Федорович О.Е., Прохоров А.В., Головань К.В. Системы промышленной автоматизации на основе технологии SCADA

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковско

го

"Харьковский авиационный институт"

О.Е. Федорович, А.В. Прохоров, К.В. Головань

СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ

НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ SCADA

Учебное пособие по лабораторному практикуму

Харьков "ХАИ" 2007

УДК 65.011.56

Системы промышленной автоматизации на основе технологии SCADA

/ О.Е. Федорович, А.В. Прохоров, К.В. Головань. – Учеб. пособие по

лаб. практикуму. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т "Харьк. авиац. ин-т",

2007. – 126 с.

На основе анализа современных тенденций развития методов, тех-

нических и программных средств и технологий разработки автоматизи-

рованных систем управления на производстве изложен комплексный

подход к решению задач создания распределенных АСУ ТП.

Главное внимание уделено автоматизации задач разработки

систем управления, сбора, обработки, передачи, сохранения и ото-

бражения информации на основе SCADA-систем. Рассмотрены осо-

бенности разработки проекта распределенных систем управления,

функции и структура SCADA-системы, основы создания человеко-

машинного интерфейса на примере системы Trace Mode. Описаны

современные информационные технологии интеграции между уров-

нями систем промышленной автоматизации.

Для студентов специальности 8.080401 “Информационные

управляющие системы и технологии” при изучении разделов курса

“Распределенные системы обработки информации и управления” и

выполнении лабораторных, курсовых и дипломных работ.

Ил. 116. Табл. 4. Библиогр.: 21 назв.

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Э.Г. Петров,

д-р техн. наук, проф. Н.В. Ткачук

"Харьковский авиационный институт", 2007 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………5

Лабораторная работа № 1

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

РЕДАКТОР БАЗЫ КАНАЛОВ. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА

РАСПРЕДЕЛЕННОЙ АСУ……………………………………………………..6

1.1. Цель работы………………………………………………………………..6

1.2. Порядок выполнения ……….……………………………………………6

1.3. Общие сведения о SCADA-системе Trace Mode ….…………...……6

1.4. Основные понятия в Trace Mode ……………………………………..10

1.5. Канал в Trace Mode …………………………….……………………….13

1.6. Создание проекта распределенной АСУ ТП………………………..23

Контрольные вопросы………………………………..………………………31

Лабораторная работа № 2

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. РЕДАКТОР БАЗЫ КАНАЛОВ.

РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ АЛГОРИТМОВ………………………...32

2.1. Цель работы………………………………………………………………32

2.2. Порядок выполнения …………..………………………………………32

2.3. Языки программирования алгоритмов ……………………….……..32

2.3.1. Язык функциональных блоков Техно FBD …………………..32

2.3.2 Описание функциональных блоков……………………………36

2.3.3. Язык инструкций Техно IL ………………….…………………..41

2.3.4. Подключение внешних алгоритмов ………………….……….46

2.4. Создание и редактирование FBD-программ………………………..46

2.5. Создание и редактирование IL-программ………………………….53

2.6. Создание и разработка управляющих программ в Trace Mode….54

Контрольные вопросы………………………………..………………………60

Лабораторная работа № 3

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. РЕДАКТОР ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

ДАННЫХ. РАЗРАБОТКА ГРАФИЧЕСКОЙ БАЗЫ ПРОЕКТА……….….61

3.1. Цель работы………………………………………………………………61

3.2. Порядок выполнения …………………………………………………...61

3.3. Редактор представления данных ……………………….……………61

3.3.1. Общие сведения ………………….……………………………..61

3.3.2. Создание графической базы проекта ………………….…….63

3.3.3. Режимы работы редактора …………...………………….…….64

3.4. Графические элементы ……………………….……………………….66

3.4.1. Типы графических элементов ………………….……………...66

3.4.2. Атрибуты графических элементов …………………….……...66

3.4.3. Элементы рисования ……………………………………….…..70

3.4.4. Формы отображения …………………………………………...71

3.5. Разработка графической базы проекта ……………………………..78

Контрольные вопросы………………………………..………………………90

Лабораторная работа № 4

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. АРХИВИРОВАНИЕ

И ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ ДАННЫХ……………………….………………91

4.1. Цель работы………………………………………………………………91

4.2. Порядок выполнения …………...………………………………………91

4.3. Архивирование данных в SCADA ………….…………………………91

4.4. Документирование данных в SCADA ………….…………………….97

4.5. Организация архивирования данных ………………………………101

4.6. Организация документирования ……………………………………105

Контрольные вопросы………………………………..……………………107

Лабораторная работа № 5

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. ОБМЕН ДАННЫМИ

С ВНЕШНИМИ ПРИЛОЖЕНИЯМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

МЕХАНИЗМОВ DDE И ODBC…………..…………………………………108

5.1. Цель работы……………………………………………………………108

5.2. Порядок выполнения ………………………………………………….108

5.3. Механизмы обмена данными между Trace Mode

и различными приложениями ……………………………………….108

5.3.1. Обмен с базами данных по ODBC ………………………..…108

5.3.2. Доступ к данным Trace Mode по ODBC……………………..113

5.3.3. Обмен данными c МРВ по DDE в режиме сервера……….118

5.3.4. Обмен данными c МРВ по DDE в режиме клиента……….119

Контрольные вопросы………………………………..……………………123

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………….124

Системы промышленной автоматизации на основе технологии SCADA

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время практически все эксплуатируемые в про-

мышленности производственные системы оснащены средствами ав-

томатизации: от локальных систем контроля и стабилизации пара-

метров технологических процессов до мощных автоматизированных

систем управления технологическими процессами (АСУТП), для соз-

дания которых используются современные технологии с использова-

нием компьютерных средств автоматизации и информационных тех-

нологий различного уровня.

Прогресс в области информационных технологий обусловил

развитие основных частей таких систем. Современные удаленные

терминалы строятся на основе микропроцессорной техники, работают

под управлением операционных систем реального времени, при не-

обходимости объединяются в сеть, непосредственно или через сеть

взаимодействуют с датчиками, исполнительными устройствами объ-

екта управления и компьютерами верхнего уровня.

Для повышения качества и сокращения сроков проектирования

специального программного обеспечения АСУТП используются спе-

циализированные программные средства. Такие комплексы программ

для создания распределенных АСУТП называются системами дис-

петчерского управления и сбора данных, или SCADA-системами.

Системы, построенные с использованием технологии SCADA,

выполняют функции хранения, отображения, первичной обработки и

управления сложными технологическими объектами и процессами.

При этом SCADA-системы поддерживают широкий набор современ-

ных технологий интеграции в АСУ, такие как OPC, DDE, COM/DCOM,

ActiveX.

SCADA-системы позволяют создавать графические экраны опе-

раторов, на которых схематически показаны отдельные элементы ис-

следуемого технологического процесса, их взаимодействие, а также

контролируемые параметры технологических объектов.

Основными этапами разработки проекта АСУ ТП в SCADA-

системе являются: построение математической основы системы

управления в редакторе проекта и создание графической части про-

екта системы управления в редакторе представления данных.

Одной из таких SCADA-систем является система Trace Mode

(AdAstrA Research Group Ltd., Россия), изучению которой и посвящено

настоящее учебное пособие.

Лабораторная работа № 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. ОСНОВНЫЕ

ПОНЯТИЯ. РЕДАКТОР БАЗЫ КАНАЛОВ.

РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

АСУ

1.1. Цель работы:

1. Изучить основные понятия SCADA-систем.

2. Ознакомиться с функциональной структурой пакета Trace Mode.

3. Изучить основные понятия при построении проекта распределен-

ной АСУ в Trace Mode.

4. Изучить основные функциональные возможности редактора базы

каналов.

5. Ознакомиться с основными этапами разработки распределенных

АСУ.

6. Приобрести умения и навыки при построении базы каналов проекта

АСУ.

1.2. Порядок выполнения:

1. Изучить состав пакета Trace Mode.

2. Изучить основные функциональные возможности и практические

приемы при построении проекта распределенной АСУ в Trace

Mode.

3. Построить базу каналов проекта распределенной АСУ в соответст-

вии с заданием.

4. Выполнить отладку базы каналов проекта АСУ.

1.3. Общие сведения о SCADA-системе Trace Mode

Trace Mode – это программный комплекс, предназначенный для

разработки, настройки и запуска в реальном времени автоматизиро-

ванных систем управления технологическими процессами. Этот ком-

плекс включает в себя инструментальную систему разработки АСУ и

исполнительные модули (runtime).

В инструментальной системе разрабатывается проект АСУ, в

который входят общая структура распределенной системы, база дан-

ных реального времени, программы обработки данных и управления,

графические экраны для визуализации состояния технологического

процесса и управления им, а также шаблоны для генерации отчетов о

работе производства.

SCADA-система Trace Mode. Основные понятия. Редактор базы каналов

Инструментальная система содержит:

• редактор базы каналов;

• редактор представления данных;

• редактор шаблонов.

В зависимости от лицензии инструментальная система позволя-

ет создавать проекты для разного количества каналов ввода/вывода

(128, 1024, 32000, 64000).

В редакторе базы каналов (рис. 1.1) создаются математиче-

ская и информационная основы системы управления: описываются

конфигурации рабочих станций, контроллеров и устройств связи с

объектами (УСО); настраиваются информационные потоки между ни-

ми, сетевой обмен; описываются входные и выходные сигналы и ус-

танавливается их связь с устройствами сбора данных и управления;

задаются периоды опроса или формирования сигналов, а также зако-

ны первичной обработки и управления, технологические границы,

программы обработки данных и управления; настраивается архиви-

рование технологических параметров.

Рис. 1.1. Редактор базы каналов

В редакторе представления данных (рис. 1.2) разрабатывает-

ся графическая часть проекта системы управления. При этом созда-

ется статичный рисунок технологического объекта, а затем поверх не-

го размещаются динамические формы отображения и управления.

Среди них такие, как поля вывода численных значений, графики, гис-

тограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим гра-

фическим фрагментам и т. д. Все формы отображения информации,

управления и анимационные эффекты связываются с информацион-

ной структурой, разработанной в редакторе базы каналов.

Исполнительные модули – это программы, под управлением

которых запускается АСУ, созданная в инструментальной системе. В

группу исполнительных модулей входят следующие основные про-

граммы: монитор реального времени (МРВ); Adaptive Control МРВ;

Double Force МРВ; SUPERVISOR; глобальный регистратор; сервер

документирования; консоль тревог; микро-МРВ; микро-МРВ Мо-

дем +; микро-МРВ GSM +; GSM-активатор; Web-активатор.

Главное

меню

Панель

инст

ру

ментов

Строка

стат

са

Рабочая

область

редактора

Лабораторная работа № 1

Первые мониторы реального времени предназначены для орга-

низации работы верхнего и административного уровней АСУ. Микро-

МРВ, микро-МРВ Модем+ и микро-МРВ GSM + предназначены для

работы в контроллерах нижнего уровня систем управления, естест-

венно, при условии наличия в них операционной системы MS DOS.

Рис. 1.2. Редактор представления данных

Монитор реального времени предназначен для запуска на

АРМ операторов, с его помощью осуществляющих супервизорный

контроль и управление технологическими процессами.

Под управлением МРВ можно решить такие задачи, как запрос

данных о состоянии технологического процесса с контроллеров ниж-

него уровня по любому из встроенных протоколов или через драйвер;

передача на нижний уровень команд управления по любому из встро-

енных протоколов или через драйвер; обмен данными с платами

УСО; сохранение данных в архивах; обмен данными по сети с уда-

ленными МРВ; передача данных по сети на следующий уровень АСУ;

обмен с базами данных через ODBC; представление оператору гра-

фической информации о состоянии технологического процесса; авто-

матическое и супервизорное управление технологическим процессом;

обмен данными с другими приложениями WINDOWS через

DDE/NetDDE/OPC и другие функции.

Функции Adaptive Control МРВ полностью совпадают с функ-

циями обычного МРВ. Однако в отличие от него данный монитор под-

держивает библиотеку алгоритмов адаптивного регулирования.

Double Force МРВ работает как обычный МРВ, но дополнитель-

но имеет функции горячего резервирования.

Главное меню

Панель

инст

ру

ментов

Навигатор

оекта

Списо

графических

элементов

эк

ана

Рабочая

область

Атрибуты

графического

элемента

Строка

стат

са

SCADA-система Trace Mode. Основные понятия. Редактор базы каналов

SUPERVISOR предназначен для создания АРМ администратора.

Он является графической консолью и подключается по сети к МРВ

или глобальному регистратору. При этом SUPERVISOR можно

использовать для оперативного управления, а также можно переклю-

чать в режим отображения данных из архивов, которые можно про-

сматривать по временным срезам либо с заданной скоростью в ре-

жиме playback.

Глобальный регистратор – специальный монитор Trace

Mode, предназначенный для ведения глобального архива по всему

проекту. Он архивирует данные, посылаемые ему по сети мониторами

реального времени, и передает их для просмотра мониторам

SUPERVISOR.

Сервер документирования используется для решения задачи

документирования технологической информации. Он по команде

МРВ, собственному сценарию или команде оператора интерпретирует

созданные заранее шаблоны, запрашивает у МРВ необходимые дан-

ные и формирует по ним готовые документы. Эти документы могут

быть распечатаны на принтере, отправлены по E-mail или опублико-

ваны на WEB-сервере.

Микро-МРВ служит для решения задач сбора данных и управ-

ления в контроллерах нижнего уровня АСУТП. Он может быть исполь-

зован в любых PC-совместимых контроллерах. По возможностям ма-

тематической обработки, управления, обмена данными с другими мо-

ниторами Trace Mode Микро-МРВ идентичен МРВ. Однако в нем не

реализованы функции графического вывода информации и архивиро-

вания.

Обмен данными между мониторами Trace Mode по GSM-сети

реализуется в виде SMS-сообщений. Для поддержки такого обмена на

уровне операторских станций предназначен исполнительный модуль

GSM-активатор.

Любая рабочая станция Trace Mode может выступать в качестве

Web-сервера, что позволяет управлять технологическим процессом

через Internet. На удаленном компьютере необходимо иметь только

доступ к Internet и Web-браузер. Для реализации данного режима

предназначен модуль Web-активатор.

Драйвер необходим в том случае, если протокол обмена дан-

ными с используемым устройством не встроен в систему. Основной

функцией драйвера является обеспечение связи Trace Mode с внеш-

ними устройствами. Это могут быть устройства сбора, хранения, об-

работки, передачи данных (контроллеры, УСО, иной компьютер и т.д.)

или какие-либо иные устройства. Драйвер осуществляет согласова-

ние форматов данных Trace Mode и аппаратуры, для связи с которой

он разработан.

Лабораторная работа № 1

1.4. Основные понятия в Trace Mode

Основными понятиями, относящимися к структуре разработки

систем управления в Trace Mode, являются:

• проект;

• узел;

• объект;

• автопостроение.

Проект – это совокупность всех математических и графических

компонентов программного обеспечения (ПО) операторских станций и

контроллеров одной АСУТП, объединенных информационными свя-

зями и единой системой архивирования. Проект может содержать от

одного (например, только контроллер или операторская станция) до

сотни узлов.

Структура проекта описывается и редактируется в редакторе

базы каналов и сохраняется в файле конфигурации проекта. Он име-

ет расширение ctm и записывается в директорию Trace Mode. Все

компоненты проекта хранятся в отдельных файлах в поддиректории с

тем же именем, что у файла конфигурации проекта.

Рис. 1.3. Узлы проекта

После загрузки проекта в редактор базы каналов на экран выво-

дится окно редактирования структуры проекта. В рабочем поле этого

окна отображаются узлы, входящие в проект (рабочие станции и кон-

троллеры). Чтобы перейти к редактированию базы каналов любого

узла проекта, следует выполнить двойной щелчок «мыши» на его

графическом идентификаторе.

Любое устройство, в котором запущено программное обеспече-

ние Trace Mode, реализующее серверные функции, называется уз-

лом. Это может быть контроллер, операторская или архивная стан-

ция.

Проект Trace Mode включает в себя программное обеспечение

всех входящих в него узлов, которые могут быть связаны между собой

локальной сетью, последовательным интерфейсом, коммутируемыми

линиями или радиоканалом. Проект размещается на каждом узле, при

этом наименование поддиректорий его размещения на разных узлах

должно быть одним и тем же.