Главная База знаний "Allbest" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Распределенная автоматизированная система управления

Распределенная автоматизированная система управления

Выращивание сельскохозяйственной продукции в тепличных условиях. Внедрение автоматизированной системы управления тепличным хозяйством. Проблема настройки сервера производственного контроля. В качестве сетевой операционной системы выбрана OC ASPLinux 7.3.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 15.01.2009
Размер файла 2,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Вывод EXT_POWER приемного разъема-гнезда TJ6P4C (RJ-11), как правило, запитывается извне относительно потенциала возвратного провода RETURN, от стандартного сетевого трансформаторного блока питания. При этом, возможно использование как стабилизированных, так и нестабилизированных блоков питания. Подключение адаптера ML97U-009 к 1-Wire-линии обеспечивается через приемный разъем-гнездо RJ-11 (6р4с), размещенный на заднем торце его корпуса, с использованием монтируемой на кабеле стандартной телефонной вилки типа RT-11 (6р4с).

3.8. Выбор ведомых устройств

Устройство ML38H (см. рис. 3.2) является законченной ведомой 1-Wire-микросистемой для организации территориально рассредоточенного контроля температуры, влажности и освещенности. Она может являться элементарной ячейкой систем регистрации и регулирования климатических параметров, организованных с использованием однопроводных сетей MicroLAN по технологии фирмы Dallas Semiconductor. Микросистема ML38H предназначена для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) однопроводной сети. В состав ML38H, входит три типа датчиков, каждый из которых обеспечивает контроль значений одного из трех климатических параметров окружающей устройство среды:

1. Для измерения относительной влажности в диапазоне от 0 до 100% с точностью 3% использован датчик HIH3610 фирмы Honeywell.

2. Датчик для контроля значения температуры окружающей среды в диапазоне от -55°С до +125°С с точностью 2°С непосредственно встроен в корпус DS2438.

3. Для тестирования уровня освещенности используются показания фотоприемника ФД256, включенного в фотодиодном режиме. Значение сигнала от этого источника тока, преобразуемые в напряжение встроенным в схему ML38H резистивным шунтом, определяют уровень контролируемой освещенности в диапазоне от 0 до 100% с погрешностью -1%.

Каждый из внешних датчиков, входящих в состав ML38H, подключен к одному из входов аналого-цифрового преобразования микросхемы DS2438, что позволяет обеспечить по однопроводной линии MicroLAN свободный доступ к информации о величине выходного сигнала каждого из первичных преобразователей. Кроме того, дополнительный аналого-цифровой вход DS2438 используется для контроля уровня напряжения питания, получаемого всеми узлами микросистемы. Показания температурного датчика, встроенного в микросхему DS2438, а также значение уровня питания микросистемы, получаемые с дополнительного аналого-цифрового входа, используются обслуживающим микросистему ML38H программным обеспечением, с целью коррекции дополнительной погрешности показаний датчиков влажности и освещенности [9].

Устройство ML38H предназначено для использования в шинной структуре MicroLAN, состоящей из четырех проводников и реализованной на базе любых реально доступных информационных кабелей (витые пары 5 категории, плоский телефонный кабель, IEEE1394 (Firewire)).

3.9. Выбор приборов для ветвления сети

Адресуемые ключи представляют собой электронные ком-мутаторы, предназначенные для организации ветвлений в однопроводной сети MicroLAN. Информация, поступающая от мастера шины на вход ключа, может транслироваться в другую ветвь микролокальной сети. И, наоборот, информация из побочной ветви может быть передана через те же выводы в обратном направлении - к мастеру шины. Ключ не требует ис-точника питания. Он берет энергию непосредственно из шины данных. Так же, как и датчики температуры, адресуемые клю-чи в своем составе содержат ПЗУ, благодаря которому мастер может идентифицировать каждый включенный в шину ключ и обращаться к нему с командами. Способ коммутации отдельных ветвей MicroLAN иллюстрируется на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Коммутация ветвей сети MicroLAN.

В однопроводной сети тепличного комбината в качестве устройств ветвления используются устройства ML09 (см. рис. 3.2).

Устройство ML09 является законченным ведомым элементом, выполняющим функции ветвителя или коуплера однопроводной линии, при организации 1-Wire-сетей по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp.. Устройство ML09 предназначено для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) 1-Wire-сети и может обеспечивать эффективное подключение локальных однопроводных линий к основной магистрали 1-Wire-сети. В основе конструкции ML09 лежит однопроводной компонент DS2409 фирмы Dallas Semiconductor Corp.. ML09 сохраняет все электрические характеристики и функциональные особенности установленного в нем однопроводного компонента.

В качестве конструктива устройства ML09 использована доработанная стандартная телефонная сдвоенная розетка типа TJ2-6p4c, предназначенная для крепления на стену. Помимо двух вмонтированных в корпус приемных телефонных разъемов-гнезд типа 6р4с, которыми стандартное устройство TJ2-6p4c, корпус ML09 содержит третий дополнительный приемный разъем-гнездо типа 6р4с (дополнительный выходной порт AUX), установленный на противоположном ребре корпуса розетки. Внутри корпуса розетки размещена печатная плата, содержащая схему сопряжения однопроводного компонента с различными сегментами информационной 1-Wire-линии. Печатная плата сопрягается с обслуживаемыми участками однопроводной линии (основным стволом сети и локальными ветвями) посредством трех приемных разъемов-гнезд. Каждый из приборов ML09 обеспечивает защиту встроенного однопроводного устройства со стороны подходящей 1-Wire-магистрали (порт 1W) от импульсных помех и сигналов высокого уровня в линии, а также выполняет качественное преобразование подводимого внешнего питания до рабочих уровней встроенных в него компонентов.

Подключение устройства ML09 к основному стволу однопроводной линии обеспечивается через левый приемный разъем-гнездо 6р4с (входной порт 1W). Подключение выходных сегментов однопроводной линий, коммутируемых устройством ML09 к основному стволу 1-Wire-линии, осуществляется следующим образом: Коммутация локальных ветвей с одновременным прерыванием единого ствола, подключенного между входным портом 1 и основным выходным портом MAIN [9].

Снабжение энергией устройств ML09 производится по отдельному проводу EXT_POWER, выделенному в общей структуре однопроводной линии, и запитанному относительно потенциала возвратного провода RETURN, от стандартного сетевого трансформаторного блока питания. Для того чтобы обеспечить надежную передачу энергии на длинные линии, уровень внешнего напряжения питания, поступающего к каждому устройству ML09, выбирается существенно большим уровня, необходимого для питания любых входящих в это устройство компонентов. Возможно использование как стабилизированных, так и не стабилизированных блоков питания.

3.10. Выбор меток линии

Устройства ML02A (см. рис. 3.2) являются законченными ведомыми элементами, выполняющими функции меток, при организации однопроводных 1-Wire-сетей по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp.. Они предназначены для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) однопроводной сети. Благодаря использованию приборов семейства ML02A возможна:

· организация контроля целостности 1-Wire-линии;

· осуществление запитки 1 -Wire-линии от внешнего блока питания (подача энергии, в том числе от дополнительного источника питания, на шину EXT_POWER);

· реализация пассивной резистивной или резистивно-емкостной подтяжки шины DATA на конце или в начале линии для улучшения обмена в проблемных 1-Wire-сетях;

· стабилизация разницы потенциалов между шинами RETURN и EXT_POWER благодаря введению емкости высокого номинала в конце или середине линии (на большом расстоянии от места ее сопряжения с поставляющем энергию блоком питания).

В основе конструкции устройства ML02A лежит однопроводной компонент DS2502 фирмы Dallas Semiconductor Corp.. Прибор ML02A является специальной модификацией элемента ML02, с встроенной резистивно-емкостной цепью, которая предназначена для работы на проблемных 1-Wire-линиях, обслуживаемых мастером с динамически изменяемой активной. ML02A сохраняет все электрические характеристики и функциональные особенности установленных в них однопроводных компонентов (включая возможность использования паразитного питания). Устройство ML02A предназначено для использования в шинной структуре 1-Wire-линии, состоящей из четырех проводников (шин) и реализованной на базе любых реально доступных информационных кабелей (витые пары 5 категории, плоский телефонный кабель, IEEE1394 (Firewire) и т.д.). Подключение устройства ML02A к однопроводной линии обеспечивается через приемные разъемы-гнезда 6р4с, размещенные на их корпусе, с использованием монтируемой на кабеле стандартной телефонной вилки типа RT11 (6р4с). При этом следует применять специальный инструмент, обеспечивающий качественную заделку кабелей линии связи [9].

3.11. Выбор блока питания

Для функционирования приборов, входящих в состав однопроводной сети тепличного комбината, необходимо напряжение питание. Блок питания ML00С-12-0.35 (см. рис. 3.2) предназначен для обеспечения энергией автономных ведущих, ML-OEM-элементов и ML-OEM-ведомых приборов, при организации однопроводных 1-Wire-сетей по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp. Снабжение энергией всех компонентов 1-Wire-сети, как правило, производится по отдельному проводу EXT_POWER, выделенному в общей структуре однопроводной линии. Устройства ML00С-12-0.35 предназначены для запитки шины EXT_POWER 1-Wire-линии относительно потенциала возвратного провода RETURN. Запитка 1-Wire-линии производится посредством специально предназначенных для этого ML-OEM-сетевых меток типа ML02А. ML00С-12-0.35 строятся на базе стандартных сетевых трансформаторных блоков питания преобразующих сетевое напряжение ~220В±15% с частотой 50Гц. Для обеспечения надежной передачи энергии на длинные линии, уровень внешнего напряжения питания, вырабатываемый ML00С-12-0.35 и поступающий затем к ведущему и каждому ведомому устройству 1-Wire-сетей, выбирается существенно большим уровня, необходимого для питания любых входящих в эти устройства компонентов.

Конструктивно ML00C-12-0,35 собран в пластмассовом корпусе, выполненном в виде разъемного блока с жестко закрепленной штепсельной вилкой. Выходное напряжение подводится от ML00C-12-0,35 к потребителю через специальный шнур выходного напряжения.

Устройство ML00C-12-0,35 предназначено как для запитки не содержащих преобразователей энергии ведущих 1-Wire-сетей и ведомых ML-OEM-приборов однопроводной магистрали, так и непосредственно для подключения к шинной 1-Wire-структуре. Провод EXT_POWER, выделен в общей структуре однопроводной линии, и запитывается относительно потенциала возвратного провода RETURN, от устройства ML00C-12-0,35. Для введения энергии, поставляемой устройствами ML00C-12-0,35, в 1-Wire-линию, производится запитка через левый приемный разъем сетевых ML-OЕМ-меток ML02А [9].

4. Визуализация и архивирование технологического процесса

Согласно технического задания необходимо разработать программу графического отображения технологического процесса с помощью SCADA системы. Графические средства делают возможным создание реалистичного операторского интерфейса, соответствующего контролируемому объекту. Таким образом, программой графического отображения могут пользоваться операторы, имеющие минимальный навык работы с компьютером.

4.1. Выбор SCADA системы

В настоящее время существует огромный выбор SCADA систем: TRACE MODE, Genesis, iHistorian, DSC и многие другие. На мой взгляд, наиболее перспективной является SCADA система TRACE MODE, разработанная в 1992 году российской фирмой AdAstra Research Group, Ltd. TRACE MODE позволяет добиться значительной экономии средств, затрачиваемых на АСУТП, при сохранении ее качества. Это достигается за счет следующих свойств системы.

Во-первых, TRACE MODE имеет одновременную поддержку, как современных западных и российских, так и старых советских контроллеров. Это позволяет производить поэтапное обновление аппаратных средств АСУТП предприятия. Вместо того чтобы выбрасывать еще жизнеспособное, но морально устаревшее или дряхлеющее оборудование, предприятие может заменять современными моделями лишь вышедшие из строя устройства. Таким образом, предприятие получает возможность сохранения своих оборотных средств за счет более равномерного распределения инвестиций по времени.

Во-вторых, TRACE MODE ориентирована на стандартные и легкодоступные, а потому и недорогие аппаратные и программные средства. Операционные системы MS DOS, Windows или Novell Netware, сетевые платы Ethernet и Arcnet, карты Sound Blaster есть на любом промышленном предприятии, они стоят недорого и любое предприятие располагает квалифицированными кадрами, способными их обслуживать. Это означает резкое сокращение непрямых расходов и т.н. “скрытой цены”, столь характерной для экзотических систем, использующих в качестве операционной системы Linux, QNX и т.д.

И, наконец, TRACE MODE экономична сама по себе. Использование труда только российских разработчиков, отсутствие накладных расходов, связанных с доставкой и таможенным оформлением - все это делает TRACE MODE доступной по стоимости любому промышленному предприятию, которое всерьез решило заняться проблемами автоматизации производства. По показателям цена/производительность TRACE MODE значительно превосходит зарубежные аналоги. Так, например, в АСУТП среднего размера, имеющей 1000 входов/выходов (I/O) типичным соотношением дискретных и аналоговых параметров 6:1, стоимость одного I/O составляет $ 1,72 (с учетом инструментальной системы и всех налогов), а в крупной системе автоматизации, имеющей 10.000 входов/выходов, стоимость одного I/O и вовсе ничтожна - $ 0,17. Аналогичные показатели западных SCADA-систем, составляют $ 20-25 и $ 2,0-2,5 за I/O, т.е. в 11-15 раз выше.

4.2. SCADA система TRACE MODE

В общем случае, система АСУ на предприятии включает в себя нескольких уровней:

1. уровень контрольно-измерительных приборов и аппаратуры (КИПиА);

2. уровень контроллеров (традиционные ПЛК и Softlogic);

3. уровень рабочих станций (АРМ);

4. уровень операторских мест руководства (супервизорный) и уровень управления предприятием (АСУП).

АСУ тепличного комбината включает в себя три первых уровня.

4.2.1 Общая структура и возможности TRACE MODE

Сама SCADA и Softlogic система состоит из двух основных частей - инструментальная среда разработки и исполнительные модули [11]. Среда разработки служит для описания проекта, программирования контроллера, операторских станций и создания операторского интерфейса. Исполнительные же модули выполняют всю текущую работу по проекту, созданному в среде разработки: получение, обработка, архивирование и визуализация данных. Исполнительные модули могут быть либо интегрированными, то есть выполнять несколько вышеперечисленных функций, либо специализированными и выполнять какую-либо одну функцию. На рис. 4.1 представлена основное окно программы отображения производственных процессов АСУ тепличного комбината. Более подробное описание этой программы см. пункт 4.3.

Рис. 4.1. Тепличный комбинат (Основная мнемосхема).

Программное обеспечение уровня SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) выполняет следующие функции:

· Визуализация - отображение информации о процессе на мнемосхемах в виде числовой информации, трендах, анимации, ActiveX компонентов и т.д. (Рис. 4.1);

· Обмен с контроллерами в реальном времени - получение информации от контроллеров по последовательному интерфейсу, сети Ethernet или по полевым шинам, первичная обработка этих данных, а также пересылка в контроллеры управляющей информации;

· Архивирование - сохранение информации в специальные промышленные архивы, основными требованиями к которым являются надёжность и быстродействие;

· Документирование процесса - создание отчётов по заранее созданным шаблонам с последующей их передачей по разным каналам обмена информации (распечатка, электронная почта, web-сайт);

· Получение и передача информации в другие программные пакеты - обмен оперативными и архивными данными со специализированным ПО, либо с ПО уровня АСУП;

· Неоперативная обработка информации - вычисление статистической информации, управление небыстрыми процессами;

· Управление тревогами - список тревог, фильтр событий, квитирование.

Термин Softlogic подразумевает:

· Использование контроллеров с PC-совместимой архитектурой. Программирование таких контроллеров может осуществляться написанием специфических программ на языках программирования типа ассемблер или С, а может осуществляться с помощью инструментальных пакетов на визуальных языках верхнего уровня, совместимых со стандартом МЭК61131-3 (Рис. 4.2), например на языке функциональных блоков или языке инструкций;

· Обеспечение связи с уровнем АРМ. Может быть автоматизировано с помощью интеграции SCADA и Softlogic систем. В этом случае не требуется совершать двойную работу по созданию каналов в контроллере, в АРМ и описанию обмена между ними;

· При необходимости ведение архивов, например когда связь между контроллером и АРМ устанавливается на сеансовой основе - дозвон по коммутируемым линиям;

· Возможность ОЕМ (производитель оригинального оборудования) проектов - совместных проектов производителей программного и аппаратного обеспечения. В этом случае заказчики приобретают конечный продукт, например контроллер, уже с предынсталлированным исполнительным модулем и инструментальной средой разработки, что значительно сокращает время и силы для подготовки оборудования к работе и сокращает издержки.

Рис. 4.2. Программирование контроллеров на языке функциональных блоков.

К дополнительным, теоретически не обязательным, но могущим оказаться необходимыми, функциям SCADA и Softlogic систем можно отнести следующие:

· Многоуровневое горячее резервирование - дублирование или троирование плат/модулей ввода-вывода, контроллеров, линий связи, архивов, операторских станций для увеличения надёжности работы объекта;

· Адаптивное регулирование - автоматическая периодическая или непрерывная подстройка коэффициентов контуров регулирования для оптимизации работы исполнительных механизмов, сокращения издержек и брака;

· Набор готовых функций для управления исполнительными устройствами, например мотором, задвижкой или клапаном;

· Web- и GSM-управление - удалённый мониторинг и управление через web и GSM сети для возможности непрерывного контроля и оперативного вмешательства в ситуацию;

· Документирование проекта - функция, облегчающая разработчику процесс создания проекта и внесения в него изменений путём сохранения информации о версиях проекта в удобовоспринимаемой форме;

· Мультиязычность - локализация инструментальной среды на несколько языков, а также возможность автоматического переключения языков проекта в зависимости от региональных настроек.

4.2.2. Исполнительные модули TRACE MODE

Исполнительные системы TRACE MODE включают в себя следующие программы:

· NT-МРВ - монитор реального времени;

· Supervisor - аналог “монитора архива”;

· специальные утилиты просмотра архивов - UTIL-NT;

NT-МРВ предназначен для сбора, обработки, графической визуализации и управления технологическими процессами в реальном времени. На его основе можно создавать автоматизированные рабочие места операторов-технологов, диспетчеров, смененных инженеров и т.д.. Система способна принимать данные через 16 последовательных портов, обрабатывать их при помощи десятков встроенных математических алгоритмов, графически отображать в удобной для оператора форме, вести архивы, генерировать и печатать отчеты, а также поддерживать сетевой обмен с другими компьютерами, используя следующие протоколы: NetBios, NetBEUI, TCP/IP, IPX, SPX, Banian Vines.

Система Supervisor - создает основу для автоматизации рабочих мест административного персонала промышленного предприятия - от старшего диспетчера до главного инженера и директора. Основным отличием системы Supervisor от NT-МРВ является отсутствие возможности непосредственного вмешательства администрации в процесс управления технологическим процессом в сочетании с расширенным сервисом по анализу накопленной информации. Supervisor дает руководителю всю информацию, необходимую для принятия управляющего решения, но не позволяет осуществить его самостоятельно. Это полностью соответствует практике управления - руководитель должен отдавать приказы операторам, а не выполнять работы, входящие в их должностные обязанности.

Две программы, входящие в состав UTIL-NT (Report Viewer и Alarm Viewer), имеют вспомогательный характер. С их помощью оператор, не прерывая работы в реальном времени, может просматривать архивы технологической информации и получить информацию о накопленных данных. Утилита просмотра отчета тревог (Alarm Viewer) - программа предназначена для просмотра отчета тревог с использованием временных и строчных фильтров и позволяет производить квитирование сообщений, а также выводить данные из отчета тревог на печать. Программа предусматривает использование одного основного и трех дополнительных фильтров, с помощью которых оператор может произвести отбор данных о технологических событиях, фильтруя их по времени, месту, либо типу события. Кроме того, специальный фильтр позволяет оператору выводить на экран только неквитированные сообщения. Любая строка в отчете тревог может быть помечена “закладкой”. После этого возможен быстрый переход на нее из любого места отчета тревог. Программа Report Viewer предназначена для просмотра и редактирования уровневого архива TRACE MODE и позволяет выполнять ряд операций с выделенными столбцами данных (печать, изменение формата, экспорт данных), а также редактировать данные, записанные в архив. Данные, отображаемые программой, могут обновляться с заданным периодом.

NT-МРВ и Supervisor созданы для работы в самых жестких условиях промышленного производства. Это полностью 32-разрядные приложения, в полной мере использующие достоинства современных операционных систем - приоритетную, вытесняющую многозадачность и многопотоковость. В NT-МРВ и Supervisor блок ввода-вывода данных и их математической обработки выделен как отдельный поток с приоритетом реального времени. Блок отображения информации и интерфейса с пользователем также оформлен в виде отдельного потока, выполняющегося с обычным приоритетом.

Важное значение для АСУТП имеет вытесняющая многозадачность, предоставляемая операционными системами Windows NT и Linux. Благодаря этому свойству операционной системы оператор получает возможность использовать любые дополнительные приложения без риска остановить работу системы реального времени. Кроме того, исключительно важным свойством Linux для задач АСУТП является ее высокая устойчивость к сбоям. В режиме реального времени NT-МРВ, Supervisor и утилиты работают в своем изолированном адресном пространстве.

NT-МРВ и Supervisor обеспечивают повышенную защиту накопленной технологической информации. Это достигается как ведением зеркальной копии диска, так и особенностями файловой системы Linux. Дело в том, что в Linux используется особая защищенная от сбоев журналируемая файловая система ext3.

Крупные корпоративные пользователи найдут удобным повышенные средства защиты данных от несанкционированного доступа. Кроме стандартных средств ограничения доступа к данным, предоставляемых TRACE MODE, в NT-МРВ и Supervisor возможно блокировать доступ к файлам на уровне операционной системы.

4.2.3. TRACE MODE 6: синтез новых технологий

Новая версия программы по своему инновационному характеру превосходит все существующие версии программы. В ней предложен совершенно новый подход к разработке систем управления, наглядный и интуитивно понятный специалистам разной профессиональной подготовки: инженерам по АСУ ТП, программистам, технологам и даже экономистам. Новая версия программы будет давать интегрированный инструмент для программирования контроллеров (Softlogic), разработки операторского интерфейса (SCADA), управления производственными заданиями (MES) и основными фондами (EAM). TRACE MODE 6 станет многоплатформной - Windows, UNIX, LINUX, QNX. При этом сохранится полная совместимость TRACE MODE 6 с TRACE MODE 5.

4.3. Графическое отображение состояния производственных процессов.

В соответствии с техническим заданием в ходе выполнения дипломного проекта мною на базе SACDA системы TRACE MODE была разработана программа графического отображения состояния производственных процессов.

4.3.1. Назначение программы

Основные функции программы графического отображения:

1. Получение информации о технологическом процессе с сервера производственного контроля;

2. Отображение состояния технологического процесса в реальном времени в виде мнемосхем, карт объекта и т. п., содержащих произвольные графические и текстовые объекты, на которые может быть наложена анимация (масштабирование, изменение цвета, движение и т. п. в зависимости от состояния параметров тех. процесса);

3. Звуковое и визуальное (графическое) оповещение о событиях (нештатных ситуациях);

4. Передача команд оператора на исполнительные механизмы (управление);

5. Получение из базы данных информации об истории параметров технологического процесса (трендах) за произвольный период, обработка информации (усреднение, суммирование, сдвиг и т.п.), вывод в виде графиков (линейных, ступенчатых графиков расхода), таблиц;

6. Получение из базы данных информации о произошедших за произвольный период событиях, связанных с объектом или группой объектов, вывод информации в табличном виде;

7. Экспорт информации в другие приложения, печать.

Программа графического отображения может использоваться не только для контроля технологических процессов на производстве, но и для создания систем охранно-пожарной сигнализации, климат контроля помещений и т.п.

4.3.2. Требования к аппаратным и программным ресурсам

Минимальные требования к аппаратным ресурсам:

· процессор Pentium II, 300 МГц;

· память 64 Мб;

· 30 мегабайт свободного места на жестком диске для размещения программы.

Требования к программным ресурсам:

· операционная система Windows /NT/2000/XP или Linux, с использованием эмулятора wine;

· установленные протоколы TCP/IP;

· MYSQL сервер.

4.3.3. Схема работы и возможности программы графического отображения состояния производственных процессов.

Рис. 4.3. Схема работы программы графического отображения

Структура информационных потоков, обрабатываемых программой графического отображения, изображена на рис. 4.3. TRACE MODE осуществляет обмен данными сервером производственного контроля, сервером баз данных, с помощью которых ведутся базы данных производственного контроля.

Программа графического отображения позволяет оператору получать информацию от элементов однопроводной сетей АСУ тепличного комбината о состоянии микроклимата в теплице. Состояние производственного процесса отображается в виде мнемосхем, на которых размещены планы объектов (теплицы), изображения приборов, установок, движущиеся агрегаты (смесительное устройство), шкалы (текущие значения контролируемых параметров).

4.3.4. Запуск и работа программы графического отображения

После загрузки программа находится в основном рабочем режиме - режиме периодического опроса. В каждом цикле опроса считывается информация с сервера производственного контроля, производится изменение всех графических и текстовых объектов на мнемосхемах, при возникновении событий активизируется звуковое и визуальное оповещение. Оператор в режиме опроса может запрашивать данные о трендах и произошедших событиях из базы, работать с соответствующими таблицами, графиками и т. п. (все действия производятся при нажатии правой кнопки мыши на соответствующих объектах), но не может управлять устройствами, менять какие-либо настройки. Для управления и настройки порогов событий необходимо получить доступ к функциям управления.

При запуске программы происходит соединение с сервером производственного контроля, с которого необходимо считывать данные. Мнемосхемы появляются после того, как будут первый раз считаны данные с серверов, либо установлена невозможность соединения.

4.3.5. Графический интерфейс оператора

На рис. 4.4 приведено главное окно программы графического отображения, разработанное с использованием TRACE MODE версии 5.11.

Рис. 4.4. Главное окно программы графического отображения

В главном окне программы графического отображения показана структура тепличного комбината. Горячая вода температуры 75?С от источника поступает на обогрев тепличного комбината и в смеситель. В смеситель происходит смешивание горячей и холодной воды. На выходе смесителя - вода для полива температуры 25 ?С.

Рис. 4.5. Мнемосхема движение водяных потоков в теплице.

Рис. 4.6. Мнемосхема системы полива и обогрева.

Рис. 4.7. Окно вывода графиков контролируемых параметров

При выборе оператором пункта меню, соответствующего выводу графиков, появляется окно, изображенное на рис. 4.7. Чтобы в реальном времени переключить вертикальную шкалу тренда или изменить порядок расположения нескольких вертикальных шкал, нужно нажать ЛК на кнопке «Подробно». При этом на экране появится окно со списком кривых.

Рис. 4.8. Вспомогательное окно.

Шкала выбранной в этом списке кривой будет отображаться на тренде. Если тренд выводит шкалы для всех кривых, то шкала выбранной кривой переместится в крайнюю правую позицию. Для управления видимостью кривых в начале строки описания каждой из них имеется специальное поле. Кривая будет видима, если для нее в этом поле установлен флаг.

Во время работы с трендом может возникнуть необходимость уточнить значение кривой в некоторой точке. Для этой цели служит визир. Чтобы вывести на экран визир, нужно нажать ЛК в области построения графика. Перемещение визира производится нажатием ЛК на требуемой точке графика или клавишами стрелок в соответствующем направлении. Для изменения масштаба тренда используются сочетания клавиш Ctrl+<стрелки>. Клавиши вправо и вверх увеличивают масштаб, а влево и вниз - уменьшают. Значение, на которое указывает визир, отображается в поле под кнопкой «Подробно».

Универсальный тренд имеет меню управления выводимой информацией. Для входа в него следует нажать ПК в пределах тренда. Это меню содержит следующие команды:

1. Переход на время - вывод данных в указанное время. При выполнении этой команды появляется диалог настройки даты и времени. После выхода из него на тренд выводится информация начиная с указанного времени.

2. Свойства - выводит на экран диалог настройки тренда. В нем можно изменить список кривых и их настройки.

3. Восстановить пределы - возврат к исходному масштабу.

4. Архивный - переход в режим отображения данных из архива;

5. Реальное время - переход в режим отображения данных реального времени.

4.3.6. Система архивов TRACE MODE

Одной из задач АСУТП является архивирование (сохранение на жесткий диск) информации, описывающей состояние объекта. При анализе потребностей тепличного комбината в информации о ходе технологического процесса к системе архивирования были предъявлены следующие требования:

1. Информация в архиве должна иметь однозначную привязку к астрономическому времени.

2. Темп записи (сброса) информации на диск должен превышать темп поступления данных.

3. Кратковременная ошибка записи (т.е. ошибка ОС, драйвера, контроллера диска) не должна приводить к искажению на период больший, чем время длительности ошибки. При этом пользователь системы должен иметь доступ к информации о нарушениях в сохранении данных. Отключение ЭВМ должно приводить к как можно меньшей потере данных (минимальный размер буферов ОЗУ) и ни в коем случае не к исчезновению архива.

4. Извлечение данных из архива - такая же важная задача, как и сохранение их.

5. В программе, работающей в режиме реального времени, должны иметься хотя бы минимальные средства извлечения и просмотра архивных данных (таблицы и тренды) за произвольный момент времени.

6. Структура архива должна быть документирована. Извлечение данных может быть произведено программными средствами других производителей.

7. Возможность ручной коррекции информации в архиве средствами SCADA. Естественно, в этом случае должна быть защита коррекции данных паролем и в архив должна заноситься отметка, что такая коррекция была произведена.

8. Временная глубина, объем, набор параметров должны задаваться (настраиваться пользователем).

TRACE MODE имеет широкие возможности по архивированию данных о технологических процессах. TRACE MODE поддерживает три архива [11]:

1. СПАД (локальный архив);

2. Отчет тревог;

3. Глобальный регистратор.

Во все эти архивы заносятся изменения любых атрибутов каналов, отмеченных для архивирования. Разница между архивами состоит в алгоритмах сохранения данных и формате файлов. При сохранении данных в любой из перечисленных архивов фиксация времени осуществляется с точностью до 1 миллисекунды.

В локальный архив значения каналов записываются в бинарном формате. Условием новой записи в архив является изменение значения канала. Этот архив имеет фиксированную длину, которая указывается при его настройке. Структура архива оптимизирована с целью обеспечения компактности и синхронизации записей. При этом глубина архивирования определяется заданным размером и интенсивностью потока данных. Чтобы обеспечить большую глубину, следует для архивируемых каналов вводить апертуру на изменение реальных значений. Кроме того, не следует устанавливать для них частого пересчета, если это не требуется. Локальный архив СПАД предусмотрен для сохранения на диск и последующего анализа значений атрибутов каналов текущего узла. В нем фиксируются изменения реальных значений каналов и невычисляемых числовых атрибутов каналов. К таким атрибутам относятся: период, аварийные границы, границы шкалы, маски, настройки первичной обработки, флаги достоверности, состояния и подключения. Этот архив ориентирован на оперативную работу с данными. Для этого разработана специальная система индексации. Она обеспечивает очень высокую скорость доступа к данным и позволяет использовать СПАД для анализа архивных данных в реальном времени.

Обновление данных в СПАД осуществляется циклически. Перед добавлением в архив новой записи контролируется превышение заданного размера файла. Если после добавления новой записи будет превышен установленный размер, то осуществляется переход в начало архива. При этом все добавляемые записи будут записываться поверх самых дальних по времени.

Для контроля процесса архивирования данных в СПАД и управления им предусмотрены каналы, позволяющие управлять и контролировать выполнение следующих операций:

· управление сохранением данных в СПАД;

· контроль текущего состояния операций со СПАД;

· копирование локального архива СПАД;

· контроль и управление очередью сообщений в СПАД.

Монитор реального времени позволяет экспортировать данные из локального архива в файлы текстового формата. Эти файлы могут затем импортироваться в электронные таблицы и базы данных. Существует возможность экспортировать архивные значения одного канала или всей базы целиком.

Предусмотрена возможность автоматически в реальном времени создавать резервную копию локального архива. При этом пользователь сам может выбрать направление копирования.

Отчет тревог ведется в ASCII-формате. В этом архиве осуществляется фиксация событий. Теоретически он не имеет ограничений на размер. Данные заносятся в отчет тревог в виде отдельных строк. Каждая строка содержит время и дату ее формирования, а также ряд дополнительных полей. Эти поля могут содержать разную информацию в зависимости от того, какое событие фиксируется данной строкой. Такой информацией может быть, например, имя канала и его значение, сообщение из файлов пользовательских словарей и т.д.

Отчет тревог служит для записи в ASCII-файл информации об изменении значений атрибутов каналов, сообщений, содержащих тексты из словаря событий. Для контроля процесса архивирования данных в отчете тревог и управления им предусмотрены каналы, позволяющие управлять и контролировать выполнение следующих операций:

1. Управление сохранением данных в отчет тревог.

2. Копирование отчета тревог.

3. Контроль состояния операций с отчетом тревог.

4. Контроль состояния очереди сообщений в отчет тревог.

5. Контроль текущей длины файла отчета тревог.

6. Зацикливание отчета тревог.

Любое сообщение, помещенное в отчет тревог, имеет свой тип. Он определяет степень ответственности данного сообщения. Этот тип задается при вводе текста сообщения например, выход какого-либо контролируемого параметра микроклимата за технологические границы. Далее при просмотре отчета тревог можно в качестве одного из фильтров задать тип сообщения. Сообщения в отчете тревог могут квитироваться из МРВ с помощью специальной формы отображения.

Система архивов программа графического отображения состояния производственных процессов представлена на рис. 4.9 и реализует все выше описанные функции.

Рис. 4.9. Окно тренда “Архив”.

По моему мнению, применение TRACE MODE в разработке распределенных АСУ ТП перспективно и позволяет значительно сократить сроки проектирования и отладки.

5. Сервер производственного контроля

5.1. Назначение сервера

Основные функции сервера производственного контроля:

1. получение и обработка информации о технологическом процессе;

2. отслеживание событий (нештатных ситуаций);

3. передача команд оператора на исполнительные механизмы;

4. передача данных удаленным серверам и программам графического отображения, прием команд от удаленных операторов;

5. сохранение параметров в базе данных, ведение журнала событий.

5.2. Анализ информационных потребностей фирмы

При работе над проектом были определены следующие функциональные требования:

1. Централизованный доступ к данным. Хранение данных на выделенном файл-сервере с разграничением прав доступа к информации;

2. Сетевые базы данных. Распределенные системы учета и автоматизация бухгалтерских расчетов;

3. Использование Internet-технологий;

4. Обеспечение информационной безопасности и сохранности данных.

Рис. 5.1. Схема работы сервера производственного контроля.

Структура информационных потоков, обрабатываемых сервером, изображена на рис. 5.1. Сервер осуществляет обмен данными со следующими устройствами:

1. Элементы однопроводной сети MicroLAN фирмы «Dallas Semiconductor». Однопроводная сеть присоединяется к компьютеру через последовательный порт. Сеть содержит 17 датчиков, 6 ключей дискретного ввода/вывода, 8 меток линии, а также мастер линии.

2. Сервер сохраняет значения параметров с произвольной периодичностью в базе данных реального времени и производит её еженедельную архивацию.

3. Сервер позволяет обмениваться данными с удаленными серверами производственного контроля с помощью семейства протоколов TCP/IP. Это может быть необходимо, например, для ведения централизованной базы данных.

4. Сервер позволяет передавать данные любому внешнему приложению по интерфейсу DDE.

5. Сервер позволяет обмениваться данными с программой графического отображения, которая используется для создания интерфейса оператора, оповещения о нештатных ситуация, вывода графиков параметров, журнала событий.

5.3. Выбор сетевой ОС

Ключевым звеном в сети является операционная система, своего рода «сердце сети». Рассмотрим две операционные системы: Microsoft Windows 2000 Server и ASPLinux 7.3. Следует сразу отметить, что одним из важнейших критериев выбора ОС являются затраты, необходимые на приобретение как собственно ОС, так и программных продуктов для неё.

Рассмотрим сетевую операционную систему Windows 2000 Server корпорации Microsoft, кажущаяся простота которой часто сбивает с толку начинающих системных администраторов. И хотя Microsoft позиционирует данную ОС как серверную сетевую платформу для малого и среднего бизнеса, общеизвестно, что серьезные сетевые проекты в большинстве случаев по-прежнему базируются на платформе UNIX. Следует отметить завышенные требования к аппаратному обеспечению, например, для полноценного функционирования сервера требуется не менее 128 мегабайт оперативной памяти.

Так же, на мой взгляд, большим недостатком является то, что Windows 2000 Server - коммерческий продукт, стоимость которого составляет порядка 750 долларов США. Также следует отметить тот факт, что большая часть офисных программных продуктов (Microsoft Office, Visio и т.д.) являются коммерческими, что при проектирование тепличного комбината резко повысит его себестоимость.

Итак, ОС Windows 2000 Server была отвергнута по следующим причинам:

1. Как ОС, так и большая часть прикладного программного обеспечения являются коммерческими продуктами, цена которых достаточно велика.

2. Общее недоверие к программным продуктам Microsoft, их ненадежность, большое количество ошибок.

3. Высокие требования к аппаратному обеспечению, при достаточно низкой производительности.

4. Определенная функциональная неполноценность Windows 2000 Server как сетевой ОС.

С другой стороны ОС Linux обладает следующими неоспоримыми преимуществами:

1. Относительно невысокие требования к аппаратному обеспечению.

2. Бесплатное распространение ОС по лицензии GNU.

3. Гибкость настроек при одновременной мощности и традиционной высокой функциональности UNIX - систем.

4. Огромное количество свободно распространяемых продуктов (в том числе в виде исходных текстов).

5. Отличная репутация ОС.

6. Полнота начальной дистрибьюции системы, позволяющая обеспечить функционирование большинства требуемых сервисов и служб.

7. Полная документированность.

ОС Linux стала привлекательной альтернативой коммерческих ОС. Лавинообразный рост интереса к Linux во всем мире подтверждает это. В ней объединены мощь и гибкость UNIX-станции, возможность использования полного набора приложений Internet и полнофункциональный графический интерфейс (например, X Window).

В качестве дистрибутива Linux возьмем ASP Linux 7.3 Server Edition .

5.4. Выбор сетевых протоколов

5.4.1. Протокол 1-Wire

Протокол интерфейса 1-Wire обеспечивает возможность работы с множеством iButton, подключенных параллельно к линии данных однопроводной сети сбора первичной информации тепличного комбината. Команды интерфейса позволяют определить ID всех iButton, подключенных в данный момент к линии и затем работать с конкретным прибором, переведя остальные в режим ожидания. Управление линией данных и выдачу команд производит ведущее устройство, в качестве которого может использоваться любой микроконтроллер или персональный компьютер (ПК).

5.4.2. Стек протоколов TCP/IP

Протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) - основное средство современного сетевого и межсетевого взаимодействия. Не секрет, что большинство современных систем поддерживают данный протокол. Распространению данного протокола способствовало, в частности, развитие сети Internet и использование TCP/IP в качестве универсального транспорта. TCP/IP предоставляет пользователям однородный интерфейс, обеспечивающий взаимодействие с сетевыми аппаратными средствами различных типов. Этот протокол гарантирует возможность обмена данными между системами, невзирая на многочисленные различия, существующие между ними. TCP/IP, кроме того, позволяет соединять на программном уровне отдельные физические сети в более крупную и более гибкую логическую сеть.

В состав комплекта TCP/IP входит несколько компонентов [7]:

· межсетевой протокол (Internet Protocol, IP), который обеспечивает транспортировку без дополнительной обработки данных с одной машины на другую;

· межсетевой протокол управления сообщениями (Inernet Control Message Protocol, ICMP), который отвечает за различные виды низкоуровневой поддержки протокола IP, включая сообщения об ошибках , содействие в маршрутизации, подтверждение получения сообщения;

· протокол преобразования адресов (Adsress Resolution Protocol, ARP), выполняющий трансляцию логических сетевых адресов в аппаратные;

· протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP) и протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP), которые обеспечивают пересылку данных из одной программы в другую с помощью протокола IP. Протокол UDP обеспечивает транспортировку отдельных сообщений без проверки, тогда как TCP более надежен и предполагает проверку установления соединения.

5.4.3. Протокол РРР

В качестве альтернативы аппаратным сетевым соединениям, таким как Ethernet, можно воспользоваться модемом и телефонными линиями. Существуют два протокола, которые позволяют передавать IP-пакеты по коммутируемым телефонным каналам. Это SLIP (Serial Line Internet Protocol - межсетевой протокол для последовательного канала) и протокол РРР (Point-to-Point Protocol - протокол "точка-точка"). SLIP - старый протокол, а РРР - более современный и очень стабильный. В АСУ тепличного комбината этот протокол используются для соединения сервера производственного контроля с Internet-провайдером. РРР - это "универсальный" протокол оформления (инкапсуляции) пакетов. Он позволяет передавать мультипротокольные пакеты по одному каналу. Описание этого протокола приведено в RFC 1331. Он отличается большей гибкостью, чем SLIP, который обрабатывает только IP-пакеты. Подключение АСУ тепличного комбината к Internet дает возможность отправки с помощью TRACE MODE sms-сообщений на мобильный телефон стандарта GSS900/1800 о нарушении в технологическом процессе. А также возможность организации на базе сервера производственного контроля WEB-сервера для размещения рекламы в сети Internet.

В состав протокола РРР входят три компонента:

1. процедура инкапсуляции дейтаграмм для передачи их по последовательным каналам;

2. протокол управления каналом" (Link Control Protocol, LCP), предназначенный для установления, конфигурирования и тестирования соединения на канальном уровне;

3. семейство "протоколов управления сетью" ( Network Control Protocols, NCP), обеспечивающий конфигурирование и функционирование различных протоколов сетевого уровня.

Протокол РРР отличается рядом интересных особенностей, которыми не обладает протокол SLIP. В частности, РРР может инкапсулировать пакеты, соответствующие различным протоколам, для передачи их по одной последовательной линии. В нем есть встроенные средства коррекции ошибок и компрессии.

Использование протокола РРР достигается его встроенными реализациями в ядре Linux и программными компонентами, основу которых составляет демон pppd.

5.5. Web-сервер

Для размещения рекламы в сети Internet с целью сбыта выращиваемой продукции используется Web-сервер. WWW (World Wide Web) является, пожалуй, самой популярной технологией современного Internet. Когда пользователи просматривают "информационное пространство" WWW, они плавно перемещаются от странице к странице в пределах одного сервера и между серверами. Технология WWW основана на концепции документов с гипертекстовыми ссылками, обогащенной богатым языком форматирования документов и более удобной моделью доступа. Клиентская же часть представлена "браузерами" ("browsers"). Среди них надо отметить двух бесспорных лидеров Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer (они существуют для большинства современных систем с графическим интерфейсом). Помимо графических браузеров существуют и текстовые (например, lynx для UNIX, OS/2). Браузеры позволяют просматривать содержимое гипертекстовых документов, перемещаться по ссылкам, сохранять различные документы и файлы.

Собственный Web-сервер построен на системе Apache-1.3.23-11.asp. Apache - один из самых популярных Web-серверов. Он разрабатывается и поддерживается Apache Group и распространяется в рамках лицензии GNU. Он содержит обширный API для расширения с помощью модулей, множество способностей и большое количество подключаемых модулей; очень гибок, работает на большом количестве популярных операционных систем, имеет активное сообщество пользователей. В проекте используется русская версия Apache, поддерживаемая российскими участниками Apache Group. Главным достоинством русской версии является возможность автоматического распознавания кодировки клиентской стороны с последующим перекодированием страниц в требуемую кодировку. Так, например, если HTML-ресурсы сервера хранятся в кодировке KOI8, а к серверу обращается браузер Windows-машины, то Apache на лету перекодирует страницу в кодировку 1251 и "отдает" содержимое страницы клиентской стороне.

5.6. Информационная безопасность

Проблемы информационной безопасности охватывают широчайший диапазон административных, этических, правовых, технических вопросов. В рассмотрение данного раздела попадают причины исчезновения, порчи, изменения и утечки информации.

Задача сохранения целостности информации усложняется тем фактом, что сервер производственного контроля соединяется с внешним миром через канал подключения к Internet. Мощнейшим средством защиты сети от атак и несанкционированного доступа извне является firewall. Firewall это совокупность компонент или система, которая располагается между двумя сетями и обладает следующими свойствами:

1. Весь трафик из внутренней сети во внешнюю и из внешней сети во внутреннюю должен пройти через эту систему.

2. Только трафик, определенный локальной стратегией защиты, может пройти через эту систему.

3. Система надежно защищена от проникновения.

В сети АСУ тепличного комбината в качестве firewall-хоста выступает Linux-машина. Firewall реализован с использованием iptables - средства, регулирующего правила фильтрации IP-пакетов на уровне ядра Linux. Собственно, firewall выполнен в виде одноименной shell-процедуры, состоящей из последовательных команд ipfwadm с определенными параметрами, которые и задают правила фильтрации. Данная процедура вызывается в соответствующих уровнях исполнения при загрузке Linux-машины.

К сожалению, описание всех применяемых методик и средств защиты информации выходит далеко за рамки дипломной работы.

5.7. Резервное копирование

Правильный подход к операциям резервного копирования позволяет свести к минимуму потерю важных для предприятия данных. Среди потенциальных причин таких следует отметить:

· выход из строя дисковых систем;

· ошибки и крахи файловых систем;

· стихийные бедствия, пожары, кража компьютерной техники и прочие;

· злонамеренные действия хакеров;

· ошибки действий оператора и системного администратора.

При обычной общей недисциплинированности, плохой осведомленности и безответственности оператора, лучшим решением проблемы сохранности данных является автоматизация всех процессов резервного копирования. Файловые ресурсы, подлежащие резервному копированию следует разделить на две составляющие: информация о ходе технологического процесса и собственные файловые ресурсы сервера производственного контроля.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены