Разработка системы оперативно-диспетчерского контроля и управления канала

4) обязательно автоматическое обнаружение событий в контролируемом объекте, его обработка и выдачи индикации наличия события оператору, запись события в протокол работы;

5) автоматическая выдача, при обнаружении аварийного события, особого сообщения оператору с указанием положения и названия объекта, в котором произошло это событие;

6) система должна иметь режим автоматической передачи информации техническому оператору «KEGOС» в г. Караганда (ЦМЭС).

1.4.3 Требования к режимам работы системы

На локальном уровне система должна функционировать в режиме реального времени: собирать и обрабатывать информацию электрических и теплотехнических величин с периодичностью 2 часа и по запросу оператора и диспетчера. На региональном уровне формировать в реальном времени оперативные данные для передачи в ЦДП по согласованному регламенту. На центральном уровне должно быть предусмотрено два режима работы:

1) режим автоматического опроса региональных систем по настраиваемому регламенту каждые два часа;

2) режим опроса региональных систем по запросу персонала ЦДП.

1.4.4 Требования к передаче данных

Для передачи данных с локального уровня в региональный и далее на центральный уровень необходимо использовать каналы передачи данных SR-500.

1.4.5 Требования к надежности

Все технические средства системы должны быть обслуживаемыми восстанавливаемыми устройствами, обеспечивающими непрерывный режим работы. Средняя наработка на отказ устройств комплекса технических средств должна быть не менее 10000 часов.

1.4.6 Требования по количеству и квалификации обслуживающего персонала

Количество и квалификации обслуживающего персонала должны быть достаточным для проведения регламентных и восстановительных работ при нарушениях работы системы.

1.4.7 Требования к защите информации от несанкционированного доступа

Технические и программные средства на всех уровнях должны обеспечивать защиту информации от несанкционированного доступа.

На локальном уровне защита информации от несанкционированного доступа должна осуществляется:

- пломбированием клеммников панелей с цепями к счетчикам от трансформаторов тока и напряжения, клеммников самих счетчиков;

- установлением системы технических и программных паролей для доступа к изменению параметров, системного времени других данных;

- регистрацией в памяти устройств сбора данных всех событий с изменением параметров настройки, коррекции данных и системного времени.

На региональном и центральном уровнях защита информации от несанкционированного доступа должна осуществляться программным путем и обеспечивать:

- защиту от несанкционированного доступа к серверам и устройствам программного обеспечения;

- разграничения полномочий пользователей;

- закрытость информации в зависимости от полномочий пользователей;

- регистрацию событий каждого доступа пользователей;

- обнаружения искажений штатного состояния системы, вызванных действиями посторонних лиц.

1.4.8 Требования по сохранности информации при авариях

В системе должна быть обеспечена сохранность информации при авариях. Под авариями следует понимать потерю работоспособности (отказы) технических и программно-технических средств, а так же исчезновение электропитания устройств.

Для защиты от потери информации при авариях на локальном уровне следует предусмотреть:

1) использование аппаратуры бесперебойного электроснабжения для питания устройств;

2) диагностирование работы оборудования и выдача сигнала тревоги при нарушениях;

3) передача измеренных данных в темпе реального времени.

Для защиты от потери информации при авариях на региональном и центральном уровнях следует предусмотреть:

1) использования аппаратуры бесперебойного электроснабжения для питания серверов;

2) резервирование базы данных для автоматического сохранения текущих значений с целью дальнейшего восстановления информации.

1.4.9 Требования к функциям (задачам) системы

Требования к системе сбора и передачи информации на локальном уровне:

1) непрерывный сбор со счетчиков данных о потреблении активной и реактивной энергии, а так же формирование и передача этих данных с настраиваемым периодом в интервале 120 минут;

2) непрерывный сбор информации с теплотехнических приборов, а так же формирование и передача этих данных с настраиваемым периодом в интервале 120 минут;

3) сохранение всех измеренных величин в течении 45 дней с настраиваемым интервалом сбора данных 120 минут;

4) перепрограммирование счетчиков с соблюдением всех требований по допуску и защите информации;

5) контроль достоверности показаний и состояния всех средств измерений.

На центральном и региональном уровнях:

1) прием данных системы электрических и теплотехнических измерений по выделенным и коммутируемым линиям связи с настраиваемым периодом в интервале 120 минут;

2) обработка данных;

3) отображение информации;

4) оперативный контроль информации;

5) хранение информации и формирование отчетов;

6) санкционированный доступ к информации пользователей вычислительной сети;

7) обмен данными комплексами информационного обеспечения других уровней;

8) управления доступом пользователей.

Технологическое оборудование основных сооружений канала и его состояние должно отображаться на экранах мониторов в виде объектно-ориентированных динамических, графических технологических мнемосхем. Должна быть предусмотрена возможность отображения на мониторе одновременно нескольких технологических схем, а также отображение технологических схем на нескольких мониторах.

Выбор контролируемой технологической схемы должен осуществляться диспетчером, оператором при помощи графического и "всплывающего" меню. Меню должно обеспечивать иерархический выбор технологической схемы.

В подсистеме должен обеспечиваться просмотр аналоговых значений в виде графиков (тренды). Должны поддерживаться следующие виды просмотра:

- оперативные тренды;

- исторические тренды.

В оперативных трендах должна отображаться информация в реальном масштабе за предшествующий период до 2 ч. Исторические тренды должны обеспечивать просмотр информации до месяца.

Подсистема должна обеспечивать:

- масштабирование экранов трендов;

- вывод одновременно нескольких графиков на экран (принтер) по выбору;

- просмотр графиков в режиме «прокрутки»;

- выбор масштабов по значению контролируемой величины и времени.

В подсистеме должны формироваться следующие журналы событий и аварий:

- журнал технологических событий;

- журнал технологических аварий;

- журнал событий;

- журнал аварий.

Все сигналы аварий должны квитироваться оператором технологических установок.

Должны быть обеспечены автоматическая световая и звуковая сигнализация аварий и аварийных режимов.

Просмотр технологических журналов должен выполняться по требованию диспетчера, оператора. Просмотр системных журналов - по требованию персонала, обслуживающего систему контроля и управления объектного уровня.

При просмотре журналов должен обеспечиваться выбор и сортировка событий по следующим признакам:

- времени возникновения события или аварии;

- типу события или аварии;

- текстовому шаблону;

- принадлежности к объекту;

- интервалу времени.

Оперативно-справочная информация должна выводиться по требованию диспетчера, оператора из "всплывающих" иерархических меню.

Должен выполняться контроль технологических параметров по двум уровням: предупредительному и аварийному.

При достижении заданных уровней в динамическом и статическом режиме:

- должны формироваться предупредительный и аварийные сигналы с записью в журнал;

- сигналы должны квитироваться оператором технологических установок;

- на экран монитора должно выводиться сообщение с указанием параметра и его текущего и допустимого значения;

- значение параметра должно отображаться на экране монитор определённым цветом соответственно.

Должен выполняться контроль достоверности измеряемых параметров на диапазон допустимых значений.

Журналы событий и исторические графики должны выводиться на печать по требованию диспетчера. Перечень выводимых событий и аварий должен задаваться диспетчером по следующим критериям:

- времени (интервалу времени) возникновения события или аварии;

- типу события или аварии;

- текстовому шаблону;

- объектам.

В процессе работы должна приниматься информация по результатам диагностирования КТС, каналов связи и ПТК.

Диагностика КТС должна выполняться с использованием их функций самодиагностики. Должны быть обеспечены автоматическая регистрация в системном журнале параметров работы, отказов и сбоев системы, световая и звуковая сигнализация аварийных режимов.

В системном журнале должно фиксироваться время отключения и восстановления связи с каждым абонентом каналов связи.

Система должны вести следующие архивы:

- журналы технологических параметров и аварий;

- исторические тренды параметров.

Время хранения данных коммерческого учета энергоносителей - 3 года.

В течение неограниченного времени на сервере должны сохраняться параметры инициализации и работы системы.

Серверы ввода/вывода должны обеспечивать сбор и первичную обработку информации КТС с заданным интервалом времени.

Система должна обеспечивать изменение временного интервала сбора и первичной обработки информации КТС.

В системе должен обеспечиваться, в диалоговом режиме, ввод с клавиатуры необходимых данных и параметров конфигурации системы, а также режим просмотра опроса данных.

Администратором системы, при помощи инструментальных средств, должна обеспечиваться возможность задания параметров работы системы и её модификация. Должна быть обеспечена возможность редактирования:

- мнемосхем объектов (добавление, удаление);

- сигналов (добавление, удаление, изменение названия, маскирование);

- экранов (добавление, удаление);

- функций (добавление, удаление).

Все действия администратора по добавлению, изменению или удалению должны быть зафиксированы в книге учета работы системы.

В системе должен быть обеспечен доступ к информации в соответствии с правами доступа пользователя.

Должны быть защищены от удалений и от исправления журналы событий и тренды измеряемых параметров. При аварийном несанкционированном отключении электропитания должны сохраняться параметры работы системы.

1.4.10 Требования к видам обеспечения

Измерения и расчеты величин электроэнергии должны производиться с точностью до целого числа киловатт-часов. Измерения и расчеты теплотехнических величин должны производиться с точностью до:

- расхода - 0,1 м³/с;

- уровня воды - +1 см, уровня масла - +1 мм;

- температуры - ±0,5 ⁰С;

- давления - +0,1 кгс/см².

Информационное обеспечение каждого уровня системы включает в себя:

1) входную информацию, в том числе переменную и нормативно-справочную;

2) выходную информацию, в том числе передаваемую на вышестоящий уровень и предназначенную для обслуживания пользователей на своем уровне;

3) систему классификации и кодирования информации, реестры коммерческого учета принимаемой электроэнергии и отпускаемой воды;

4) информационную базу системы.

Интерфейс пользователя должен быть на русском языке.

ПО микропроцессорных счетчиков, средств измерения расхода, уровня, температуры является неотъемлемой их частью и должно входить в комплект поставки изделий.

Используемые в системе измерительные средства должны иметь сертификат, удостоверяющий возможность их применения в качестве средств измерений.

Система должна соответствовать требованиям нормативно-технических документов, применяемых в РК, и обеспечена следующей документацией:

1) документация по обслуживанию компонентов системы;

2) документация по обучению обслуживающего персонала;

3) документация пользователя.

Для создания системы оперативно-диспетчерского контроля и управления необходимо выбрать SCADA-систему, отвечающую приведенным выше требованиям, а также необходимо разработать структуру, как самой системы, так и ее программного обеспечения. Необходимо выбрать техническое обеспечение системы и создать мнемосхемы, отображающие процесс контроля расхода и давления воды на выходе НС [8, 24].

2 Разработка принципов построения системы оперативно-диспетчерского контроля и управления насосной станции РГП «Канал им. К. Сатпаева»

2.1 Анализ и выбор SCADA-системы

В настоящее время, в связи с увеличением парка используемого автоматизированного оборудования и широким развитием "безлюдных" технологий особое значение получают системы автоматизированного управления производственными процессами и удаленного сбора данных. Кроме того, существуют ситуации, когда присутствие людей в определенных помещениях нежелательно, либо контролируемые объекты расположены на большой территории и не могут быть оперативно обслужены разумным количеством персонала. Для подобных применений все чаще используются системы дистанционного управления и сбора данных (SCADA).

Концепция SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI - Humain/Man Machine Interface), предоставляемого SCADA-системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность «рычагов» управления, удобство пользования подсказками и справочной системой повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к минимуму его критические ошибки при управлении.

Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка и управление в реальном времени, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сокращение сроков разработки проектов по автоматизации и прямых финансовых затрат на их разработку.

В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами.

Большое значение при внедрении современных систем диспетчерского управления имеет решение следующих задач:

- выбор SCADA-системы (исходя из требований и особенностей технологического процесса);

- кадровое сопровождение.

Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка информации [2, 4, 12].

Выбранная SCADA-система должна соответствовать требованиям, разработанным в разделе 1, а также техническим и эксплуатационным характеристикам, приведенным ниже.

Технические характеристики:

1) выбранная SCADA-система должна быть реализована на MS Windows-платформе;

2) выбранная SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса;

3) выбранная SCADA-система должна иметь встроенный язык высокого уровня, VBasic-подобные языки;

4) в рамках создаваемой системы должна функционировать база данных;

5) крайне важен также вопрос о поддержке в выбранной системе стандартных функций GUI (Graphic Users Interface);

6) SCADA-система должна быть открытой, как для внедрения собственных программных модулей, так и для программных модулей сторонних фирм-производителей.

Эксплуатационные характеристики. К этой группе можно отнести:

- удобство интерфейса среды разработки;

- качество документации - ее полнота, уровень русификации;

- поддержка со стороны создателя - количество инсталляций, дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и так далее.

Выбор будет производиться между двумя SCADA-системами: WinCC немецкой фирмы Siemens и Citect австралийской фирмы CiTecgnologies.

2.1.1 SCADA-система Citect

Особенность компании CiTechnologies (Ci - Control Instrumentation) в том, что она не только разработчик SCADA-системы Citect, но и системный интегратор. В систему вложен весь опыт системной интеграции, и не только в собственно ПО, но и в "базу знаний. Таким образом, SCADA-система Citect - это программный пакет, созданный на основе большого опыта компании. Уникальность его в двух аспектах:

- возможности постепенных инвестиций в используемый продукт;

- чисто технических особенностях.

2.1.1.1 Особенности использования Citect

Citect предлагает пользователям систему разработки бесплатно, цена же систем исполнения сравнима с соответствующими компонентами других SCADA-пакетов.

Одна из характеристик SCADA-системы Citect - гибкость, которая проявляется в нескольких чертах. Во-первых, для SCADA-системы Citect естественным является режим распределенной разработки приложений. Во-вторых, в SCADA-систему Citect заложено огромное многообразие подходов к разработке приложений. Так, возможна разработка приложений без программирования вообще на основе поставляемых библиотек графических объектов, шаблонов, драйверов и т.д. Возможна и самостоятельная разработка новых компонентов приложений, и модификация базовых. В зависимости от профессиональных навыков разработчика, приложение можно создавать как с использованием языка SCADA-системы Citect, называемого Cicode, так и более знакомых, традиционных языков программирования (Visual Basic, C).

В SCADA-системе Citect предусмотрено простое наращивание дополнительных узлов проекта и возможность перераспределения их функций. Выполняются такие процедуры на уровне конфигурирования каждого узла.

2.1.1.2 Технические возможности системы

SCADA-система Citect используется как 32-разрядное приложение Windows NT, Windows 95 и 98. Сбор данных, формирование алармов и построение трендов может происходить одновременно с редактированием и компиляцией. Ядро SCADA-системы Citect является многозадачным ядром реального времени, с вытеснением задач по приоритетам. Оно обеспечивает равномерное выполнение всех приложений.

2.1.1.3 База данных реального времени приложения

Для каждого нового проекта автоматически создаётся файловая структура в формате dBase. Для хранения данных проекта (теги, начальные значения параметров и т.п.) инициализируется около 60 файлов. Эти файлы могут отдельно импортироваться в EXCEL для редактирования или документирования. Для тестирования разрабатываемой конфигурации в SCADA-системе Citect можно создать "электронный контроллер" ("memory PLC"), который эмулирует работу контроллера с помощью вводимых вручную тегов, и его работу можно проверить в системе исполнения (runtime).

2.1.1.4 Архитектура клиент/сервер SCADA-системы Citect

В SCADA-система Citect сервер выполняет пять функций (рисунок 2.1):

- сервер ввода/вывода является выделенным коммуникационным сервером, организуя обмен информацией между устройствами ввода-вывода и узлом, выполняющим функцию визуализации (клиентом);

- cервер алармов непрерывно отслеживает данные, сравнивая их с допустимыми пределами и проверяя выполнение заданных условий, и непосредственно отображает все алармы на соответствующем узле визуализации;

- cервер отчётов генерирует отчёты по истечению определённого времени или при возникновении определённого события;

- cервер трендов собирает и регистрирует трендовую информацию, позволяя фиксировать развитие процесса в реальном времени или ретроспективно (исторически) в окне трендов или в файле;

- cервер синхронизации (тайм-сервер), который синхронизирует работу всех персональных компьютеров сети.

Рисунок 2.1 - Клиент-серверная архитектура Citect

Задача сервера ввода-вывода выполняется на одном компьютере (узле). Если в больших прикладных системах этот узел становится перегруженным, другие серверы могут устанавливаться на других узлах. А если и задача сервера ввода-вывода перегружает узел, то можно расширить число серверов ввода-вывода. Все узлы визуализации могут осуществлять доступ ко всем серверам через сеть. SCADA-система Citect поддерживает NetBIOS, TCP/IP и другие сетевые протоколы. Одновременно может выполняться несколько протоколов.

2.1.1.5 Сервер алармов

В SCADA-системе Citect различаются четыре типа алармов:

- цифровые алармы, возникают в ответ на изменение состояния;

- аналоговые алармы, базируются на анализе выхода за указанные верхние и нижние пределы, изменяемом смещении, скорости изменения, описании уровня алармов;

- алармы с метками времени базируются на таймере, который работает в контроллере и регистрирует алармы с точностью до миллисекунд;

- составные алармы, возникающие в результате событий или комбинации событий.

Аппаратные алармы всегда регистрируются отдельно и визуализируются на отдельном дисплее алармов.

2.1.1.6 Сервер отчетов

Язык программирования Cicode поддерживает простой набор операторов, с помощью которых можно генерировать отчёт и задавать его шаблон. Значения времени хранятся в аккумуляторах языка Cicode - регистрах, которые кумулятивно запоминают такие переменные в виде количества часов работы или счётчиков. Таймеры и счётчики могут запускаться по некоторому событию, временно приостанавливаться и т.п. Можно также задавать событие, которое запускает генерацию отчёта и уровень привилегированности пользователя, определяющий права пользователя на запуск генерации отчёта. Отчёты сохраняются на диске в файле. Отчёты могут генерироваться в EXCEL с помощью DDE-связей. В Citect есть и электронная почта, по которой отчёты могут посылаться.

2.1.1.7 Резервирование

Ещё одним отличительным свойством SCADA-системы Citect является то, что среди стандартных функций здесь предусмотрено дублирование. Сервер ввода-вывода может дублироваться с помощью резервного сервера ввода-вывода, на котором выполняется та же самая прикладная задача. При отказе основного сервера резервный сервер продолжает работу без какой-либо потери информации.

Могут также дублироваться серверы трендов, отчётов и алармов. Дублирование возможно и на уровне сети. Это делается установкой в компьютере двух сетевых карт и организацией дублированной связи с контроллерами.

Утилита "Computer setup" ("Установка компьютера") позволяет конфигурировать компьютер как узел визуализации (клиент), как основной или резервный сервер ввода-вывода, сервер алармов, трендов или отчётов. Она также позволяет конфигурировать временную синхронизацию и запрещение срабатывания определённых клавиш.

2.1.1.8 500 функций

В SCADA-системе Citect встроен гибкий язык программирования Cicode, сравнимый по возможностям с языками Pascal/C. Именно на нем написана сама SCADA-система. Cicode позволяет создавать программы любой степени сложности. Исходный файл на Cicode создается редактором и компилируется вместе с проектом.

Проект всегда компилируется с системой исполнения. Во время компиляции проверяются все dbf-файлы, транслируется Cicode. В SCADA-системе Citect есть специальные функции для проверки производительности системы.

Во время исполнения системы может активизироваться специальное ядро, которое поддерживает команды мониторинга контроллеров и сетевых взаимодействий, проверки загрузки центрального процессора, проверки ошибок и т.д.

2.1.1.9 Возможности HMI в SCADA-системе Citect

Графические объекты на дисплеях оператора можно построить с помощью Графического редактора (Graphics Builder). SCADA-система Citect поддерживает неограниченное количество окон - "страниц". Для их создания предлагается использовать библиотеку шаблонов. Для упрощения создания графических объектов на странице поставляются три библиотеки - объектов, "джиннов" и "суперджиннов". Объекты - это статические картинки, классифицированные по группам, таким как механизмы, резервуары, насосы и так далее. "Джинны" и "суперджинны" - это динамические объекты, к ним могут прикрепляться меняющиеся переменные. Для "джиннов" место на экране зафиксировано (например, ползунок на линейке со шкалой), а для "суперджиннов" - нет. "Суперджинны" могут открывать новое окно. Во время исполнения "суперджинн" может запускаться несколько раз. Каждое видимое окно является "потомком" со своими собственными переменными. Когда во время исполнения вызывается "суперджинн", автоматически создаётся окно-"потомок" с реальными значениями переменных. Такая процедура значительно ускоряет разработку сходных объектов. Эти объекты могут использоваться для любого другого клиента.

После всех этих процедур компилируется прикладная задача. Во время компиляции графика запоминается, а программа на Cicode проверяется на наличие синтаксических ошибок. Установленный ранее проект деинсталлируется и заменяется вновь созданным.

2.1.1.10 Новые технологии

В настоящее время для разработки систем автоматизации активно начинают применяться COM/DCOM-технологии, причем как квалифицированными разработчиками прикладного ПО, так и в предлагаемых на рынке инструментальных системах. Новые технологии в SCADA-системе Citect находят свою реализацию в виде:

- OPC-компонентов для подключения широкого спектра контроллерного оборудования и промышленных сетей стандартным, формально описанным способом (OPC-спецификация);

- ActiveX-объектов для расширения функциональных возможностей разрабатываемого приложения за счет уже разработанных и готовых к использованию программных компонентов.

2.1.1.11 Выводы (Citect)

Итак, важными характеристиками SCADA-системы Citect являются следующие:

- не требуется вложений в систему разработки. При этом допускается разработка прикладной системы многими пользователями одновременно;

- гибкость использования инструментальных программных средств;

- встроенное резервирование позволяет качественно и легко решить проблему надежности функционирования системы;

- язык Cicode позволяет создавать программы любой степени сложности.

SCADA-система Citect - это мощный конкурентоспособный SCADA-продукт. У него сильные рыночные позиции, благодаря поддержке истинной структуры клиент/сервер, открытой архитектуре, а также богатым возможностям языка программирования CiCode и встроенной дублируемости. SCADA-система Citect обеспечивает дружественную систему помощи (help), основанную на богатом опыте компании CiTechnologies как системного интегратора. Все эти функции в сочетании с низкой стартовой ценой обеспечивают хорошее рыночное преимущество этого пакета [2, 5].

2.1.2 SCADA-система WinCC

SIMATIC WinCC выступает “законодателем моды” в использовании последних программных технологий. Название WinCC происходит от Windows Control Center (Центр управления Windows), другими словами это система, предоставляющая все необходимые средства для надежного управления процессом в стандартной среде Windows NT или Windows 2000.

В серии продуктов SIMATIC HMI WinCC выступает в качестве системы визуализации процесса (SCADA), дифференцируемой по цене и производительности и предлагающей наиболее эффективные функции для управления автоматизированными процессами. Одним из главных преимуществ WinCC является ее полная открытость. Эта система может использоваться как со стандартными программами, так и с пользовательскими программами. Программные компании могут создавать свои собственные приложения, используя открытые интерфейсы WinCC для расширения своих собственных систем.

WinCC - это современная система с удобным пользовательским интерфейсом для создания офисных и промышленных приложений, гарантирующая стабильную и надежную работу и предоставляющая эффективные инструментальные средства для конфигурирования. Она подходит как для простых, так и для сложных задач.

Наиболее впечатляющими свойствами SIMATIC WinCC с самого начала были, с одной стороны, высокий уровень инноваций, позволяющий определять тенденции развития и внедрять их на самых ранних стадиях, а с другой стороны, долговременная стратегия развития продукта. Этот подход позволил WinCC стать лидером на европейском рынке и номером 2 на мировом рынке.

2.1.2.1 Обзор функций

В мире капиталоемкого производства простота и прозрачность означает уменьшение расходов на проектирование, уменьшение расходов на обучение, большую гибкость в требованиях к кадрам и более стабильное управление. SIMATIC WinCC объединяет в себе все эти особенности. Что касается использования системы, любой специалист, знакомый с Microsoft Windows, сможет работать с WinCC Explorer, являющимся ядром SIMATIC WinCC.

Вместе с другими компонентами SIMATIC система WinCC предлагает функции для диагностики и слежения за процессом. Это свойство является новым для систем HMI.

WinCC предоставляет полный базовый пакет функций для управления и визуализации процесса. WinCC предоставляет ряд редакторов и интерфейсов, которые можно использовать для создания приложений в соответствии с индивидуальными. В таблице 2.1 приведен перечень редакторов.

Таблица 2.1 - Перечень редакторов, предоставляемых WinCC

Редакторы WinCC	Задачи или конфигурируемые функциональные возможности в режиме исполнения
WinCC Explorer (Проводник WinCC)	Централизованный пункт управления проектом, предоставляющий быстрый доступ ко всем данным проекта и позволяющий производить глобальные настройки
Graphics Designer (Графический дизайнер)	Графическая система для визуализации и управления процессом с помощью свободно конфигурируемых графических объектов и их связей
Alarm Logging (Регистрация аварийных сообщений)	Система сообщений для регистрации и архивирования событий с возможностью их отображения и управления; свободного выбора категорий сообщений, отображения и архивирования сообщений
Tag Logging (Регистрация тегов)	Система сбора, регистрации/архивирования и обработки/сжатия измеряемых значений процесса, например, для отображения их в виде трендов и таблиц или для последующей обработки
Report Designer (Дизайнер отчетов)	Система формирования отчетов для выполняемого хронологически или в зависимости от событий документирования сообщений, действий оператора и текущих данных в виде отчетов пользователя или проектной документации с использованием выбираемых пользователем шаблонов
User Administrator (Администратор пользователей)	Инструментальное средство для удобного управления пользователями и соответствующими правами доступа
Global Scripts (Глобальный сценарий)	Редактор для создания функций обработки с использованием языков VBScript и ANSI-C, позволяющих реализовать неограниченные функциональные возможности
Другие инструментальные средства	Text Library (Текстовая библиотека), CrossRefence (Перекрестные ссылки), ProjectDuplicator (Копировщик проектов), Picture Tree Manager (Менеджер иерархии кадров), Lifebeat Monitoring (Мониторинг работоспособности), Smart Tools (Интеллектуальные средства)

В таблице 2.2 приведен перечень интерфейсов, предоставляемых WinCC.

Таблица 2.2 - Перечень интерфейсов, предоставляемых WinCC

Интерфейсы	Задачи или конфигурируемые функциональные возможности в режиме исполнения
Communication Channels (Каналы связи)	Для обмена данными с рядом контроллеров и другими источниками данных
Standard Interfaces (Стандартные интерфейсы)	Для открытой интеграции других приложений Windows (WinCC OLE-DB, ActiveX, OLE, DDE, OPC и т.д.)
Programming Interfaces (Программные интерфейсы)	Для индивидуального доступа к данным и функциям WinCC и для встраивания в пользовательские программы с помощью VBA, VBScript, C-Script (ANSI-C), C-API

2.1.2.2 WinCC - часть комплексной системы автоматизации (Totally Integrated Automation)

WinCC - это мощная и открытая система, позволяющая устанавливать связи с различными ПЛК. Особые преимущества WinCC заключаются в том, что система является частью комплексной системы автоматизации в рамках SIMATIC (Totally Integrated Automation (TIA) with SIMATIC).

TIA позволяет полностью интегрировать отдельные компоненты автоматизации - начиная от контроллеров, распределенной периферии и технологии приводов до уровня управления производством. В связи с этим, можно использовать преимущества тройной универсальности:

- универсальное проектирование и программирование;

- универсальное управление данными;

- универсальная связь.

Другими словами можно уменьшить затраты на разработку решения автоматизации, а это существенно уменьшит затраты на обеспечение жизненного цикла системы и общие затраты.

Возможности глобального проектирования и программирования позволяют непосредственно использовать в WinCC символьные имена STEP 7. При работе с WinCC можно непосредственно обращаться к таблице символьных имен, определенной в STEP 7.

Универсальное хранение данных и универсальная связь значительно облегчают диагностирование системы:

- в режиме исполнения можно непосредственно перейти от WinCC к соответствующему редактору программ STEP 7 (LAD/CSF/STL). Это позволяет проводить диагностику нарушений;

- используя функцию WinCC "Hardware Diagnostics (Диагностика аппаратуры)", можно запустить функцию STEP 7 "Diagnose hardware (Диагностика аппаратуры)" для соответствующего контроллера S7 непосредственно из кадра WinCC;

- "Channel Diagnosis (Диагностика каналов)" позволяет проводить диагностику связи между WinCC и контроллерами S7;

- WinCC может отображать сообщения от контроллера, автоматически генерируемые системой диагностики S7, в виде многострочных текстовых сообщений, появляющихся в контекстных окнах.

Опция WinCC/ProAgent обеспечивает дополнительную поддержку при диагностировании; эта опция выполняет общую диагностику процесса системы автоматизации на базе контроллера S7.

2.1.2.3 Визуализация процесса WinCC

SIMATIC WinCC является модульной масштабируемой системой визуализации процесса для приложений различного уровня, начиная от простых однопользовательских приложений и до сложных многопользовательских или даже распределенных систем с несколькими (резервными) серверами и клиентами в сети Web.

В основном SIMATIC WinCC предлагает следующие возможные конфигурации системы:

- однопользовательская система;

- многопользовательская система (решение клиент-сервер);

- распределенная система;

- система с использованием Web-клиентов;

- решение с использованием «тонкий клиент»;

- системы с использованием архивного сервера;

- системы с резервированными серверами;

- решение с использованием как Web-клиентов, так и «тонких клиентов».

В дополнение к функциям контроля и оперативного управления, технологиям обработки аварийных сообщений, регистрации, архивирования и диспетчерского управления базовая система WinCC предоставляет различные уровни диагностики.

В качестве стандартных система поддерживает разные варианты соединений для однопользовательских систем и серверов:

- SIMATIC S7;

- SIMATIC S5;

- SIMATIC 505;

- SIMATIC WinAC;

- PROFIBUS FMS/DP;

- OPC.

2.1.2.4 Основные функции WinCC

С помощью WinCC User Administrator можно назначать и контролировать права доступа пользователей, как для системы проектирования, так и в режиме исполнения. Являясь администратором, можно в любое время создать до 128 пользовательских групп, в каждой из которых может содержаться до 128 отдельных пользователей (имена пользователей, пароли) и назначить им соответствующие права доступа к функциям WinCC.

В то же время существует возможность определять режим завершения сеанса работы для каждого пользователя и установить главную страницу для пользователей в сети Web. Всего можно настроить до 999 различных уровней доступа.

Все операторские станции включены в систему управления пользователями.

Интерфейс проектирования WinCC с самого начала был разработан с целью использования его по всему миру: можно переключаться между немецким, английским, французским, испанским и итальянским языками с помощью простого нажатия кнопки. Азиатский вариант поддерживает китайский, тайваньский, корейский или японский язык проектирования. Кроме того, можно создать проект, определив несколько языков системы исполнения. Разработка такого проекта означает возможность использования одного и того же решения системы визуализации на нескольких целевых рынках сбыта.

WinCC предоставляет несколько готовых элементов управления, которые могут использоваться оператором для переключения языков в режиме исполнения. Кроме того, можно определить функцию переключения языков для некоторых объектов кадра, например, кнопок.

В дополнение к этому WinCC позволяет отображать кадры размером до 4096x4096 пикселей, используя интеллектуальную функцию масштабирования. Масштабирование в режиме исполнения поддерживается использованием трех различных методов:

- панорамный просмотр;

- расширенное масштабирование;

- послойное отключение.

Существует возможность сделать отображение слоев и объектов зависящим от текущего коэффициента масштабирования. Для каждого слоя можно определить отдельно минимальный и максимальный коэффициент масштабирования. Также возможно определить возможность отображения только тех объектов, размер которых попадает в определенный диапазон.

Графическая система WinCC в режиме исполнения формирует экранные изображения и обрабатывает все вводимые с экрана данные. Кадры для визуализации процесса и управления установкой создаются с помощью WinCC Graphics Designer.

Независимо от сложности задач контроля и управления, используя стандарты WinCC, можно создавать индивидуальные пользовательские интерфейсы для любого приложения.

Архивирование значений процесса (Tag Logging (Регистрация тегов)) используется для сбора данных исполняющихся процессов и их подготовки к отображению и архивированию. Данные процесса отображаются с помощью WinCC Online Table (Окна отображения таблиц в режиме исполнения) и Trend Controls (Окна отображения трендов в режиме исполнения), которые отображают данные в виде таблиц или кривых соответственно. При этом редактор Tag Logging предоставляет полную свободу в выборе способа сбора данных процесса и вида, в котором они будут отображаться.

SIMATIC WinCC не просто получает сообщения процесса и сообщения о локальных событиях, она записывает их в циклические архивы, а затем предоставляет возможность просмотра отсортированных или отфильтрованных сообщений. Звуки сигнализации (типа сирены или гудка) или прямое переключение из окна сообщений на соответствующий кадр процесса (loop in alarm (контур аварии)) помогают немедленно реагировать на неисправности и принимать меры по избежанию критических ситуаций, их сокращению или устранению их последствий.

Сообщения выводятся на экран с помощью WinCC Alarm Control, параметры которого могут задаваться на этапе проектирования. Используя содержимое отдельных блоков сообщений, можно фильтровать или сортировать сообщения, отображаемые в окне.

Для архивирования сообщений используется Microsoft SQL Server. Система архивирует сообщения при возникновении событий сообщений, например:

- при поступлении сообщения;

- при изменении статуса сообщения.

В WinCC имеется встроенная система ведения журналов регистрации. Данные, полученные в режиме исполнения, печатаются с помощью предварительно сконфигурированных шаблонов для разных типов журналов регистрации:

- протокол последовательности сообщений;

- протоколы архивов сообщений;

- журналы регистрации архивных значений процесса;

- оперативные журналы;

- протоколы системных сообщений;

- отчеты пользователя;

- документальные копии.

Перед печатью отчетов можно сохранить их в виде файлов и предварительно просмотреть на мониторе. Выполняя действия оператора по вводу можно отобразить состояние всех заданий в режиме online [6, 7].

2.1.2.5 Выводы (WinCC)

С момента своего появления система SIMATIC WinCC символизировала высочайший уровень открытости и интеграции, поскольку поддерживала единообразие с технологиями Microsoft.

WinCC была первой системой визуализации процесса на международном рынке, использующей 32-битную технологию ПО, работающего под управлением Microsoft Windows 95/NT 4.0. В настоящее время Windows 2000 (Advanced) Server и Windows XP Professional представляют собой открытую стандартную платформу для создания серверов и клиентов WinCC или однопользовательских систем. С одной стороны, эта платформа может использоваться для того, чтобы комбинировать WinCC с широким спектром приложений, имеющихся на рынке; с другой стороны, можно интегрировать эту платформу в конкретное решение: корпоративное решение или решение автоматизации.

В целом, сама система WinCC представляет собой безопасное капиталовложение, поскольку предоставляет возможности легкого расширения и масштабирования. Для достижения универсальности потока информации, то есть вертикальной и горизонтальной интеграции, WinCC позволяет вкладывать средства в стандартизированное хранение данных, встроенные стандартные интерфейсы и универсальную обработку всех данных.

Безусловно, обе рассмотренные выше SCADA-системы Citect и WinCC отвечают предъявляемым требованиям, но нужно было выбрать одну наиболее приемлемую по всем показателям, такой оказалась SCADA-система WinCC.

2.2 Разработка структуры системы оперативно-диспетчерского контроля и управления

Функционально структура системы оперативно-диспетчерского контроля и управления РГП «Канал им. К. Сатпаева» в соответствие с требованиями раздела 1 должна состоять из четырех подсистем:

- измерений электроэнергии и воды;

- сбора данных;

- телекоммуникаций;

- отображения, хранения и управления данными.

Иерархически система представляет собой распределенную автоматизированную систему сбора и обработки данных и включает в себя:

- первый уровень - измерительные комплексы учета электроэнергии, коммерческие ИИК (приборы учета), полевые датчики и приборы, УСПД или УСД основных сооружений канала: НС, включающих НА, ПС, В/в, В/с, Д;

- второй уровень -РЦСОИ 2 - п. Молодежное;

- третий уровень -ЦСОИ - г. Караганда. ЦСОИ должен осуществлять выдачу информации СО АО «КEGОС», а также в ПКИ г. Астана.

Передача данных между ПКИ, ЦСОИ, РЦСОИ и объектами предприятия должна производится посредством каналов радиотелефонной связи SR-500 S.

На рисунках 2.2 - 2.3 представлена иерархическая структура системы оперативно-диспетчерского контроля и управления.

2.2.1 Подсистема измерений электроэнергии и воды

Учет электроэнергии. В состав подсистемы измерений электроэнергии будут входить счетчики и измерительные трансформаторы, совместно они составляют ИИК.

Состав ИИК зависит от параметров точки учета. Точки учета делятся на две группы: коммерческие и технические. Дополнительными признаками точки учета являются интервал измерения и интервал опроса (съема) показаний прибора учета.

Подключаемый к системе ИИК счетчик должен быть зарегистрирован у СО в реестре коммерческого учета и иметь уникальный идентификационный код.

Для коммерческих и технических точек учета электроэнергии с интервалом измерений 15 минут в состав ИИК входит трехфазный микропроцессорный счетчик с цифровым, последовательным интерфейсом связи RS-485 и возможностью измерения активной и реактивной составляющей электроэнергии в обоих направлениях (двунаправленный).

Посредством цифрового, последовательного интерфейса связи RS-485 счетчик будет опрашиваться УСД объекта, каждые 15 минут.

Считанные из счетчика (ИИК) данные УСД будут передаваться через подсистему телекоммуникаций в БД системы.

Как уже упоминалось выше, будут использоваться существующие измерительные трансформаторы.

Вновь устанавливаемые приборы учета будут устанавливаться на место демонтируемых счетчиков. Выбранные для установки счетчики имеют такие же монтажные и крепежные размеры, как и снимаемые индукционные. Данное качество упрощает установку новых приборов учета.

В случае установки прибора учета на новое место, установка будет производиться в существующие щиты и ячейки, в соответствии с нормативными документами.

Учет воды. Учет воды будет производиться с использованием ультразвуковых расходомеров, входящих в состав ИИК водоучета. Интервал измерений - 15 мин.

Опрос расходомеров будет производиться УСД объекта посредством унифицированного токового сигнала 4-20мА, каждые 15 минут. Через подсистему телекоммуникаций данные будут передаваться в БД системы.

Диапазон расхода воды от 150 до 25000 куб. м. Погрешность измерения составляет не хуже 0,5 %.

Выходные сигналы, входные аналоговые сигналы и входные дискретные сигналы приведены в приложениях А-В. А на рисунках 2.4-2.5 приведены схемы автоматизации НА.

2.2.2 Подсистема сбора данных

Подсистема сбора данных предназначена для сбора информации из ИИК и для передачи ее в подсистему телекоммуникации. Основу подсистемы сбора данных составляет УСД.

УСД - это устройство, состоящее из ПЛК, блока питания, устройств сопряжения, оборудования связи и других узлов. УСД предназначено для периодического опроса:

- присоединенных счетчиков (ИИК) коммерческих и технических точек учета электроэнергии;

- приборов водоучета;

- приборов контроля технологических параметров.

Данные, полученные УСД при помощи опроса, передаются в подсистему телекоммуникаций для дальнейшей передачи. УСД может управляться в дистанционном режиме и местном режиме при помощи ноутбука. УСД вместе с данными счетчиков передает в систему сигналы контроля: ошибка в работе УСД, отсутствие электроснабжения, неисправность цепей измерительных трансформаторов, производится доступ к УСД или счетчику в местном режиме (ручной), производится проверка узлов памяти.

На рисунке 2.6 изображена структурная схема УСД. Основным узлом УСД является ПЛК. Через устройство сопряжения по интерфейсу RS-485 ПЛК считывает данные со счетчиков.

Преобразуя информацию в пакеты, он через оборудование канала связи передает их в подсистему телекоммуникаций. Кроме считывания данных со счетчиков, ПЛК через устройства сопряжения снимает с объектного оборудования информацию по приборам контроля технологических параметров, аварийной и предупредительной сигнализации, релейной защиты, по положению высоковольтных выключателей.

Блок питания (БП), обеспечивающий электроснабжение УСД является модульным устройством. БП обеспечивает гарантированное электропитание с возможностью бессбойного завершения работы программы ПЛК при сбое или отсутствие внешнего электроснабжения. БП может работать в индустриальном диапазоне температур, нормальном атмосферном давлении и влажности до 75%.

Конструктивно УСД представляет собой шкаф оборудования. На монтажной панели шкафа устанавливаются монтажные DIN-рейки, для установки оборудования. В шкаф внешняя проводка и кабели заводятся через герметичные фитинги.



Рисунок 2.6 - Схема структурная УСД

2.2.3 Подсистема телекоммуникаций

В качестве базовой телекоммуникационной среды выступает телекоммуникационная сеть РГП «Канал им. К. Сатпаева». УСД будут использовать каналы вводимой в строй радиотелефонной связи SR-500 S.

Все данные будут стекаться в коммуникационные серверы РЦСОИ п. Молодежный и далее в ЦСОИ г. Караганда. Для администрирования подсистемы телекоммуникаций предусмотрены АРМ администратора коммуникационного сервера для центра сбора и обработки данных.

Гарантированная доставка данных будет производиться на основе комплексной системы сбора данных SINAUT фирмы Siemens. SINAUT работает с любым видом связи и является программно-аппаратным комплексом. Указанный продукт позволяет строить распределенные системы гарантированного сбора данных и автоматически поддерживает многочисленные служебные функции:

1) гарантированная доставка данных с УСД в коммуникационные серверы системы, в том числе и при отказах каналов связи;

2) единая временная синхронизация (единое время системы);

3) единая для всей системы маршрутизация данных;

4) совместимость со сторонним ПО в соответствие с нормативными документами;

5) помехозащищенность и безопасность данных.

В УСД модемы системы SINAUT штатно подключаются к ПЛК, их ПО полностью совместимо друг с другом.

Таким образом, передаваемые данные оказываются в коммуникационных серверах системы оперативно-диспетчерского контроля и управления, откуда они перемещаются в серверы БД и приложений системы [8].

2.2.4 Подсистема отображения, хранения и управления данными

Подсистема отображения, хранения и управления данными выполняет следующие задачи:

- прием и обработку данных;

- формирование базы данных;

- архивирование и хранение данных;

- графическое и табличное отображение данных и расчетов с ними;

- формирование необходимого объема информации для собственных нужд и для взаимообмена данными с информационными центрами поставщиков, потребителей электроэнергии и системным оператором.

Информационная единица (строка) БД будет содержать кроме данных (значение показания или другие данные) и его признаки: фиксированное время измерения, идентификатор точки учета, заводской номер прибора учета.

Конструктивно подсистема отображения, хранения и управления данными представляет собой совокупность сервера БД и приложений, АРМ специалистов и локальной вычислительной сети (ЛВС).

Программное решение подсистемы реализовано на основе клиент - серверной технологии. На сервере будут производиться все вычисления и преобразования системы оперативно-диспетчерского контроля и управления, специалисты-пользователи системы будут клиентами, а информация на их компьютерах будет формироваться при помощи SQL-запросов. Таким образом, АРМы специалистов системы являются терминалами запроса и отображения информации, обрабатываемой в сервере БД и приложений.

В БД производится регистрация пользователей, их атрибутов и осуществляется их контроль. Каждому пользователю присваивается блок паролей и доступа. Пользователи системы оперативно-диспетчерского контроля и управления могут быть как локальными, так и удаленными.

При этом администратор БД системы должен иметь возможность:

- создавать, изменять или удалять пользователей, группы доступа и предписывать функции для этих групп;

- создавать и удалять пункты измерения в БД и предписывать их определенному каналу связи.

2.2.5 Автоматизируемые функции и задачи (комплексы задач)

Список автоматизируемых функций и составляющих их задач (комплексы задач), решаемых системой оперативно-диспетчерского контроля и управления РГП «Канал им.Сатпаева»:

- функции отображения;

- функции контроля;

- функции регистрации;

- функции диагностики;

- функции архивирования;

- функции ввода-вывода;

- функции параметрирования;

- функции защиты информации.

Задачи функции отображения:

а) динамическое отображение состояния технологического оборудования;

б) автоматическая световая и звуковая сигнализация аварий и аварийных режимов;