CC BY
102
УДК 621.317
ПРИМЕНЕНИЕ SCADA СИСТЕМЫ КОНТУР ДЛЯ ГИБКОГО ПРОИЗВОДСТВА
А.В. Никитин, аспирант, НТУУ «КПИ»
Аннотация. Рассмотрен модульный подход к организации периодических процессов и производственного предприятия в целом. Для организации взаимодействия составных частей технологического процесса и оборудования предприятия разработана иерархическая структура ОРС-сервера для периодических процессов. Рассмотрены подходы к решению задачи объединения промышленных приложений, предлагаемые современными производителями программных продуктов.
Ключевые слова: гибкое производство, SCADA система, автоматизация периодических процессов.
Введение
В условиях рыночной экономики предприятиям необходимо постоянно изменять номенклатуру выпускаемой продукции, повышать ее качество, подстраиваясь под меняющиеся вкусы и требования потребителей. Как известно, для быстрого перехода на новый вид продукции, обеспечения гибкости при производстве используют гибкие компьютеризированные производственные системы.
В статье показана возможность применения системы КОНТУР для решения проблем автоматизации производства в новых условиях.
Анализ проблемы
Сегодня «нижнюю» группу задач в иерархии управления производством относят к системам типа SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Они относятся к классу систем MMI (Man-Machine Interface), обеспечивающих двустороннюю связь «оператор - технологическое оборудование». Тогда, первая группа задач управления промышленным предприятием ориентируется на АСУТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами). Системы второй группы относятся к классу ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия или MRP (Manufacturing Resource Planning - планирование ресурсов производства). Системы ERP ориентированы на предприятие в целом, а MRP - на его технологические подразделения. Промышленное предприятие не может обойтись без систем автоматизированного проектирования (САПР). Современные технологии САПР для предприятий представлены системами CAD / CAM / CAE / PDM (Computer Aided Design, Manufacturing, Engineering, Product Data Management). Эти
системы позволяют обойтись без "бумажной" документации, осуществляя прямую связь между процессами разработки изделия и его производства, что позволяет повысить качество продукции и сократить период разработки.
Постепенно между MMI и ERP образовалась промежуточная группа систем, называемая MES (Manufacturing Execution Systems - автоматизированная система управления производственными процессами). Она возникла вследствие обособления задач, не относящихся ни к одной из ранее определенных групп. К системам MES принято относить приложения, отвечающие за:
- управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса;
- планирование и контроль последовательности операций технологического процесса;
- управление качеством продукции;
- хранение исходных материалов и продукции по технологическим подразделениям;
- техническое обслуживание производственного оборудования;
- связь систем ERP и SCADA.
Сегодня структуру комплекса автоматизации предприятия можно представить пирамидой, показанной на рис. 1. Одна из причин возникновения систем MES - попытка выделить задачи управления производством на уровне технологического подразделения. Недостатком было разделение задач планирования и управления производством на два уровня. Информационная база этих задач должна быть единой. Клиент-серверная технология позволяет разделить клиентские части задач управления и планирования производства на два уровня: предприятия и цеха. Теперь можно использовать общие серверы базы данных и приложений, а клиентские места распределить по цехам и заводоуправлению.
Рис. 1. Пирамида комплекса автоматизации предприятия
Вышеизложенное соответствует результатам теории исследований [1-5].
Проблема автоматизации
В данной работе рассматриваются модульный подход к организации периодических процессов и предприятия в целом, производственная алгебра для описания моделей технологических процессов, системы регулирования для гибких производственных систем. Для организации взаимодействия составных частей ТП и оборудования предприятия разработана иерархическая структура ОРС-сервера для периодических процессов.
Современные решения в области стандартизации связаны с фирмой Microsoft. Это технология OPC (OLE for Process Control - Object Linking and Embedding) для управления процессами. Она представляет собой стандартный метод для доступа к периферийным устройствам, системам SCADA / MMI или другим промышленным приложениям, основанным на технологиях OLE, COM (Component Object Model) и DCOM (Distributed COM). OPC представлена набором стандартных объектов, методов и свойств, отвечающих требованиям промышленных приложений реального времени. К ним относятся синтаксис для доступа к объектам, эффективная передача данных от оборудования к приложениям, способность клиента работать с несколькими серверами одновременно, поддержка конфигурации сервера. Программные пакеты на основе OPC легко интегрировать в приложения, поддерживающие OLE. На рис. 2 приведена структура взаимодействия приложений на базе DCOM.
Рис. 2. Взаимодействие приложений и компонентов в среде БСОМ
На основах стандартизации разработано иерархическое представление пространства ОРС-сервера периодических процессов. Гибкое автоматизированное производство является сложным объектом, в котором взаимодействуют материальный и
информационный потоки, что позволяет производить необходимое количество продукции заданного качества за определенное время в соответствии с поступающими требованиями или заказами.
Рассмотренные в работе подходы могут использоваться не только для представления периодических технологических процессов, а также для любого изменяющегося процесса.
8СЛБЛ КОНТУР
Современное производство является автоматизированной линией с электронным управлением, закрытой от внешних воздействий, техническое оснащение которой позволяет поддерживать заданные технологические параметры на этапах производства, что гарантирует выпуск высококачественной продукции. Ее работа контролируется компьютером, который, в зависимости от типа производимой продукции выбирает одну из программ в памяти и осуществляет наблюдение за процессами, следит за поддержанием наружного температурного режима и быстротой выполнения операций. Если необходимо, проводит проверку своей работы и вносит коррективы. Фактически оно состоит из гибких автоматизированных участков (ГАУ).
Построение области имен, необходимой для обеспечения обмена данными с оборудованием в системах автоматизированного контроля и управления ТП, хранения и обработки их в базе данных реального времени, будет иметь вид (для наглядности использованы русские буквы):
<РООТ>
- OPCBPhysicalModel
Производство (ГАУ) — Сборник
Грубая дробилка
OPCBMasterRecipeModel OPCBBatchModel
I—Производство (периодический ТП) — Подготовка_осн_компонентов —Измельчение
OPCBBatchArchiveModel OPCBBatchlDList
Рис. 3. Часть модели области имен производства
Все виды продукции могут быть получены путем сочетания различных элементов блоков технологического процесса, рецепт-мастера (а также соответствующего рецепта управления) и управления оборудованием. (Если какой-то компонент отсутствует в данном виде, то соответствующее значение параметра надо задать равным нулю).
Основой для создания современных систем управления являются графические 8СЛЭА-пакеты. Со-
временные SCADA-пакеты являются не просто средствами создания гибких операторских интерфейсов, но и представляют широкие возможности по управлению производственным процессом со стороны административно-управленческого персонала, которые имеют непосредственный доступ к производственным данным по сетям Intranet / Internet. В качестве SCADA-пакета программирования операторского интерфейса в АСУ ТП производства будем использовать пакет КОНТУР [1], который является оригинальной разработкой и имеет следующие особенности:
- технология клиент-сервер для обеспечения взаимодействия между приложениями;
- объектно-ориентированный подход к проектированию и созданию рабочих мест операторов;
- технология управления событиями для обеспечения динамики работы системы;
- технология COM/DCOM для взаимодействия между приложениями на локальном компьютере или в сети персональных компьютеров;
- ориентация на стандарт OPC;
- возможность использования любых ActiveX элементов на мнемосхемах;
- специализированный набор ActiveX компонентов для использования их в качестве динамических элементов на мнемосхемах;
- быстрая настройка динамических элементов;
- мощные алгоритмы визуализации, основанные на технологии Direct Draw;
- скрипты Visual Basic для обработки событий;
- проработанная документация и техническая поддержка специалистами.
Система мониторинга, анализа и управления параметрами технологического процесса производства обеспечивает:
- обмен данными с устройствами уровня технологического процесса (измерители и исполнительные механизмы);
- генерирование событий и сообщений о критических и аварийных состояниях технологических параметров;
- архивирование истории изменения параметров технологического процесса;
- создание графических мнемосхем для отображения текущих параметров технологического процесса, обработки аварийных событий, для отображения истории изменения параметров;
- динамическое отображение графических мнемосхем в рабочем режиме.
Система контроля и управления ТП производства в реальном времени состоит из следующих мнемосхем: главная мнемосхема; мнемосхемы регуляторов; таблица параметров; просмотр уставок; мнемосхема управления звонком; настройки ре-
гуляторов; ввод уставок; архив сообщений о критических ситуациях. Главная мнемосхема предназначена для контроля основных параметров, таких как количество используемых компонентов, время прохождения компонентов, температура и др. На мнемосхеме изображены основные элементы производства, отображаются расходы сырья с использованием цветовых решений.
В частности, мнемосхемы регуляторов предназначены для контроля параметров регуляторов и используют числа, уровни, переключатели, графики текущих значений, для ввода заданий на регулирование. Мнемосхема «Таблица параметров» отображает текущие значения всех регулируемых и контролируемых параметров. Открыть мнемосхему можно, нажав мышью на кнопке с соответствующим названием слева внизу главной мнемосхемы.
Выводы
Таким образом, предложенные в работе подходы и методы описания технологического процесса, а также пространства ОРС-сервера, позволяют легко и удобно выполнять переход на производство другого вида продукции. Это выполняется оператором на своем рабочем месте - он просто меняет вид рецепта, по которому выпускается продукция. Рецепты хранятся в базе данных.
Литература
1. Теленик С.Ф., Никитин А.В. SCADA система
КОНТУР: Архитектура и технологичес-кие аспекты реализации и применения // Вюник Кременчуцького державного полггехшч-ного ушверситету. - 2003. - Вип. 1(18). -С. 29-32.
2. Пономаренко Л.А., Адамович Л.В., Музычук
В.Т., Гридасов А.Е. / Под общ. ред. Тимофеева Б.Б. Основы создания гибких автоматизированных производств - К.: Техтка, 1986. - 144 с.
3. IEC 61512-1: 1997, Batch Control - Part 1:
Models and Terminology
4. Кондратьев В.В., Мазуров В.М. Адаптивный
ПИД-регулятор с частотным разделением ка-налов управления и самонастройки // Приборы и системы управления. - 1995. -№ 1. - С. 33-35.
5. Справочник по теории автоматического управ-
ления / Под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987.
Рецензент: О.П. Алексеев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 16 мая 2005 г.
