базами данных (например, MySQL, MS SQL), это осуществляется только через ODBC-драйвер.

Для разработки интерфейса MMI мною выбран пакет RSView фирмы Аllen-Brаdley. Этот пакет снабжен неплохими средствами для проектирования экранов MMI и работы с контроллером. Но главная причина выбора этого пакета заключается в использовании в АСУ ТП контроллеров от фирмы Аllen-Brаdley, это обеспечивает гарантию полной совместимости пакета с выбранным оборудованием.

3.4.3 Описание разработанного интерфейса оператора

Создание проекта в среде RSView32 Works начинается с образования нового каталога, где будут храниться все файлы самой системы и ее модулей. Каждый модуль хранит свои файлы в собственном каталоге. Все работы в дальнейшем по созданию системы управления ведутся с помощью менеджера проектов, который помогает собрать в единую систему файлы различных модулей.

Основой для построения АСУ ТП в системе RSView32 является база данных тегов (Tag database). Тег - это единица информации системы, он может отражать значение файла данных контроллера (внешние теги) или представлять некую внутреннюю переменную системы (внутренние теги). Для всех тэгов определяется уникальный идентификатор (имя), тип (аналоговый, дискретный, цифровой), уровень доступа и краткое описание. Для внутренних тегов, еще задается начальное значение, которое будет присвоено тегу при старте системы. Для внешних тегов определяется класс сканирования, узел, адрес в формате контроллера. Теги могут объединяться в группы по объектному или функциональному принципу [15].

Таблица тегов HMI (человеко-машинного интерфейса) представлена в приложении И.

Интерфейс оператора представляет собой графические экраны, содержащие информацию о протекании процесса, значения технологических параметров, состоянии оборудования. Интерфейс позволяет оператору в режиме реального времени контролировать протекание процесса и управлять, при необходимости, технологическим оборудованием.

При запуске системы активизируется окно (экран) входа в систему. В этом окне пользователю предлагается назвать свой пароль или покинуть систему. Внешний вид данного окна представлен на рисунке К.1 в приложении К.

Если комбинация пароля является правильной, то пользователь получает доступ к главному окну проекта изображенного на рисунке К.2 в приложении К. На данном экране представлен общий вид котельной, значения параметров, меню навигации по экранам. По средствам меню навигации осуществляется переход на все остальные окна.

Из главного окна проекта пользователь может открыть следующие окна:

- окно подготовки воды представлено на рисунке К.3 в приложении К. В данном окне осуществляется управление насосными агрегатами, также представлены контуры регулирования температуры воды на выходе ТО-1 и ТО-2, отображаются проценты открытия клапанов.

- окно деаэратора представлено на рисунке К.4 в приложении К. В данном окне представлен общий вид деаэратора, контроль уровня воды в нем, контур регулирования давления пара. Также предоставляется возможность управления насосными агрегатами.

- окно котла представлено на рисунке К.5 в приложении К. В данном окне представлены контуры регулирования параметров, необходимых для нормальной работы котлоагрегата: разрежение в топке, соотношение "газ-воздух", уровень воды в барабане, давление пара в барабане. Отображаются проценты открытия клапанов. Также предусмотрен контроль загазованности помещения.

- окно аварий представлено на рисунке К.6 в приложении К. Окно аварий необходимо для предупреждения оператора, следящего за технологическим процессом, о возникновении определенной ситуации, которая может привести к серьезным последствиям и потому требующая его внимания, а часто и вмешательства. На данном окне отображаются все аварии, которые могут возникнуть в результате технологического процесса, их общее количество, уровень опасности каждой аварии, а также время возникновения аварии. Оператору предоставляется возможность подтверждения, фильтрация аварий.

- окно помощи представлено на рисунке К.7 в приложении К. Отображает условные обозначения и назначение горячих клавиш.

- окно тренда реального времени представлено на рисунке К.8 в приложении К. Тренды реального времени отображают динамические изменения параметра в текущем времени, в данном случае температура воды перед и после ТО-2 и на выходе деаэратора.

- окно архивного тренда представлено на рисунке К.9 в приложении К. Архивные тренды не являются динамическими. Тренды становятся архивными после того, как данные будут записаны на диск. Отображаемые данные тренда в таком режиме являются неподвижными и будут отображаться только за определенный период.

На всех окнах соблюдаются следующие правила:

- изменяющийся параметр отображен в прямоугольнике зеленого цвета. При достижении параметром аварийного значения прямоугольник начинает мигать красным.

- синим цветом отображается работающее оборудование (насос включен, клапан открыт).

- красным отображаются аварийные ситуации.

При желании покинуть систему пользователь может получить доступ к окну выхода из системы с любого из выше перечисленных окон. На данном окне запрашивается подтверждение желания покинуть систему, а также отмена выхода из системы. Окно выхода из системы представлено на рисунке К.10 в приложении К.

3.5 Выбор и описание протоколов обмена информацией

DH-485 протокол определяет связь между многократными устройствами, которые существуют на единственной (отдельной) паре проводов. Протокол поддерживает два класса (занятия) устройств: респонденты и инициаторы. Все инициаторы на сети получают шанс начать (ввести) передачи (перемещение) сообщения. Чтобы определять, который инициатор имеет, право передать, символ, используется пропускающий алгоритм. DH-485 обеспечивает связь 32 устройств, обладает способностью добавлять или удалять узлы без прерывания (разрушения) сети, максимальная длина сети 1219 м (4000 футов).

Data Highway Plus (DH+) представляет одноранговую связь с эстафетной передачей мастера связи среди (максимум) 64 узлов. Так как такой метод не требует опроса, это помогает обеспечивать быструю и надежную передачу данных.

Возможности DH+:

- удаленное программирование процессоров PLC-2, PLC-3, PLC-5 и SLC 500;

- прямые подключения с процессорами PLC-5 и промышленными пультами программирования;

- скорость связи 57,6 Кбод, максимальная длинна кабеля 3,048 м;

- простые реконфигурация и расширение.

RS-232 - это стандарт Electronics Industries Association (EIA), определяющий механические, электрические и функциональные характеристики для последовательной двоичной связи. Одна из самых больших выгод связи RS-232 - то, что она позволяет интегрировать телефон и радиомодемы в систему управления. Расстояние, на котором можно связаться с отдельными устройствами системы, фактически безгранично.

В данном дипломном проекте был выбран протокол DH-485 для обмена информацией между устройствами разработанной системы автоматизации.

4. Расчет надежности проектируемой системы

4.1 Общие положения

Надежность АСУ ТП - способность системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных в заданных пределах эксплуатационных показателей, при заданных условиях эксплуатации. Надежность АСУ ТП характеризуюется в основном безотказностью и ремонтопригодностью.

При оценке надёжности разрабатываемой системы АСУ ТП, рассматриваем работу системы как некоторую функцию. При этом отказом функции является полная потеря способности разработанной системы выполнять эту функцию или нарушение хотя бы одного из требований, предъявляемых к качеству выполнения этой функции, возникающее при заданных условиях эксплуатации АСУ ТП и нормально функционирующем технологическом объекте управления.

На стадии проектирования системы АСУ ТП, рассматриваются следующие показатели надёжности:

а) функция централизованного контроля характеризуется показателями безотказности:

1) наработка на отказ Т;

2) вероятность безотказной работы функции в течение заданного времени P(t).

б) показателями ремонтопригодности:

1) среднее время восстановления способности АСУ ТП к выполнению функции (Тв).

в) комплексными показателями:

1) коэффициент готовности по функции Кг;

2) коэффициент оперативной готовности по функции Ког.

г) управляющие функции АСУ ТП характеризуются комплексным показателем надежности:

1) коэффициент готовности по функции Кг.

4.2 Методика расчета показателей надежности

Расчёт показателей надёжности:

- определяется перечень функций АСУ ТП, к которым предъявляются требования с точки зрения надежности.

- определяется состав технических средств, участвующих в реализации функций АСУ ТП.

- строится структурно-логическая схема расчета надежности, представляющая собой последовательно-параллельное соединение технических средств, участвующих в реализации функций АСУ ТП.

- для каждого технического средства, участвующего в расчёте надёжности определяются такие параметры как поток отказов, который определяется по формуле:

(4.1)

Поток восстановления определяется по формуле:

(4.2)

Т и Тв в расчетах берутся из норм технических условий на устройства.

- производится упрощение структурно-логической схемы расчета надежности функций. Суть этого упрощения заключается в объединении не резервированных технических средств, входящих в не зарезервированные участки. При этом совокупность последовательно соединенных не зарезервированных технических средств заменяется одним эквивалентным элементом, имеющим характеристики параметров потока отказов и восстановления, определяемых соответственно по формулам:

(4.3)

(4.4)

При параллельном соединении с горячим резервированием значения показателей надёжности рассчитываются по формулам:

- наработка на отказ:

; (4.5)

- коэффициент готовности определяется по формуле:

; (4.6)

- среднее время восстановления определяется по формуле:

; (4.7)

- производится определение показателей надёжности по формулам:

; (4.8) ; (4.9)

При расчете принимается:

- вероятность безотказной работы функции АСУ ТП в течение времени t не зависит от момента начала работы;

- контроль состояния технических средств АСУ ТП непрерывный;

- функция распределения времени наработки на отказ и времени восстановления подчиняется экспоненциальному закону;

- обслуживание осуществляется при неограниченном восстановлении [18].

4.3 Расчет надежности по функции автоматического управления проектируемой системы куста скважин

Функции системы, к которым предъявляются требования с точки зрения надёжности, являются: сигнализация, управление, измерение и регистрация. В реализации функции измерения принимают участие следующие составные элементы системы:

- датчик (Т=100000 ч);

- модуль приема аналоговых сигналов (Т=220000 ч);

- контроллер (Т=350000 ч);

- ЭВМ (Т=150000 ч).

- Тв=1 ч

Вычислим параметры потока отказов и восстановления по формулам:

, (4.10)

. (4.11)

(4.12)

.. (4.13)

, (4.14)

Используя формулы (4.3) и (4.4), найдём параметры потоков отказа и восстановления системы элементов:

_Э = (1 + 0,46 + 0,14 + 0,67)10^-5 = 2,2710^-5, (4.15)

_э=, (4.16)

Используя формулы (4.3) и (4.4), найдём параметры надежности системы в целом:

Время наработки на отказ системы:

(4.17)

Время восстановления системы:

час, (4.18)

Вероятность безотказной работы за 10000 часов определяется по формуле:

Р(10000) = е ^-10000/Т, (4.19)

Р(10000) = е ^-10000/44052 = 0,797 (4.20)

По данным расчета можно сделать вывод, что система обладает хорошей надежностью.

5. Комплексная оценка экономической эффективности

5.1 Расчет показателей экономической эффективности проекта

Для обоснования эффективности единовременных затрат широко используется метод дисконтирования или чистой текущей стоимости [11].

Метод дисконтирования или чистой текущей стоимости базируется на дисконтных вычислениях по приведению связанных с реализацией проекта доходов и расходов к некоторому моменту времени (к расчетному году).

Чистый дисконтированный доход рассчитывается по формуле:

ЧДД = , (5.1)

где ЧД_t - чистый доход в году t, тыс.р.;

_t - коэффициент дисконтирования (приведения), доли ед.;

t_н,t_к - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода.

Если ЧДД имеет положительное значение, то проект можно считается прибыльным, а если нет, то убыточным. Отдельный член денежного потока наличности равен разности между ожидаемой величиной доходов от реализации проекта и всеми видами затрат и может отличаться от другого как по знаку (т.е. быть отрицательным), так и по величине, и рассчитывается по формуле:

ЧД_t = П + A_t - H_t - K_t , (5.2)

где П - прибыль, обеспечиваемая внедрением системы в году t.

А_t - амортизационные отчисления от стоимости системы, тыс.р.;

H_t - сумма налогов, выплачиваемых предприятием из прибыли в бюджет, тыс.р.;

К_t - единовременные затраты в году t, тыс.р.

При анализе эффективности инвестиций рассчитывается рентабельность капитальных вложений по формуле:

(5.3)

где К - общие единовременные затраты.

. (5.4)

Считается, что если Р=100%, то рентабельность проекта равна заданной, если Р > 100%, то имеет место сверх рентабельность, если Р < 100 проект не обеспечивает заданный уровень рентабельности.

Коэффициент дисконтирования определяется по формуле:

_t = (1 + E_н)^{tp- t} , (5.5)

где Е_н - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный ставке банковского процента за долгосрочный кредит, выраженный в долях единиц;

t_p - расчетный год;

t - год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году.

В качестве расчетного года берется самый ранний из всех рассматриваемых вариантов календарный год, предшествующий началу использования в организации разрабатываемой системы.

В качестве начального года расчетного периода берется год начала финансирования работ по созданию проекта, включая проведение научных исследований.

Конечный год расчетного периода определяется моментом заключением цикла АС, прекращением его использования на производстве.

Для анализа эффективности единовременных затрат на разработку и внедрение системы используется показатель - внутренняя норма доходности (коэффициент эффективности единовременных затрат ВНД), определяемый из соотношения:

. (5.6)

Коэффициенты эффективности судя по различным проектам показывает об общем и минимальном уровне эффективности капитальных, осуществляемых в организации и выбрать к реализации наиболее эффективные из них. Другим показателем ВНД является оценка возможности привлечения заемных средств на разработку и внедрение АС. Расчетное значение ВНД равно максимально допустимому проценту за кредит, который может быть применен для полного финансирования капитальных вложений по данной АС.

Если величина ВНД соответствует проценту за кредит, тогда текущая стоимость равна нулю.

Таким образом, вычисляемое значение позволяет судить о приемлемости для предприятия условий кредитования.

Показатель период возврата, используется для анализа эффективности единовременных затрат. Экономическое содержание этого показателя заключается в определении момента времени, необходимого для покрытия единовременных затрат в проект. Период возврата единовременных затрат (Ток) определяется последовательным сложением величин:

. (5.7)

Полученная сумма не сравняется с величиной единовременных затрат, приведенных к расчетному году. Количество произведенных сложений равняется периоду возмещения капитальных вложений.

Сумма налогов на прибыль и имущество рассчитывается по формуле:

Н = Н_пр + Н_им , (5.8)

где Н_пр - налог на прибыль, тыс.р.;

Н_им - налог на имущество, тыс.р.

, (5.9)

где СТ_пр - ставка налога на прибыль.

, (5.10)

где К_оt - остаточная стоимость внедряемой системы в году t, тыс.р. ;

СТ_им - ставка налога на имущество.

5.2 Расчет единовременных затрат

Единовременные затраты предприятия-заказчика на приобретение устройства включают единовременные затраты предприятия-изготовителя и его прибыль, а также НДС, т.е. определяются по формуле:

К_об = К*(1+r)*(1+НДС), (5.11)

где К - единовременные затраты на создание системы автоматизации, р.;

r-коэффициент рентабельности предприятия разработчика, доли ед.;

НДС- ставка налога на добавленную стоимость, доли ед.

В общем случае единовременные затраты на создание системы определяются по формуле:

К=К_раз + К_прог + К_изг, (5.12)

где К_раз - затраты на проектирование (разработку) системы, руб.;

К_прог - затраты на программирование, руб.;

К_изг - затраты на изготовление, руб.

5.3 Затраты на разработку

Затраты на разработку можно представить в виде

К_раз = З_о Т_раз (1+К_д) (1+К_р) (1+К_сн) (1+К_н.раз) , (5.13)

где З_о - месячный оклад разработчика, р.;

Т_раз - трудоемкость разработки проекта и проектной документации, чмес.;

К_д, К_р - соответственно коэффициенты доплат к заработной плате и районный, доли ед.;

К_сн - коэффициент отчислений на социальные нужды, доли ед.;

К_нраз - коэффициент накладных расходов, доли ед.

Данные для расчета единовременных затрат предприятия разработчика приведены в таблице 5.1.

Данные для расчета трудоемкости представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.1 - Данные для расчета единовременных затрат предприятия разработчика

Показатель	Значение
Заработная плата разработчика, руб.	20000
Заработная плата программиста, руб.	20000
Заработная плата мастера, руб	20000
Коэффициент доплат к заработной плате, доли ед.	0,5
Районный коэффициент, доли ед.	0,7
Единый социальный налог	0,26
Трудоемкость программирования, чел. мес.	0,5
Трудоемкость монтажа системы, чел. мес.	1
Коэффициент накладных расходов, доли ед.	0,15
Коэффициент затрат на монтаж, доли ед.	0,18
Годовой фонд работы ПК, час	2208
Зарплата персонала, обслуживающего ПК, руб	1000
Норма амортизационных отчислений ЭВМ, доли ед.	0,2
Норма амортизационных отчислений здания, доли ед.	0,04
Площадь занимаемая ЭВМ, м2	4
Стоимость одного м2 здания (операторная - 14,2 м2), руб.	12000
Стоимость ЭВМ, руб.	32000
Коэффициент накладных расходов на эксплуатацию ПК, доли ед	0,15
Потребляемая мощность ЭВМ, кВт	0,35
Стоимость кВт/часа, руб.	1,2
Коэффициент затрат на ремонт ЭВМ (от стоимости), доли ед.	0,05
Коэффициент затрат на транспортировку разработанной системы, доли ед.	0,08
Коэффициент интенсивного использования мощности ПК, доли ед	0,7
Коэффициент затрат на изготовление, доли ед.	0,15
Коэффициент перевода единиц времени	184

Таблица 5.2 - Данные для расчета трудоемкости разработки

Стадии разработки	Трудоемкость, чел.месяц
1. Изучение патентов	0,2
2. Изучение литературных источников	0,3
3. Разработка технического задания	0,2
4. Разработка технического проекта	0,3
5. Разработка рабочего проекта	0,2
6. Внедрение проекта	0,3
ИТОГО	1,5

К_раз = 20000 1,5 (1+0,5) (1+0,7) (1+0,26) (1+0,15) = 110848,5 руб. (5.14)

5.4 Расчет затрат на разработку программного обеспечения

Расчет затрат на разработку программного обеспечения проводится по формуле:

К_прог=З_о Т_прог (1+К_д)(1+К_р)(1+К_сн)(1+К_н.прог) +С_мч Т_прог К_ч , (5.15)

где З_о - месячный оклад программиста, тыс.р;

Т_прог - трудоемкость разработки программного обеспечения, ч/мес;

К_{н.прогр} - коэффициент накладных расходов, доли ед. ;

C_мч - стоимость машино-часа ЭВМ, р.;

К_ч - коэффициент перевода единиц времени.

Стоимость машино-часа ЭВМ рассчитывается по формуле:

(5.16)

где S_экс - годовые эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием ЭВМ, р.;

Т_пол - годовой фонд работы ЭВМ, час.

Эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле:

S_экс =12З_о (1+К_д)(1+К_р)(1+К_сн)+А+Т_р+Э+М+Н_рэкс , (5.17)

где З_о - месячная оплата труда обслуживающего персонала, р.;

А - амортизационные отчисления от стоимости ЭВМ и здания, р/год ;

Т_р - затраты на ремонт, р/год;

Э - затраты на электроэнергию, р/год;

М - затраты на материалы, р.;

Н_рэкс - накладные расходы, связанные с эксплуатацией ЭВМ, р/год.

Затраты на амортизацию вычисляются по формуле:

А = К_эвм Н_эвм+С_здS_здН_зд, (5.18)

где К_эвм - балансовая стоимость ЭВМ, р.;

Н_эвм - норма амортизационных отчислений от стоимости ЭВМ, доли ед.;

С_зд - стоимость 1 м² здания, р/м²;

S_зд - площадь, занимаемая ЭВМ, м²;

Н_зд - норма амортизационных отчислений от стоимости здания, доли ед.

Затраты на ремонт вычислим по формуле:

Т_р = К_эвм К_трэвм , (5.19)

где К_трэвм - коэффициент, учитывающий затраты на ремонт ЭВМ.

Подставив данные из табл.5.1 в формулы (5.18) (5.19) получаем затраты на амортизацию (А) и затраты на ремонт (Т_р) соответственно.

А = 32000 0,2 + 12000 4 0,04 = 8320 руб. (5.20)

Т_р = 32000 0,05 = 1600 руб. (5.21)

Затраты на ремонт могут быть определены другим способом, основой которого является составление сметы затрат на проведение ремонта.

Затраты на электроэнергию, потребляемую ЭВМ за год эксплуатации определяем по формуле:

Э = Ц Т_пол N К_м , (5.22)

где Ц - цена за один кВт/ч электроэнергии, р.;

N - потребляемая мощность, кВт ;

К_м - коэффициент интенсивного использования мощности вычислительной техники.

Подставив данные из табл.5.1 в формулу (5.19) получаем затраты на электроэнергию (Э).

Э = 1,2 2208 0,35 0,7 = 649 руб. (5.23)

Затраты на материалы определяем по формуле :

, (5.43)

где i - вид материала;

Ц_i - цена i-того материала, р.;

М_i - количество i-го материала.

Расчет затрат на материалы представлен в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Перечень и стоимость материалов, используемых для ЭВМ

Наименование материала	Ед. изм.	Количество в год	Цена за ед., руб.	Стоимость, р.руб.
Упаковка бумаги (500 листов)	шт.	5	120	600
Чистящий набор для компьютера	шт.	1	150	150
Тонер	шт.	2	1000	2000
Итого	2750

В годовые эксплуатационные затраты по обслуживанию ЭВМ входят также накладные расходы, которые рассчитываются по формуле:

Н_рэкс = 12 З_о (1 + К_д) (1 + К_р) К_нэкс, (5.25)

где К_нэкс - коэффициент накладных расходов, связанных с эксплуатацией ЭВМ.

Подставив данные из табл.5.1 в формулу (5.24) получим Н_рэкс.