CC BY
293
11. Люри Дж., Мансур Ш. Преодоление иерархий. //Открытые системы, 24.10.2001.
12. Добряк П.В., Калмыков А.А. Альтернативный подход по организации структур данных в объектно-ориентированных языках. Практика приборостроения №4[9], 2004. - с. 76 - 79.
УДК 004.4
ПРИМЕНЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Лучкин Николай Анатольевич, аспирант, Омский государственный технический университет,
Россия, Омск, niko1a.v.1iichkin@gmail.com
Эффективное управление предприятием в современных условиях невозможно без использования современных информационных технологий. Правильный выбор программного продукта и фирмы-разработчика - это первый и определяющий этап успешного решения автоматизации производства.
На сегодняшний день в области автоматизации промышленных предприятий выпускается все больше необходимого оборудования для проектирования распределенных систем управления (РСУ), которые внедряются на предприятиях разного направления вида производства. Первые РСУ были представлены на рынок в 1975 г. компаниями Honeywell (система TDC 2000) и Yokogawa (система CENTUM). Системы TDC-3000 были усовершенствованы и по настоящее время успешно эксплуатируются на предприятиях энергетической, металлургической, газовой промышленности по транспортировке и переработке газа, нефти и нефтепродуктов, целлюлозно-бумажной промышленности и др.
Основными современными на сегодняшний день распределенными системами управления являются следующие:
■ ABB System 800xA
■ CONTRONIC Hartmann-Braun
■ Damatic XDi Valmet Automation
■ Emerson DeltaV
■ Honeywell Experion PKS
■ Invensys Foxboro I/A Series
■ Siemens SIMATIC PCS7
■ Yokogawa CENTUM CS 3000
Современные распределенные системы управления эксплуатируются на базе:
■ промышленных рабочих станций;
■ многоканальных контроллеров;
■ станций распределенного ввода/вывода;
■ открытых промышленных сетей (Industrial Ethernet, Profibus, Modbus и др.);
■ интеллектуальных устройств ввода/вывода;
■ беспроводных устройств передачи информации;
■ WEB-технологии передачи данными.
Архитектура распределенных систем управления определяется уровнями иерархии системы, такими как набор программно-технических средств, сетевая архитектура, возможности резервирования и другие необходимо важные параметры.
В зависимости от количества поставленных решаемых задач информационная емкость системы включает в себя различное число каналов ввода/вывода, способных обрабатывать от сотен до десятков тысяч сигналов. Для осуществления приема, хранения и обработки больших объемов параметров (информации) применяются базы данных реального времени (БДРВ) - реляционные, иерархические, объектно-ориентированные. Сервер БДРВ является ядром интегрированной системы управления, обеспечивая тем самым форматирование массивов данных, поступающих от технологического процесса для последующего их анализа и применения на верхнем уровне управления производством. БДРВ должна обеспечивать
15
синхронизацию, репликацию данных и обеспечивать резервирование для обеспечения отказоустойчивости в реальном масштабе времени.
Открытость системы управления предполагает применение в архитектуре системы открытых международных стандартов на аппаратное и программное обеспечение и т.п., допускающих совместное использование программно-аппаратных средств разных фирм-производителей.
Понятием "открытая система" можно считать определение, сформулированное комитетом IEEE POSIX 1003.0: "открытая система - это система, реализующая открытые спецификации на интерфейсы, сервисы и поддерживаемые форматы данных, достаточные для того, чтобы обеспечить должным образом разработанным приложениям возможность переноса с минимальными изменениями на широкий диапазон систем, совместной работы с другими приложениями на локальной и удаленных системах и взаимодействия с пользователями в стиле, облегчающем тем переход от системы к системе". Следовательно, можно сделать вывод, что система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней "внешние", независимо разработанные компоненты.
Масштабируемость системы означает способность системы увеличивать свою производительность при добавлении ресурсов. Масштабируемость позволяет осуществлять модернизацию системы без критических изменений ее архитектуры. Масштабируемость -важный аспект электронных систем, программных комплексов, баз данных и т. п., если для них требуется возможность работать под большой нагрузкой.
Важными характеристиками системы управления являются: надежность;
быстродействие; экономичность. Быстродействие системы определяется задействованным оборудованием «нижнего уровня», а также других узлов системы, и алгоритмическим обеспечением систем управления.
Основными техническими требованиями при проектировании распределенных систем управления являются:
■ обеспечение широкого температурного диапазона работы технических средств локальных систем автоматического управления (САУ);
■ распределенная система электропитания;
■ обеспечение надежного контура заземлений на каждой отдельной площадке объекта автоматизации;
■ защита контрольно-измерительных и информационных каналов от внешних воздействий, а также усиление передаваемых сигналов;
■ выбор оптимального, с точки зрения эффективности, надежности и взаимозаменяемости составных частей, удовлетворяющего международным стандартам контроллерного оборудования;
■ выбор оптимального, с точки зрения пылевлагонепроницаемости, а также защиты от электромагнитного излучения, коррозии и др. факторов, удовлетворяющего международным стандартам конструктива шкафа цехового контроллера, шкафов автоматики локальных САУ и автоматизированного рабочего места системного инженера (АРМ);
■ обеспечение высоконадежных каналов обмена технологической информацией между отдельными автоматизированными объектами и централизованной системой управления и контроля;
■ резервирование основной аппаратуры контроля и управления, а также наиболее важных каналов передачи информации;
■ обеспечение аппаратного и программного аварийного останова технологического комплекса при аварийных ситуациях;
■ обеспечение высокоэффективного человеко-машинного интерфейса в системе визуализации и мониторинга;
16
■ обеспечение обмена данными по информационным каналам в реальном масштабе времени;
■ эффективная, с точки зрения скорости обнаружения неисправности, и надежная диагностика программно-аппаратных средств;
■ обеспечение обслуживающего персонала качественной эксплуатационной документацией, а также инструментом для монтажа и диагностики.
В данной статье рассматривается применение программных средств системы ТРЕЙС МОУД (TRACE MODE), разработка Российской фирмы AdAstra (г. Москва) для построения распределенной системы управления технологическим процессом. В пакете интегрирован набор инструментальных средств для создания как программного обеспечения (ПО) для РС контроллеров, так и ПО для рабочих станций. При этом имеется возможность создания систем управления с использованием контроллеров с встроенным ПО.
Базовая часть системы проектирования, которая называется «системой разработчика», содержит три программных инструмента:
■ Редактор базы каналов (РБК) - инструмент разработки математической (функциональной) части системы в виде базы каналов и набора программ для обработки используемых переменных, а также создания системы обмена данными, системы архивирования и регистрации событий. РБК обеспечивает генерацией проектной документации;
■ Редактор представления данных (РПД) - инструмент разработки экранных форм операторского интерфейса;
■ Редактор шаблонов (РШ) - инструмент разработки шаблонов и сценариев формирования документации о ходе технологического процесса.
Кроме указанного система разработчика содержит набор встроенных драйверов для многих контроллеров, OPC и DDE клиенты и серверы, электронную справочную систему.
ТРЕЙС МОУД позволяет создавать многоуровневые, иерархически организованные, резервированные АСУТП. Рассмотрим трехуровневую систему, включающую уровень контроллеров, диспетчерский уровень и административный уровень.
АСУТП уровня контроллеров создается на основе Микро-монитора реального времени (Микро-МРВ). Эта программа размещается в РС-контроллере и осуществляет сбор данных с объекта, программно-логическое управление технологическими процессами и регулирование параметров по различным законам, а также ведение локальных архивов. Программа ведет постоянный контроль работоспособности УСО, сетевых линий, и в случае их выхода из строя автоматически переходит на резервные средства. При помощи Микро-МРВ можно создавать дублированные или троированные системы с горячим резервом.
Основу диспетчерского уровня управления составляют Мониторы реального времени (МРВ). МРВ ТРЕЙС МОУД - это сервер реального времени, осуществляющий прием данных с контроллеров, управление технологическим процессом, перераспределение данных по локальной сети, визуализацию информации, расчет ТЭП и статистических функций, ведение архивов.
На административном уровне АСУТП используются модули Supervisor. Supervisor предоставляет руководителю информацию о ходе и ретроспективе технологического процесса, статистических и технико-экономических параметрах предприятия. Эта информация может обновляться в режиме, близком к реальному времени (задержка 10 - 30 с). Кроме того, Supervisor дает возможность просматривать ретроспективу (осуществлять «плейбек») процесса как фильм на видеомагнитофоне. Графический «плейбек» архива дает в руки руководителя инструмент контроля работы диспетчерского комплекса и всего предприятия в целом.
В ТРЕЙС МОУД можно воспользоваться одной из следующих технологий разработки систем управления: проектирование системы в виде единого комплекса, сквозное
программирование всех ее уровней, автоматическое построение и независимая разработка компонентов. Основные архитектурные и функциональные особенности инструментальной
17
системы можно охарактеризовать следующим образом. Она имеет интегрированную среду разработки, обеспечивает реальный многопользовательский режим, позволяет выбирать подход к проектированию системы управления, настраивать технологию разработки, программировать механизмы автоматического проектирования и обладает рядом других особенностей.
Системы, разработанные на базе ТРЕЙС МОУД, работают в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности и в коммунальном хозяйстве России. По числу внедрений в России ТРЕЙС МОУД значительно опережает зарубежные пакеты подобного класса.
К тенденциям развития распределенных систем управления можно отнести системный подход к построению системы с учетом стандартизации и унификации оборудования и программного обеспечения, единого подхода к многоуровневой структуре систем управления.
В заключение необходимо подчеркнуть, что проектирование или модернизация современных распределенных систем управления должны выполняться с учетом максимального удовлетворения требований на разработку системы управления, в том числе функциональных, технических, экологических, требований надежности; использования программно-аппаратных средств, отвечающих всем международным стандартам, гарантирующим соблюдение принципа открытости систем; экономической эффективности системы управления с учетом всего жизненного цикла системы и др. требований, определяемых спецификой и характером технологического процесса.
Литература
1. Андреев Е.Б. и др. Программные средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности / Андреев Е.Б., Попадько В.Е. - М.: Издательство РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. - 266 с.
2. Подьяпольский С.В., Родионов А.В., Соркин Л.Р. Распределенная система управления нового поколения Experion PKS компании Honeywell // Промышленные АСУ и контроллеры. -2005.-№9. 1-6 с.
3. Синенко О.В. Анализ производственных процессов и подход к созданию комплексных систем управления производством / Синенко О.В. // Нефтяное хозяйство. - 2002. - №210. - С. 25-29.
4. Якобовский М.В. Распределенные системы и сети. М.: МГТУ "Станкин", 2000 г. - 118 с.
5. TDC 3000 System. System Technical Data: Honeywell Inc. 1990 - 22 p.
6. TRACE MODE, http://www.adastra.ru/
УДК 519.688
РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОИСКА АНАЛОГОВ РЕШЕНИЙ В ЭЛЕКТРОННОМ АРХИВЕ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИММУННОГО АЛГОРИТМА МУЛЬТИМОДАЛЬНОГО ПОИСКА
Мельникова Ирина Владимировна, доцент, Старооскольский технологический институт, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Россия, Старый Оскол,
i-melnikova@mail.ru
Введение
Электронные архивы являются современным решением для повышения эффективности работы с информационными ресурсами [1]. Имеется большое количество как коммерческих, так и индивидуальных разработок систем работы с документацией и систем поиска документальной информации [2]. Однако, все предлагаемые, в том числе в научных публикациях, подходы базируются на гипертекстовом поиске. Несколько особняком стоят в этой области архивы проектно-конструкторской документации. В них хранятся разнородные по формам представления документы, однако подавляющее большинство составляет
18
