CC BY
149
СапуновЕ.А., Кочетков М.Г.
ФГУП ФНПЦ ПО «Старт», г. Заречный
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Аппаратно-программный комплекс (рисунок 1) предназначен для построения локальных и распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), а такжеавтомати-зированными системами коммерческого учета энергии (АСКУЭ) различной степени сложности. Позволяет выполнять сбор и обработку информации с первичных приборов и формировать управляющие воздействия для исполнительных устройств.
ВУ - верхний уровень; МП - модуль процессорный; МСО - модуль связи с объектом; М - мезонин-модуль Рисунок 1 - Структурная схема аппаратно-программного комплекса
Аппаратно-программный комплекс состоит из следующих основных модулей: модуля процессорного
(МП) , модулей связи с объектом (МСО) , мезонин-модулей (М) . Модуль процессорный (рисунок 2) контролирует работу аппаратно-программного комплекса в целом и осуществляет связь с внешними устройствами и верхним уровнем (ВУ).
Рисунок 2 - Структурная схема модуля процессорного
Характеристики модуля процессорного: процессор i.MX257;
256 Мб DDR2 SDRAM, 64 Мбит Flash-памяти, SD-карта объемом до 32 Гб;
2 Мбит FRAM-памяти (+ 256 кбит в RTC);
RTC с резервным питанием от батареи;
5 интерфейсов RS232/485/422 с индивидуальной гальванической развязкой;
2 интерфейса CAN 2.0 B с индивидуальной гальванической развязкой;
2 интерфейса Ethernet;
1 интерфейс USB 2.0 Host;
1 интерфейс USB 2.0 OTG;
18-битный параллельный интерфейс RGB (RGB666) для подключения LCD; возможность подключения 4- х и 5- ти проводных touchscreen; возможность подключения до 4-х мезонин-модулей;
возможность загрузки модуля с SD-карты, Flash-памяти, по интерфейсу USB 2.0 OTG, по 4-м интерфейсам RS232;
элементы индикации.
Модуль связи с объектом (рисунок 3) предназначены для непосредственного управления вво-дом/выводом сигналов мезонин-модулей.
Рисунок 3 - Структурная схема модуля связи с объектом
Характеристики модуля связи с объектом: контроллер AT91SAM7A3;
64 кбит FRAM-памяти;
2 интерфейса CAN 2.0 B с индивидуальной гальванической развязкой; возможность подключения до 4-х мезонин-модулей; элементы индикации.
Мезонин-модули служат для ввода сигналов с первичных приборов и вывода управляющих воздействий на исполнительные устройства, т.е.: ввод дискретного сигнала; вывод дискретного сигнала; ввод аналогового сигнала; вывод аналогового сигнала; ввод импульсного сигнала.
Каждый мезонин-модуль может осуществлять ввод/вывод до 4-х сигналов, т.е.каждый модуль связи с объектом управляет 16-тью сигналами. Один крейт вмещает в себя до 8-ми модулей связи с объектом. Таким образом,только на базе одного крейта возможно реализовать систему с количеством контролируемых сигналов до 128-ми. Количество крейтов можно увеличивать в зависимости от решаемых задач. В системах с небольшим количеством контролируемых сигналов модуль процессорный может использоваться автономно без модулей связи с объектом. С этой целью в модуле процессорном предусмотрена установка до 4-х мезонин-модулей.
Программное обеспечение модулей МСО основано на операционной системе реального времени FreeRTOS. После включения питания производится процедура инициализации начальных уставок МСО, начальная инициализация мезонинных модулей, затем определяется тип каждого мезонина, путем чтения из EEПРОМ каждого мезонин-модуля соответствующей информации, в зависимости от типа мезонина считываются его уставки, также хранящиеся в ЕЕПРОМ и создается соответствующая задача для работы с каждым из мезонинов. После инициализации модуль МСО переходит в режим обработки данных от входов мезонинов, а также формирования сообщений и приема команд по CAN интерфейсам. Для экономии пропускной способности CAN интерфейса данные передаются либо по запросу, либо с учетом заданных параметров (чувствительность, период измерения, превышение предупредительных и аварийных порогов). Описываемая схема работы разработана с учетом возможной параллельной работы всех четырех мезонинмодулей.
Программное обеспечение процессорного модуля представляет собой набор инструментальных средств для программирования, конфигурирования и обслуживания. В качестве базовой (хостовой) операционной системы (ОС) для разработки и использования выбрана ОС Linux, которая является стандартной POSIX совместимой ОС. Кроме того, ОС Linux является оптимальным решением в вопросах: надёжности;
гибкости/масштабируемости;
доступности;
популярности и распространенности.
В качестве среды исполнения применяется OpenSCADA — свободная система диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA-система).
Основными свойствами системы являются: открытость, многоплатформенность, модульность и мас-
штабируемость .
Система OpenSCADA предназначена для:
Сбора данных из источников:
Контроллеры АПСТМ производства ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» по протоколу FT3, посредством DAQ-модуля FT3 .
Модули МСО, посредством DAQ-модуля MSO
Платы сбора данных фирмы DiamondSystems, посредством DAQ-модуля DiamondBoards.
Информации о платформе(программно-аппаратной) на которой работает сервер, посредством DAQ-модуля System.
Сбор данных из источников поддерживающих протокол SNMP (Simple Network Management Protocol), посредством DAQ-модуля SNMP.
Сбор данных промышленных контроллеров по протоколу ModBus, посредством DAQ-модуля ModBus.
Сбор данных промышленных контроллеров по протоколу DCON, посредством DAQ-модуля DCON. Формирование производных структур параметров на основе шаблонов параметров и данных других источников данных, посредством DAQ-модуля LogicLev.
Сбор данных из других серверов и PLC основанных на OpenSCADA, посредством DAQ-модуляDAQGate. Сбор данных через входные каналы звуковых контроллеров, посредством DAQ-модуля SoundCard.
Сбор данных оборудования фирмы ICPDAS, посредством DAQ-модуля ICP_DAS.
Сбор данных из источников поддерживающих протокол OPC_UA, посредством DAQ-модуля OPC_UA.
Сбор данных из источников различного типа, которые имеют утилиты для доступа к данным или доступны посредством простых специализированных сетевых протоколов. Осуществляется путём написания процедуры получения данных на языке пользовательского программирования DAQ-модуля JavaLikeCalc, а также модуля транспортного протокола UserProtocol.
Предоставление данных системам верхнего уровня посредством интерфейсов и протоколов: Последовательного интерфейса (RS232, RS485, Modem, ...), с помощью модуля транспорта Serial. Сокетов IP-сетей и протоколов сетевого уровня TCP, UDP, CAN и Unix, с помощью модуля транспорта Sockets.
Безопасного слоя сокетов (SSL), с помощью модуля транспорта SSL.
Собственный протокол OpenSCADA, с помощью модуля транспортного протокола SelfSystem.
Протокол FT3 для совместимости с контроллерами и системами производства ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт», с помощью модуля транспортного протокола FT3
Протоколов семейства ModBUS (TCP, RTU и ASCII), с помощью модуля транспортного протокола ModBUS.
Протокола "OPC UA", с помощью модуля транспортного протокола OPCUA.
Простых специализированных протоколов, разработаных посредством модуля транспортного протокола UserProtocol.
Управление, регулирование и выполнение других пользовательских вычислений на языках:
Язык блочных схем. Посредством DAQ-модуля BlockCalc.
На Java-подобном языке высокого уровня. Посредством DAQ-модуля JavaLikeCalc.
Архивирование сообщений, ведение протоколов по различным категориям и уровням посредством механизмов :
Файлы в XML-формате или плоского текста, с упаковкой устаревших архивов. Посредством модуля архивирования FSArch.
В таблицы архивных БД. Посредством модуля архивирования DBArch.
Архивирование значений собранных данных посредством механизмов:
Буфера в памяти предопределённой глубины. Посредством встроенного механизма архивирования значений ядра OpenSCADA.
Файлы с двойной упаковкой: последовательной и стандартным архиватором gzip. Посредством модуля архивирования FSArch.
В таблицы архивных БД. Посредством модуля архивирования DBArch.
Конфигурация и управление PLC через:
WEB-интерфейс. Посредством WEB-браузера и UI-модуля WebCfgD или WebCfg.
С удалённой конфигурационной станции. Посредством UI-модуля на конфигурационной станции QTCfg и интерфейса управления OpenSCADA отражённого в протоколе SelfSystem.
Хранение данных PLC в БД типов:
Все данные в конфигурационном файле (фиксированно).
MySQL. Посредством DB-модуля MySQL.
SQLite. Посредством DB-модуля SQLite.
PostgresSQL. Посредством DB-модуля PostgreSQL.
DBF. Посредством DB-модуля DBF.
FireBird. Посредством DB-модуля FireBird.
