Разработка учебно-методического модуля по проектированию автоматизированной системы управления в TRACE MODE 6 (на примере объектов с ЦППН-8 Приобского месторождения ООО "РН-Юганскнефтегаз")

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современные методы управления производственными процессами на основе компьютерных технологий получили широкое распространение на большинстве промышленных предприятий.

Диспетчерское управление и сбор данных - SCADA (от Supervisory Control And Data Acquisition) - являются в настоящее время основными методами автоматизированного управления сложными динамическими системами и процессами в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. На принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в военной и космической промышленности, в различных государственных структурах и частных компаниях [9].

Традиционная концепция создания систем управления производственными процессами предусматривает весьма ограниченную формализацию этапов проектирования АСУ ТП (например, анализа свойств целей и синтеза критериев управления), относя эти действия к творческим актам, успех выполнения которых почти полностью определяется профессиональными и личностными качествами управленческого персонала.

Однако практика эксплуатации сложных производственных систем показывает, что ограниченная формализация основополагающих этапов проектирования АСУ ТП может привести к невозможности достижения поставленных целей, к получению результатов, отличных от ожидаемых, а также к несоответствию между изменившимися условиями и целями и оставшимися неизменными моделями, методами, алгоритмами и критериями, используемыми для поиска рационального (оптимального) управления в изменившихся условиях. От качественного сопровождения программного обеспечения (ПО) для автоматизации ТП во многом зависит не только производительность и безаварийность работы технологических агрегатов, но и жизненный цикл спроектированной и сданной в промышленную эксплуатацию АСУ ТП.

В настоящее время в практике проектирования АСУ ТП появились так называемые «коробочные» решения в области проектирования АСУ ТП нижнего (уровня контроллеров) и верхнего уровня (уровень SCADA-систем), а также уровня предприятия (уровня АСУП - MES- и ERP-систем). Однако применение SCADA-систем (особенно для разработчиков проектов) - это огромный набор технологий.

В настоящей работе рассматривается интегрированная среда разработки TraceMode.

1. Постановка задачи

1.1 Характеристика учебно-методического модуля по проектированию автоматизированных систем управления в TRACE MODE 6

автоматизированный управление интегрированный

Учебно-методический модуль по проектированию автоматизированных систем управления предназначен для повышения эффективности обучения студентов, а именно для улучшения качества и производительности обучения.

Данный модуль предназначен для обучения студентов 5 курса по дисциплине «Синтез технических систем» на кафедре Кибернетических систем Тюменского государственного нефтегазового университета.

Выход нового релиза интегрированной среды TRACE MODE потребует внесение в учебно-методический модуль незначительных изменений.

Проектирование автоматизированной системы управления рассмотрено на примере объектов с ЦППН-8 приобского месторождения ООО «РН-Юганскнефтегаз».

1.2 Перечень входных данных

Описание технологического процесса перекачки нефти

Рассмотрим технологический процесс (ТП) перекачки нефти, который ведется на четырех участках: резервуарный парк, технологическая насосная, вспомогательные объекты и сепараторы-буферы.

Сепараторы - буферы работают в качестве концевой сепарационной установки (КСУ).

Уровень в сепараторах-буферах поддерживается регулирующими клапанами с пневмоприводами. Для сигнализации верхнего аварийного и нижнего уровней в сепараторах предусмотрены сигнализаторы уровней. Температура и давление в сепараторах контролируются местными манометрами и термометрами.

Нефть из сепараторов КСУ сбрасывается в резервуары.

Резервуарный парк предназначен для подготовки и аварийного хранения нефти.

Управление потоками нефти на входе и выходе из резервуаров предусмотрено при помощи дистанционно управляемых запорных клапанов:

При нормальной работе объекта управление клапанами осуществляется дистанционно из операторской станции.

В резервуарах нефти осуществляется контроль следующих параметров:

- уровень жидкости;

- гидростатическое давление столба жидкости;

- давление газовой подушки;

- температура жидкости;

- содержание воды в нижнем слое резервуаров;

- среднее содержание воды в нефти для резервуаров.

При повышении уровня нефти до предельного в резервуаре по сигналу от сигнализатора уровня закрывается клапан на входе нефти в резервуар;

При нормальной работе объекта управление клапанами осуществляется дистанционно из операторской станции.

Резервуарный парк снабжен газоуравнительной системой. Газовый конденсат стекает в конденсатосборники. Конденсат откачивается в резервуары.

Товарная нефть из резервуаров поступает на прием насосов внешней перекачки.

В состав насосной станции входят следующие насосы:

- насосы внешней перекачки, предназначенные для подачи товарной нефти (нефтяной эмульсии), на внешний транспорт;

- насосы внутренней перекачки, предназначеные для подачи эмульсии из резервуаров на повторную подготовку в установки предварительного сброса воды УПСВ или для перекачки нефтяной эмульсии или нефти из резервуара в резервуар. Установлены насосы ЦНСнА 300-120 с электродвигателем ВАО2-450С-4 мощностью 200кВт, U6,0 кВ;

- насос воды, предназначены для откачки воды из резервуаров и подачи ее на очистные сооружения.

Фильтры насосов и выкидные задвижки на выходе насосов расположены за зданием насосной станции и скомпонованы в модуль фильтров и модуль переключающих задвижек.

Перепад давления на фильтрах для насосов контролируется при помощи преобразователя давления.

При работе насосных агрегатов контролируются следующие параметры, характеризующие их работу:

- давление на приеме насоса;

- давление на выкиде насоса;

- температура подшипников электродвигателя и насоса;

- температура сальников насоса;

- ток электродвигателя;

- сигнализация максимального уровня утечек сальников насоса;

- сигнализация останова насосного агрегата;

- сигнализация загазованности у насосов (10% и 50% от нижнего предела взрываемости) и автоматический останов насоса при загазованности свыше 50% от НПВ в его зоне;

- сигнализация о пожаре в нефтяной насосной и автоматический групповой останов насосов;

- контроль утечек гидропяты.

Останов насосного агрегата осуществляется в следующих случаях:

- отклонение давления на приеме насоса за установленный предел;

- повышение температуры подшипников электродвигателя и насоса за установленный предел;

- повышение температуры сальников насоса за установленный предел;

- превышение заданного уровня утечек от сальников насоса;

- по электрической защите электродвигателя;

- при загазованности в зоне насоса выше 50% от нижнего предела взрываемости с предупредительной сигнализацией при 10% от НПВ;

- при пожаре в насосной.

С выкида насосов внешней перекачки товарная нефть направляется к коммерческому узлу учета.

Материалы по TRACE MODE

При разработке учебно-методического модуля были использованы следующие материалы:

- справка TRACE MODE 6;

- руководство пользователя TRACE MODE 6;

- материалы 8-13 Международных конференций «Управление производством в системе TRACE MODE».

Нормативные документы

При разработке модуля были использованы следующие нормативные документы:

- ГОСТ Р МЭК 60073-2000. Интерфейс человекомашинный. Маркировка и обозначения органов управления и контрольных устройств. Правила кодирования информации;

- ГОСТ 34.601-90. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания.

- ГОСТ 24.104-85. Автоматизированные системы управления. Общие требования.

1.3 Перечень выходных данных

В результате работы были получены:

- учебно-методический модуль;

- проект автоматизированной системы управления технологическим процессом перекачки нефти.

2. Интегрированная среда разработки TraceMode 6.05

2.1 Общие сведения

TRACE MODE® 6 состоит из инструментальной системы (интегрированной среды разработки) и из набора исполнительных модулей.

С помощью исполнительных модулей TRACE MODE® проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени. TRACE MODE позволяет создавать проект сразу для нескольких исполнительных модулей - узлов проекта.

Инструментальная система включает полный набор средств разработки АСУТП, а именно средства создания:

- операторского интерфейса (SCADA/HMI);

- распределенных систем управления (РСУ);

- промышленной базы данных реального времени;

- программ для промышленных контроллеров (SOFTLOGIC);

а также средства управления бизнес-процессами производства (АСУП):

- систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);

- систем управления персоналом (HRM);

- систем управления производством (MES).

Исполнительные модули для АСУТП и АСУП различаются. Модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE®, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) - в комплекс T-FACTORY.exe™.

Вместе TRACE MODE® и T-FACTORY™ дают решения для комплексного управления в реальном времени технологическими процессами и производственным бизнесом, образуя интегрированную платформу для управления производством.

TRACE MODE® 6 удобна и проста в использовании. Тем не менее архитектура системы позволяет создавать крупные АСУ корпоративного уровня.

2.2 Основные характеристики TRACE MODE 6

Основные характеристики:

- поддержка более, чем 1600 контроллеров и плат ввода-вывода;

- более 1000 графических изображений;

- более 150 алгоритмов обработки данных и управления;

- поддержка управления нечеткой логики;

- высокая надежность;

- многоплатформенность.

Среди специальных технологий, повышающих производительность труда разработчиков:

- единая база данных распределенного проекта;

- автопостроение проекта;

- богатые библиотеки драйверов, алгоритмов и графических объектов;

- мощные средства отладки;

- встроенная система горячего резервирования;

- собственный генератор отчетов;

- промышленная база данных реального времени SIAD/SQL 6.

2.3 Инструментальная среда TRACE MODE

Технология интегрированной разработки АСУ ТП объединяет программирование как операторского интерфейса, так и промышленных контроллеров.

Инструментальная система состоит из следующих редакторов:

- редактор базы каналов;

- редактор представления данных (РПД);

- редактор шаблонов.

Редактор базы каналов необходим для разработки структуры проекта, а также включает математические основы обработки данных и управления (распределенная база реального времени):

- описываются конфигурации всех рабочих станций, УСО, контроллеров;

- настраиваются информационные потоки между ними;

- описываются входные, выходные сигналы, их связь с устройствами сбора данных и управления;

- настраиваются законы первичной обработки данных, технологические границы;

- осуществляется настройка архивирования и сетевого обмена и т.д.

РПД предназначен для разработки графической составляющей проекта:

- создание статических рисунков технологического процесса;

- динамические формы отображения и управления накладываются на статику.

Редактор шаблонов используется для разработки шаблонов документов.

Кроме того, в интегрированную среду разработки TRACE MODE® 6 встроены:

- редактор программ;

- построитель связей с СУБД;

- редактор паспортов оборудования (EAM);

- редактор персонала (HRM);

- редактор материальных ресурсов (MES).

2.4 Исполнительные модули TRACE MODE 6 SOFTLOGIC-SCADA/HMI в распределенной АСУТП

Общие сведения

Исполнительные (runtime) модули TRACE MODE® 6 и T-FACTORY.exe™ обеспечивают функционирование в реальном времени проектов АСУТП и АСУП, созданных в интегрированной среде разработки. Соответственно, исполнительные модули системы охватывают следующие уровни АСУ:

- операторский интерфейс (SCADA/HMI);

- промышленные контроллеры (SOFTLOGIC);

- промышленная база данных реального времени;

- систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);

- систем управления персоналом (HRM);

- систем управления производством (MES) [1].

Исполнительные модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE®, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) - в комплекс T-FACTORY.exe™. Все исполнительные модули TRACE MODE прекрасно интегрированы между собой и образуют единую платформу для управления производством [3].

Исполнительные модули TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6 условно делятся на серверы (узлы) и клиенты (консоли). Это деление несколько условно, так как консоль TRACE MODE 6 в ряде системных конфигураций может выполнять функции обычно присущие серверам (пересчет базы каналов, исполнение программ и т.д.), а серверы могут осуществлять функции операторского интерфейса, что часто считается прерогативой клиентских программ. И клиентское и серверное программное обеспечение разрабатывается в единой интегрированной системе разработки и имеет единую базу распределенных переменных, к атрибутам которых могут свободно обращаться любые исполнительные модули TRACE MODE. Подобная архитектура дает удивительную гибкость в разработке распределенных систем управления, так как позволяет создавать АСУ в различных архитектурах (по выбору):

- локальная;

- распределенная клиент-сервер;

- распределенная DCS (distributed control system);

- телемеханическая;

SCADA TRACE MODE имеет встроенную систему горячего резервирования, поэтому каждый ее компонент может быть легко снабжен горячим резервом.

Сервер реального времени

Основным сервером реального времени уровня SCADA/HMI в TRACE MODE 6 является Монитор реального времени (МРВ). МРВ TRACE MODE 6 осуществляет прием данных с контроллеров, плат ввода / вывода и систем телемеханики (RTU) через встроенные протоколы, драйверы, OPC- или DDE-клиенты. В МРВ TRACE MODE 6 встроены бесплатные драйверы для 2197 PLC, PC-based контроллеров, модулей удаленного ввода-вывода и плат УСО. Кроме того, каждый сервер SCADA/HMI имеет встроенную поддержку протоколов M-LINK (RS 485/232) и I-NET для связи с исполнительными модулями Micro TRACE MODE класса SOFTLOGIC, работающими в PC-based контроллерах.

Монитор реального времени TRACE MODE 6 производит первичную обработку информации, поступающей из контроллеров или систем телемеханики (фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.), управление и регулирование технологических процессов, перераспределение данных по локальной сети (I-NET TCP/IP), визуализацию информации на анимированных мнемосхемах и графиках изменения параметров (HMI), расчет в реальном времени статистических параметров процесса (SPC - statistical process control), ведение исторических архивов, управление собственной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL™ 6, генерирование отчетных документов, обеспечение связи с СУБД и приложениями через SQL/ODBC и встроенный OPC-сервер (поставляется опционально).

Существуют МРВ с различным сочетанием вышеперечисленных свойств. Кроме того, в состав SCADA TRACE MODE входят версии МРВ с автоматическим горячим резервированием, адаптивным регулированием, со встроенным OPC-сервером, GSM-серврером и т.д.

В состав МРВ входит графическая HMI-консоль, обеспечивающая визуализацию информации о технологическом процессе на динамических мнемосхемах. Монитор реального времени обладает мощными графическими возможностями:

- фотореалистичная объемная графика;

- поддержка «прозрачности» фигур и наложения текстур;

- поддержка графических слоев;

- масштабирование экранов;

- технология 3D FAST+ ускоряющая загрузку графических экранов в реальном времени;

- возможность динамизации любого графического объекта;

- мультипликация;

- графики изменения параметров реального времени;

- исторические графики изменения параметров неограниченной глубины;

- окна событий.

SCADA-сервер МРВ TRACE MODE 6 располагает собственной, многопоточной, основанной на приоритетах системой реального времени. При работе в обычном режиме минимальное время реакции МРВ TRACE MODE 6 составляет 0.01 с (10 мс). Однако, время реакции может быть сокращено в несколько раз при использовании специальных каналов типа FAST, обработка которых осуществляется с циклом 2-4 мс.

Система реального времени МРВ 6 гибко настраивается путем перераспределения временных ресурсов вычислительного ядра, либо приоритетов отдельных задач. В соответствующем диалоге интегрированной среды разработки можно настраивать приоритеты таких параметров как;

- основной поток;

- прием и посылка по IP;

- операторский интерфейс;

- обмен с УСО через драйвер;

- обмен с УСО через MODBUS;

- OPC и DDE обмен и т.д.

SCADA TRACE MODE располагает системой автоматической синхронизации сетевого времени, что позволяет однозначно привязывать технологические события в распределенной системе к временной шкале.

Возможно осуществлять ON LINE редактирование проекта (добавлять или изменять формы отображения информации, не прерывая работы в реальном времени). Также в реальном времени возможно добавлять или убирать «перья» графиков изменения параметров, осуществлять перепривязку, менять цвет и стиль линии.

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

Выделенный сервер документирования

Глобальный сервер документирования TRACE MODE® предназначен для подготовки документов в распределенных информационных системах (АСУ ТП или АСУП), включающих как узлы TRACE MODE и T-Factory, так и иные приложения (SCADA, контроллеры, СУБД, MES-, EAM- и ERP-системы и т.д.) [16].

В отличие от TRACE MODE МРВ с генератором отчетов (ДокМРВ+), Глобальный сервер документирования устанавливается на выделенном ПК. Он может получать информацию с неограниченного числа ПК, контроллеров и генерировать документы произвольной формы по неограниченному числу шаблонов и сценариев, задаваемых в Интегрированной системе разработки TRACE MODE.

Подготовленные документы можно сохранять на диске в формате HTML с возможностью вывода на печать.

Для повышения надежности работы АСУ ТП или АСУП, использующих Глобальный сервер документирования, можно осуществлять резервирование серверов. Функция автоматического горячего резервирования встроена в сервер документирования Double Force.

Выделенный сервер промышленной СУБД РВ SIAD/SQL 6

Мониторы реального времени+ (МРВ+) SCADA TRACE MODE 6 располагают встроенной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL 6. Однако, ведение исторического архива на ПК, где работает МРВ+ не всегда целесообразно. В случае, если:

- МРВ+ обрабатывает большое число каналов;

- HMI-консоль перегружена графическими функциями;

- в системе предъявляются повышенные требования к безопасности данных о процессе (необходима физическая изоляция сервера СУБД РВ);

- требуется снять нагрузку с МРВ+ для ускорения временных показателей АСУТП;

то рекомендуется создавать выделенный сервер СУБД РВ SIAD/SQL 6 на отдельном ПК. Этот архив является общим для всего проекта. В него через сеть могут сохранять данные все узлы проекта. Управление операциями с глобальным архивом осуществляет выделенный сервер исторического архива - Глобальный регистратор.

Сервер СУБД РВ SIAD/SQL™ 6 ведет динамическую оптимизацию записываемой информации, позволяющую на порядок уменьшить объем архива.

Запись архивных данных ведется одновременно в 3 файла СУБД РВ SIAD/SQL™ 6. Еще один архив зарезервирован для системных нужд. Благодаря гибкой системе настройки параметров архивации TRACE MODE®, в один файл СУБД РВ можно, например, сохранять историю «быстрых» параметров технологического процесса с максимальной степенью детализации за сутки / неделю, а в другой - «медленные» сводные данные о работе цеха за несколько лет.

Такой метод разделения на «быстрый» и «медленный» архивы существенно экономит ресурсы по сравнению вариантом «один параметр - одна таблица - один файл», который часто встречается в других SCADA-системах. В сочетании с высокой скоростью сохранения, которая на 2-3 порядка превосходит аналогичные показатели более «тяжелых» реляционных СУБД, SIAD/SQL™ 6 обеспечивает максимальную эффективность хранения и надежность исторического архива.

Горячее резервирование серверов реального времени и SIAD/SQL

TRACE MODE® 6 располагает развитыми средствами повышения надежности SCADA-комплекса, путем резервирования их компонентов. В TRACE MODE можно резервировать контроллеры, серверы, клиенты и архивы данных и их отдельные компоненты [17].

Данные из контроллеров могут поступать в серверы TRACE MODE® по резервированной линии передачи данных. Для этого в SCADA системе TRACE MODE® предусмотрена поддержка нескольких сетевых адаптеров. Она подразумевает автоматическое переключение сервера на резервный сетевой адаптер в реальном времени в случае отказа или обрыва линии основного адаптера.

Для повышения надежности и отказоустойчивости распределенных систем в TRACE MODE предусмотрено горячее резервирование серверов АСУТП - мониторов реального времени и серверов архива. В SCADA системе TRACE MODE® 6 реализован ряд функций автоматического дублирования и троирования серверов:

- процедура автопостроения для автоматического создания базы каналов резервных узлов в инструментальной системе TRACE MODE® 6;

- автоматическая синхронизация данных реального времени между основным и резервным серверами;

- автоматическое переключение потоков данных на резервный сервер TRACE MODE® 6 в случае отказа основного;

- автоматическое определение статуса сервера «основной» или «резервный» при старте системы и автоматическое разрешение конфликтов статуса при восстановлении основного сервера после сбоя;

- протоколирование всех сбоев и переключений на резервные серверы.

Микро TRACE MODE - исполнительные модули для контроллеров

Непосредственное цифровое управление технологическим процессом в промышленных контроллерах или устройствах телемеханики осуществляется при помощи Микро TRACE MODE 6. В состав Micro TRACE MODE входят исполнительные модули реального времени - Микро МРВ, которые устанавливаются в контроллере и исполняют проект, созданный в интегрированной среде разработки.

Микро МРВ обладает следующей функциональностью:

- сбор информации с плат УСО, через RS при помощи встроенных драйверов;

- первичная обработка информации с объекта (фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.);

- привязка событий ко времени;

- непосредственное цифровое регулирование и управление процессом;

- обмен с ПК по сети TCP/IP;

- обмен с ПК по RS (M-LINK);

- ведение локального архива с возможностью его «подъема» на операторский ПК;

- ведение дампа для безударного рестарта;

- поддержка сторожевого таймера.

Существуют версии Микро МРВ, поддерживающие обмен с ПК через GSM-интерфейс, коммутируемую телефонную сеть, а также с адаптивной настройкой регуляторов. Для обеспечения высокой надежности АСУТП на базе Микро МРВ выпускаются Микро МРВ с горячим резервированием: дублированием и троированием.

Клиентские модули SCADA/HMI TRACE MODE 6

Программа NetLink Light является клиентским модулем SCADA-системы TRACE MODE 6. Он представляет собой графическую HMI-консоль, визуализирующую данные, поступающие с серверов реального времени SCADA TRACE MODE через любой из интерфейсов, поддерживаемый в TRACE MODE (сеть TCP/IP, RS 232/485, модем по выделенной и коммутируемой линии, GSM SMS). Консоль NetLink Light это простое, но вместе с тем гибкое средство создания дополнительных автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов в распределенной АСУТП на базе TRACE MODE 6.

Основные функции NetLink Light таковы:

- прием данных реального времени от серверов TRACE MODE, т.е. от МРВ, МРВ+ или его разновидностей, а также от глобального регистратора и SOFTLOGIC контроллеров под управлением Микро МРВ;

- обработка полученных данных с помощью программ на языках стандарта IEC 61131-3;

- визуализация технологического процесса на мнемосхемах и графиках изменения параметров (HMI);

- визуализация архивных данных SIAD/SQL 6 или из реляционных СУБД;

- супервизорное управление через серверы TRACE MODE.

Одна консоль NetLink Light 6 может работать одновременно с несколькими серверами TRACE MODE 6, поэтому мнемосхемы NetLink Light 6 могут отображать информацию, полученную от разных МРВ, МРВ+ и Микро МРВ. К одному серверу TRACE MODE можно подключать произвольное количество графических консолей. Графика консоли NetLink Light 6 работает независимо от графики операторского интерфейса на серверах TRACE MODE и на других консолях. Даже, если для них были использованы одни и те же шаблоны экранов, операторы на разных АРМ могут работать с ними независимо. На консолях можно запускать программы, работающие независимо от программ серверов.

NetLink Light обладает функцией автоматического переключения на резервный сервер. В случае использования резервированных серверов SCADA (Double Force МРВ, Глобальный регистратор дублированный) при потере связи с основным сервером клиент NetLink Light автоматически переключается на его резерв. При этом не происходит ни потерь информации, ни нарушения «гладкости» графиков изменения параметров.

Исполнительные модули TRACE MODE 6 для дистанционного управления процессом (телемеханика)

SCADA TRACE MODE 6 может быть эффективно использована в системах телемеханики на основе следующих интерфейсов:

- выделенная телефонная линия (модем);

- радиоканал;

- коммутируемая телефонная линия;

- Wi-Fi;

- сотовая связь стандарта GSM.

Первые четыре интерфейса поддерживаются обычными серверами SCADA TRACE MODE - Мониторами реального времени. Для создания телемеханических систем на основе сотовых сетей стандарта GSM используется GSM-МРВ+.

Для работы МРВ и GSM-МРВ+ в системах телемеханики на удаленных контроллерах (RTU) должны быть инсталлированы исполнительные модули TRACE MODE класса SOFTLOGIC - Микро TRACE MODE, Микро TRACE MODE Модем +, Микро TRACE MODE GSM+ соответственно. Подобная конфигурация программных средств обеспечивает следующие функции, необходимые для эффективной работы территориально-распределенной системы:

- получение информации с удаленных контроллеров (RTU) на операторские ПК. Графическая визуализация на мнемосхемах SCADA;

- телеуправление процессом по команде оператора;

- локальное регулирование процесса удаленными RTU;

- контроль доставки каждого сообщения;

- привязка времени событий по часам в RTU и «подъем» времени в серверы SCADA;

- ведение локального архива (дампа) параметров в RTU и периодическая передача данных в серверы SCADA;

- ведение централизованного архива параметров на ПК SCADA;

- контроль и управление тревогами;

- анализ графика изменения параметров;

- временная синхронизация всех узлов SCADA телемеханической системы с возможностью привязки к эталонному времени;

- обеспечение свободных линий для аварийного управления удаленными контроллерами (RTU).

Для обеспечения надежной передачи данных в телемеханических системах в TRACE MODE встроен специальный помехоустойчивый телекоммуникационных протокол M-LINK CRC.

В обычном режиме SCADA-сервер МРВ+ ведет циклический обзвон RTU, работающих под управлением Микро TRACE MODE Модем +, скачивает накопившиеся данные из локальных архивов RTU, обрабатывает их и добавляет в SIAD/SQL, классифицируя по времени, зафиксированном RTU. SCADA-сервер также анализирует аварийные ситуации и в случае их обнаружения может переходить в аварийный режим с захватом удаленного узла. Захват узла требуется для устранения аварии, осуществляемое в приоритетном порядке диспетчером SCADA. Существуют версии МРВ+ с автоматическим горячим резервированием SCADA-серверов, применяемые для повышения надежности работы телемеханических систем.

GSM-МРВ+ осуществляет автоматический прием данных с удаленных контроллеров, работающих под управлением Микро TRACE MODE GSM+, с удаленных МРВ (серверов SCADA), либо с сотовых телефонов и передает эти данные серверу реального времени - МРВ для обработки и графической визуализации на HMI. Данные передаются в формате SMS-сообщений или путем прямого соединения через GSM-модем. Число удаленных контроллеров, серверов SCADA и телефонов не ограничивается. Доставка каждого сообщения контролируется.

GSM-МРВ+ передает отчеты тревог на сотовые телефоны GSM. С сотовых телефонов через GSM-МРВ+ возможно посылать запросы на получение данных реального времени к серверу SCADA - МРВ, либо управляющие команды. Телемеханические системы на базе Micro TRACE MODE GSM+ и GSM-МРВ+ защищены от несанкционированных подключений. В этих программных продуктах осуществляется контроль доступа к серверу по номеру SIM карты, а также контроль разрешенных операций.

2.5 Исполнительные модули T-FACTORY 6 для приложений MES, EAM и HRM

Одновременно с проектом АСУТП в Интегрированной среде разработки можно создать систему АСУП, для комплексной автоматизации бизнес-процессов производственного предприятия, а именно:

- управление исполнением производства (MES);

- управление основными фондами (EAM);

- управление работой персонала (HRM).

Приложения АСУП полностью интегрированы с АСУТП предприятия и может работать на основании данных реального времени.

Сервер T-FACTORY: MES/EAM/HRM

Основным исполнительным модулем для АСУП является Сервер T-FACTORY.exe™. Сервер T-FACTORY.exe™ обеспечивает:

- получение в реальном времени информации MESо состоянии материальных ресурсов, оборудования и персонала предприятия (ручной ввод, АСУТП, СУБД и т.д.);

- получение в реальном времени информации о потреблении энергии;

- формирование производственных заданий MES;

- сетевое планирование производственных заданий MES на неограниченный срок;

- обеспечение документооборота прохождения заданий MES с утверждением стадий ответственным персоналом;

- автоматическое генерирование заказов на материалы и наряды на работы и отправка их исполнителям MES;

- генерирование на основании регламентов EAM заказов на материалы и наряды на работы по техническому обслуживанию и направлять их исполнителям;

- фиксация информации об исполнении производственных заданий и работ MES и EAM;

- контроль соответствия времени и стоимости плановым показателям MES и EAM;

- автоматический расчет материальных и энергетических балансов между элементами технологических цепочек MES;

- расчет в реальном времени себестоимости продукции на каждом технологическом этапе;

- расчет в реальном времени статистических параметров MES и EAM;

- ведение автоматического учета выполненных работ;

- ведение автоматического учета качества выполненных работ;

- передачу MES информации о производстве в реляционные СУБД через SQL;

- накопление MES статистики выполнения работ, загрузки и простоев персонала и оборудования.

Информация реального времени о производственном процессе сохраняется в промышленной СУБД РВ SIAD/SQL 6. Сервер T-FACTORY включает в себя, также, и сервер SIAD/SQL. При желании можно создавать выделенные серверы SIAD/SQL на базе Глобальных регистраторов TRACE MODE 6, а также обеспечивать их горячее резервирование. Информацию о процессе возможно также сохранять в обыкновенных реляционных СУБД.

Отчетная документация MES и EAM для сервера T-FACTORY создается в Сервере документирования.

Консоль T-FACTORY: MES/EAM/HRM

Консоль T-FACTORY является графическим клиентским модулем MES/EAM/HRM-системы TRACE MODE 6. Он производит визуализацию данных, поступающих с серверов T-FACTORY и SCADA TRACE MODE. Консоль T-FACTORY - это простое средство создания дополнительных автоматизированных рабочих мест MES, EAM, HRM для управляющего персонала и исполнителей.

Графические функции Консоли T-FACTORY 6 аналогичны серверным. Одна консоль T-FACTORY 6 может работать одновременно с несколькими серверами. К одному серверу MES/EAM/HRM T-FACTORY 6 можно подключать произвольное количество графических консолей.

Консоль T-FACTORY 6 имеет меньшую цену чем сервер и может применяться для оптимизации затрат на программное обеспечение MES, EAM и HRM.

3. Разработка автоматизированной системы управления

3.1 Этапы проектирования автоматизированных систем управления технологическим процессом

Процесс создания систем диспетчерского контроля и управления технологическим процессом можно разбить не следующие этапы:

а) детализация технических требований на создаваемую диспетчерскую систему контроля и управления;

б) разработка проектно - сметной документации в сокращенном или полном объеме;

в) сбор и изучение исходных данных;

г) составление полного перечня переменных;

д) комплектация системы;

е) разбиение объекта управления на технологические участки и последующая распределение переменных по участкам и группа;

ж) создание базы данных;

и) создание статических частей графических экранов интерфейса оператора;

к) заполнение графических экранов интерфейса оператора динамическими элементами;

л) составление схемы переходов между графическими экранами оператора;

м) составление алгоритмов управления (для всех возможных режимов работы объекта, в том числе аварийного);

н) генерация печатных документов;

п) верификация базы данных;

р) разработка эксплуатационной документации;

с) тестирование системы в автономном режиме (без УСО);

т) монтаж;

у) тестирование системы в рабочем режиме (с УСО);

ф) внедрение, в том числе пуск - наладка и обучение персонала.

Здесь рассмотрен полный процесс создания АСУ ТП в не зависимости от выбранного пакета SCADA для реализации системы. Пункты с ж по м, а также пункт с сильно зависят от выбранного для реализации SCADA пакета. В частности некоторые из них могут отсутствовать в виду выполнения некоторых из выше перечисленных этапов возможностями конкретного пакета автоматически.

Особенно в данном списке следует отметить этап сбора и изучения исходных данных. Это очень ответственный этап, от качественного выполнения которого зависит как качество непосредственно проектируемой системы, так и срок выполнения работ по ее созданию. Эти два показателя в свою очередь весомо влияют на конкурентоспособность как самого проекта, так и организации - проектировщика.

Исходными данными здесь являются:

- функциональная схема КИПиА;

- разделы регламента (или рабочих инструкций) с максимально возможным по детализации описанием технологии;

- различного рода ведомости и спецификации средств КИПиА;

- перечень контролируемых и регулируемых параметров;

- документация и внешний вид существующих щитов КИП с вторичными приборами;

- разводка параметров по существующим вторичным приборам;

- фотографии, рисунки и чертежи основных технологических агрегатов помогающие лучше нарисовать мнемосхемы;

- заполненные образцы отчетных документов различной периодичности.

Для SCADA-системы программного пакета TRACE MODE создание системы АСУ ТП при проектировании делится на следующие этапы:

- создание структуры проекта в навигаторе;

- конфигурирование или разработка структурных составляющих - например, разработка шаблонов графических экранов интерфейса оператора, разработка шаблонов программ, описание источников / приемников и т.д.;

- конфигурирование информационных потоков (каналов);

- выбор аппаратных средств АСУ (компьютеров, контроллеров и т.п.);

- создание узлов в слое Система и их конфигурирование;

- распределение каналов, созданных в различных слоях структуры, по узлам и конфигурирование интерфейсов взаимодействия компонентов в информационных потоках;

- сохранение проекта в единый файл для последующего редактирования (с помощью команды Сохранить или Сохранить как);

- экспорт узлов в наборы файлов для последующего запуска под управлением мониторов TRACE MODE (по команде Сохранить для МРВ).

Все перечисленные этапы (исключая два заключительных) и входящие в их состав операции могут выполняться в произвольном порядке.

Проектирование систем автоматизации в TraceMode может быть осуществлено несколькими способами.

- проектирование «от шаблонов»;

- проектирование от технологии;

- проектирование от топологии;

- смешанное проектирование.

При проектировании автоматизированной системы управления (АСУ) «от шаблонов» сначала разрабатываются мнемосхемы HMI, а уже затем подбирает необходимое оборудование.

При этом способе создается информационная база проекта - создаются шаблоны экранов и программ, затем каналы по аргументам разрабатываемых шаблонов экранов и программ, дополняя основной подход методами автопостроения и связывания каналов в узлах проекта. Механизм автопостроения описан в приложении Г.

В данной работе представлен способ проектирования АСУ «от шаблонов».

3.2 Этапы разработки автоматизированной системы управления

Разработку автоматизированной системы управления (АСУ) будем проводить в следующем порядке:

а) создание проекта и сохранение его на диске;

б) создание пользовательской библиотеки компонентов;

в) разработка шаблонов экранов;

г) разработка шаблонов программ и их отладка;

д) создание узлов проекта и базы узлов;

е) создание архива и отчета тревог;

ж) разработка программ имитаторов и добавление их в проект;

и) отладка проекта.

Порядок разработки АСУ можно изменить. К примеру, можно сначала создать шаблоны программ, а потом шаблоны экранов.

Также к любому из этапов можно вернуться. К примеру, сначала создать шаблоны экранов и программ для одного объекта, а затем экран и программу - для другого объекта.

Из вышеперечисленных этапов разработки АСУ необязательными являются этапы б, ж.

Разработку АСУ рассмотрим на примере проектирования АСУ ТП перекачки нефти в цехе подготовки и перекачки нефти ЦППН-8 Приобского месторождения ООО «РН-Юганскнефтегаз».

3.3 Настройка инструментальной среды

Перед созданием АСУ необходимо провести настройку инструментальной среды.

Для настройки инструментальной системы необходимо ЛК выбрать меню Файл > Настройки ИС, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 - Пункт Файл главного меню TraceMode

В открывшемся окне Настройки выберем вкладку Редактор аргументов. В блоке Функции уберем галочку с параметра «Переименовывать аргументы по привязке». Данная настройка позволяет избавить от ошибок в названии каналов при автопостроении. Автопостроение подробно описано в приложении Г.

Также выберем пункт меню РПД > Основные свойства. В открывшемся окне установить флажок слева от элемента Открывать свойства автоматически и убрать флажок слева от пункта Показать сетку, как показано на рисунке 2.



Рисунок 2 - Окно настройки ИС

Сетка упростит задачу более точного и согласованного размещения отдельных частей, из которых состоят графические элементы. Дальнейшее использование сетки при размещении графических элементов непосредственно на экранах оператора остается на усмотрение разработчика, так как в некоторых случаях ее использование может привести к смещению составных частей графических элементов относительно друг друга. Если вы решите применять её при создании отдельных графических элементов, то необходимо к строке меню выбрать ЛК Файл > Настройки ИС. В открывшемся окне Настройки ЛК выберем РПД > Основный настройки, в появившемся окне ЛК установить флажки слева от элемента Показывать сетку и Располагать по сетке.

3.4 Создание проекта

Откроем интегрированную систему разработки TRACE MODE.

C помощью иконки инструментальной панели создадим новый проект. При этом в открывшемся на экране диалоге, показанном на рисунке 3, необходимо выбрать уровень сложности.

Рисунок 3 - Окно выбора типа проекта

В TRACE MODE существует 4 типа уровня сложности разработки проекта:

- простой;

- стандартный;

- комплексный;

- настраиваемый.

Уровни сложности отличаются слоями, доступными при разработке проекта.

При уровне сложности «Простой» доступны слои Ресурсы, Система, Истоники/приемники, Библиотека. При уровне сложности «Стандартный», кроме слоев, доступных при уровне сложности «Простой», доступны также слои Шаблоны программ, Шаблоны экранов, Шаблоны отчетов, Шаблоны связи с БД. При уровне сложности «Комплексный» кроме слоев, доступных при уровне сложности «Стандартный», доступны также слои Топология, Технология, КИПиА. При уровне сложности «Настраеваемый» можно выбрать доступные слои. Также при данном уровне сложности можно сделать доступным слой База каналов.

При создании нового проекта предлагается выбрать один из 3 уровней сложности: простой, стандартный, комплексный. Настраиваемый уровень сложности можно включить в настройках инструментальной среды TRACE MODE через меню Файл>Настройки ИС… на вкладке ИС>Уровень сложности.

Уровень сложности разработки можно изменить в любой момент в пункте меню, указанном выше и показанном на рисунке 4.

Рисунок 4 - Настройка уровня сложности из меню Файл

В данном случае выберем уровень сложности «Стандартный». После нажатия ЛК мыши на экранной кнопке Создать, в левом окне Навигатора проекта появится дерево проекта.

После создания проекта сохраним его, нажав ЛК и указав необходимое имя (в данном примере «ASU.prj»).

3.5 Создание пользовательской библиотеки компонентов

В SCADA/HMI системе TRACE MODE 6 библиотеки подразделяются на два основных типа: ресурсные библиотеки и библиотеки компонентов [5].

Ресурсные библиотеки разбиты на коллекции графических примитивов различных форматов:

- анимация;

- векторная графика (метафайлы);

- растровая графика;

- графические элементы.

Последние представляют собой удобное средство для составления своих фирменных графических элементов (ГЭ) из совокупности стандартных ГЭ TRACE MODE 6. Их можно динамизировать, причем для каждого параметра задается индивидуальное имя. Конечно, группу ГЭ можно скопировать и не внося ее в ресурсную библиотеку, но эта возможность бывает очень полезна, если несколько ГЭ, образующих некий символ, привязаны к одному аргументу. В этом случае, перепривязку одного элемента ресурсной библиотеки выполнить на порядок легче, чем несколько отдельных ГЭ, к тому же «спрятанных» в меню свойств этих элементов.

Библиотека компонентов представляет собой мощное средство для тиражирования готовых решений, и не только в области операторского интерфейса. Библиотеки компонентов состоят из объектов, каждый из которых представляет собой проект TRACE MODE 6 в миниатюре, он может включать не только экраны, но и каналы, программы и прочие компоненты, между которыми сохраняются все связи.

Добавление базовых элементов

Воспользуемся пользовательской библиотекой компонентов. Для этого скопируем файл tmdevenv.tmul из поддиректории % TRACE MODE%\Lib в директорию % TRACE MODE% (под % TRACE MODE% понимается каталог, в который установлен TraceMode 6.05; по умолчанию это C:\Program Files\AdAstra Research Group\Trace Mode IDE 6 Base\).

Перейдем в слой Библиотеки_компонентов, где в разделе Пользовательская откроем библиотеку Library_1. Сохраненный в данной библиотеке объект Object_1 содержит в своем слое Resources необходимый для дальнейшей разработки набор графических объектов - изображения клапанов, емкостей, двигателей и т.д., показанный на рисунке 5.

Рисунок 5 - Навигатор проекта

Перенесем нужные группы в слой Ресурсы текущего проекта с помощью механизма drag-and-drop и переименуем их как показано на рисунке 6. В данном случае были перенесены группы Valves и Tanks.



Рисунок 6 - Слой Ресурсы с добавленными группами

Здесь же в слое Ресурсы создадим группу Картинки для помещения в нее текстур, которые будут применены в оформлении создаваемых графических экранов, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7 - Добавление группы Картинки в слой Ресурсы

Создадим в группе Картинки новый компонент - Библиотека_Изображений#1, как показано на рисунке 8.

Рисунок 8 - Создание компонента Библиотека_Изображений в группе Картинки

Откроем двойным щелчком ЛК вновь созданную библиотеку для редактирования. Для ее наполнения воспользуемся иконкой на панели инструментов. В открывшемся диалоге выбора файлов для импорта укажем поддиректорию …\Lib\Texture. Выберем все файлы, как показано на рисунке 9, и нажмем экранную кнопку Открыть.

Рисунок 9 - Диалоговое окно выбора файлов для импорта

Содержимое библиотеки Библиотека_Изображений#1 после указанных действий показано на рисунке 10.

Рисунок 10 - Содержимое библиотеки Библиотека_Изображений#1

Подобным вышеописанному способом создадим в слое Ресурсы группу Анимация, в ней - библиотеку Библиотека_Видеоклипов#1. В открывшемся диалоге выбора файлов для импорта укажем поддиректорию …\Lib\Animation. Выберем файл fluid_blue и нажмем экранную кнопку Открыть. Содержимое библиотеки видеоклипов показано на рисунке 11.

Рисунок 11 - Содержимое библиотеки Библиотека_ Видеоклипов#1

В зависимости от редакции используемой интегрированной среды разработки - базовой или профессиональной, количество доступных текстур и видеоклипов в библиотеке различно.

В качестве видеоклипов могут быть использованы практически любые имеющиеся файлы форматов avi или mng.

После проведения подготовительных мероприятий сохраним выполненную работу, нажав ЛК .

Добавление собственных компонентов в библиотеку

Также в библиотеке существует возможность добавления пользовательских графических элементов.

Для этого необходимо в слое Ресурсы выбрать существующую группу графических элементов (ГЭ), либо создать новую. Чтобы создать новую группу необходимо нажать ПК мыши на слое Ресурсы. В появившемся контекстном меню выбрать Создать группу, затем Графические_элементы, как показано на рисунке 12. В результате в слое Ресурсы будет создана группа Графические_элементы_№ (под № понимается номер создаваемой группы), которую при необходимости можно переименовать.



Рисунок 12 - Контекстное меню слоя Ресурсы

Чтобы создать графический объект необходимо ПК мыши нажать на выбранную группу и в появившемся контекстном меню выбрать Создать компонент, затем Графический_объект. Данная операция показана на рисунке 13.

Рисунок 13 - Контекстное меню группы графических элементов

В результате, в слое Ресурсы в выбранной группе будет создан компонент Графический_объект_1, который затем можно переименовать.

Чтобы отредактировать созданный объект, необходимо дважды нажать ЛК мыши на выбранном компоненте.

Далее размещаем на появившемся экране графические элементы (ГЭ). Создание графических объектов описано в пункте 3.6.5.

3.6 Разработка шаблонов графических экранов

Этапы разработки шаблона графического экрана

Этапы разработки шаблона экрана:

а) добавление шаблона экрана;

б) настройка параметров экрана;

в) размещение графических элементов (ГЭ) экрана и задание статических атрибутов;

г) создание аргументов экрана;

д) настройка динамизируемых атрибутов ГЭ;

е) настройка динамических свойств ГЭ;

ж) размещение кнопок и настройка событий на их нажатие;

и) создание необходимых графических объектов (ГО) и размещение на экране.

Данные этапы могут выполняться в любой последовательности. При этом обязательными являются этапы а и в.

Примечание: Если у экрана не будет создано ни одного аргумента, то данный экран не будет загружен.

Рассмотрим проектирование шаблона экрана на примере экрана РВС.

Добавление шаблонов экранов

Перейдя в слой Шаблоны_экранов, создадим в нем компонент Экран#1. Для этого ПК мыши на слое Шаблоны_экранов вызовем контекстное меню, в котором выберем Создать компонент>Экран. Последовательность действий изображена на рисунке 14.

Рисунок 14 - Создание компонента Экран в слое Шаблоны_экранов

Данный экран будет главным. На нем будет схематически изображен участок ЦППН. Создадим также экраны насосной, резервуарного парка, сепараторов, газового уравнителя и экран тревоги. Список экранов показан на рисунке 15.



Рисунок 15 - Слой Шаблоны_экранов

Настройка параметров экрана

Откроем созданный экран двойным щелчком ЛК по пиктограмме РВС.

Зададим размер экрана и цвет фона созданного экрана ЛК по элементу строки меню Сервис > Параметры экрана.