Методичка ПСА genie

управляющих систем: Учебное пособие. – Днепропетровск:

НМетАУ, 2002. – с.

В пособии приводятся правила и приемы работы со SCADA-пакетом GENIE, предлагаются

специальности 7.092501 – «Автоматизированное управление технологическими процессами и производствами» использовать SCADA-системы для разработки программного обеспечения АСУТП в курсовом и дипломном проектировании. Для работы с пособием студенты должны быть знакомы с общими принципами построения ПО АСУТП и основными особенностями функционирования ПО реального времени, а также обладать навыками разработки алгоритмов для АСУТП.

ИЗДАЕТСЯ В АВТОРСКОЙ РЕДАКЦИИ

Рецензенты: Г. В. Кузнецов, докт. техн. наук, профессор,

(Национальный горный университет Украины)

В. Г. Акуловский, канд. техн. наук, доцент, (Академия таможенной службы Украины)

Национальная металлургическая

академия Украины

2

ВВЕДЕНИЕ

В наше время большинство технологических процессов в промышленности невозможно представить без применения АСУТП. Автоматизация производства повышает качество продукции, во многих случаях снижает энерго- и материалоёмкость процесса, улучшает его контролируемость, изолирует человека от множества вредных факторов, улучшает условия труда в целом.

Широкое распространение АСУТП привело к необходимости рационализации процесса проектирования АСУТП, который является весьма длительным и трудоемким. Значительно облегчить этот процесс позволяют системы автоматизированного проектирования (САПР).

Как известно, в состав АСУТП входят такие основные части [1], как

-техническое обеспечение (ТО);

-программное обеспечение (ПО);

-организационное обеспечение (ОО);

-информационное обеспечение (ИО);

-оперативный персонал.

При разработке отдельных частей АСУТП применяются конкретные САПР, с помощью которых решаются определенные задачи.

Для принятия решения о принципе действия системы (разработка алгоритма функционирования, выбор закона управления и принципа управления и т.п.) применяются различные пакеты динамического моделирования, например, библиотека Simulink, входящая в состав пакета

MATLAB [2].

При автоматизированном проектировании ТО АСУТП (выбор элементной базы, выбор датчиков, функциональная и конструктивная компоновка комплекса, разработка схем и чертежей) могут применяться такие пакеты, как AutoCAD, Компас, PCAD, WorkBench и др [3-5].

В процессе разработки ОО (составление технического описания АСУТП, инструкций по эксплуатации и других текстовых документов, а также систем помощи и подсказок) применяются различные текстовые редакторы,

например, MS Word [6].

Программное обеспечение является, пожалуй, самой сложной и ответственной частью АСУТП. Разработка ПО, несмотря на наличие множества методологий, считается скорее искусством, чем наукой, требуя при этом высокой квалификации разработчиков. К сожалению, опытный программист, создающий ПО АСУТП, не всегда может полностью разобраться во всех тонкостях технологического процесса, поэтому ПО зачастую не

3

соответствует всем пожеланиям заказчика. Решить данную проблему в какойто мере позволяют так называемые SCADA-системы. Наборы инструментальных средств, входящие в состав этих САПР, предоставляют возможность специалистам, не обладающим глубокими знаниями в программировании (например, технологам), создавать ПО АСУТП без помощи программистов.

Пособие состоит из пяти разделов. В первом разделе рассматривается проблема применения САПР для проектирования различных составных частей АСУТП, обсуждаются особенности применения САПР для проектирования ПО, проводится сравнительный анализ наиболее распространенных SCADA- пакетов.

Второй раздел содержит подробное описание SCADA-пакета GENIE, основные правила и приемы работы в нем. Материал этого раздела, содержащий информацию о работе с конкретными блоками, следует изучать по мере их использования при проектировании систем.

Втретьем разделе приведены примеры реализации некоторых часто встречающихся задач. Эти примеры при желании могут включаться в проекты как законченные алгоритмические модули.

Вчетвертый раздел включены некоторые приемы имитации объектов управления, как в рамках GENIE, так и в других программных продуктах с использованием DDE-интерфейса.

Пример создания законченной АСУТП с имитатором объекта управления приведен в пятом разделе пособия. Проработка приведенного примера позволит уяснить те особенности комплексного проектирования в GENIE, на которые возможно не было обращено внимание при изучении предыдущих разделов.

Появление настоящего пособия вызвано отсутствием доступной учебнометодической литературы по применению современных SCADA-систем. Оно позволит студентам специальности «Автоматизированное управление технологическими процессами и производствами» использовать SCADA- системы для разработки программного обеспечения АСУТП в курсовом и дипломном проектировании. При этом следует учитывать то обстоятельство, что к моменту изучения САПР студенты-автоматчики должны быть знакомы с общими принципами построения ПО АСУТП и основными особенностями функционирования ПО реального времени, а также обладать навыками разработки алгоритмов для АСУТП. В пособии приводятся правила и приемы работы со SCADA-пакетом GENIE, предлагаются типовые фрагменты алгоритмов АСУТП, которые могут быть использованы в курсовом и дипломном проектировании, и примеры их применения.

4

1. SCADA-СИСТЕМЫ КАК ИНСТРУМЕНТ СОЗДАНИЯ И СОСТАВЛЯЮЩАЯ ПО АСУТП

Не вызывает сомнений, что АСУТП в большинстве случаев являются системами организационно-техническими, что означает наличие функций, выполняемых человеком (оператором).

Несколько десятков лет назад эти функции заключались в основном в наблюдении за контрольно-измерительными приборами и непосредственном ручном управлении технологическим процессом.

После того, как компьютеризация достигла производственного сектора, на рабочих столах операторов появились компьютеры, где взаимодействие между оператором и технологическим процессом осуществляется с помощью программного обеспечения, получившего общее название SCADA или SCADA-система. В переводе на русский язык понятие «SCADA-система»

(Supervisory Control And Data Acquisition System) - система сбора данных и оперативного диспетчерского управления.

Необходимо различать программное обеспечение SCADA, функционирующее в составе АСУТП конкретного объекта, и набор инструментальных программных средств, предназначенный для разработки такого программного обеспечения. Обе эти разновидности ПО весьма тесно связаны (например, run-time компоненты инструментальной системы непосредственно используются в объектном ПО), поэтому будем называть их системами SCADA, а о какой из них идет речь будет ясно из контекста.

Для начала остановимся на основных функциях, которые возлагаются на любую SCADA-систему, независимо оттого, является она широко тиражируемым продуктом известной компании или создана специалистами отдела АСУТП предприятии для своих конкретных нужд.

Как следует из самого названия, на SCADA-систему возлагаются две основные функции:

•сбор данных о контролируемом технологическом процессе;

•управление технологическим процессом, реализуемое операторамитехнологами.

Согласно традиционной структуре аппаратных средств АСУТП SCADA- системы в иерархии программного обеспечения систем промышленной автоматизации находятся на уровнях 2 и 3 (контроллеры и промышленные компьютеры соответственно) и обеспечивают выполнение следующих основных функций:

5

•прием информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижних уровней и датчиков;

•сохранение принятой информации и архивах;

•вторичная обработка принятой информации;

•графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации и удобной для восприятия форме;

•прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов;

•регистрация событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и действиями персонала;

•оповещение персонала об обнаруженных аварийных событиях;

•формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации;

•обмен информацией с автоматизированной системой управления верхнего уровня;

•непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданными алгоритмами.

Если попытаться коротко охарактеризовать основные функции, то можно сказать, что SCADA-система собирает информацию о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с оператором, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом. Наличие некоторых функций и объем их реализации сильно варьируются от системы к системе.

ПО с ярко выраженным упором на функции взаимодействия с оператором (визуализация и т.п.) называют пакетами MMI (Man Machine Interface), или HMI (Human Machine Interfaced).

На такой функции, как автоматическое управление, стоит задержать наше внимание. Хотя практически все известные инструментальные SCADA- системы обеспечивают возможность непосредственного автоматического управления технологическим процессом, разработчику АСУТП следует на этапе проектирования тщательно продумать целесообразность совмещения функций автоматического управления и операторского интерфейса на одном компьютере. Хотя такое совмещение позволяет экономить на аппаратных средствах, оно может иметь и ряд негативных последствий, отмечаемых специалистами [7].

6

Во-первых, может оказаться, что операционная система операторской станции не обеспечивает необходимую для конкретного технологического процесса скорость и/или детерминированность реакции SCADA-системы.

Во-вторых, неумелые действия оператора или запуск им несанкционированного программного обеспечения может вызвать «зависание» операторской станции.

Разумеется, существует довольно большой класс инерционных систем (типа системы управления температурой методической печи), где несколько минут, потраченных на перезапуск управляющего компьютера, не приводят к сколько-нибудь заметным негативным последствиям. Для такого рода систем решение типа «все в одном компьютере» при надлежащей страховке сторожевым таймером может оказаться вполне допустимым.

Очевидно, что перечисленные ранее функции могут выполняться прикладной программой (набором прикладных программ), разработанной практически на любом языке высокого уровня. Причем по быстродействию, ресурсоемкости и другим показателям эффективности ПО такая программа может даже опережать аналогичное ПО, созданное с помощью специализированных инструментальных SCADA-систем. Тем не менее, в большинстве случаев SCADA-системы действительно позволяют значительно ускорить процесс создания ПО верхнего уровня АСУТП, не требуя при этом от разработчика знаний современных языков программирования. Более того, SCADA-система доступна не только для разработчика, но и для конечного пользователя создаваемой АСУТП – технолога, как правило, не обладающего навыками программирования.

Помимо доступности, SCADA-системе должна быть присуща максимальная открытость. Очень часто SCADA-системы имеют весьма специфические механизмы обмена данными с аппаратурой ввода-вывода. Ряд SCADA-систем имеет встроенную поддержку устройств ввода-вывода, что, с одной стороны, ограничивает разработчика/пользователя в выборе технических средств, на базе которых строится система, а с другой – затрудняет применение разработанного ПО при модернизации технических средств.

Есть еще один неприятный момент, когда поддержка аппаратуры встроена в SCADA-систему. Речь идет о том, что производители SCADA- системы, которым приходится самостоятельно писать драйверы для различных типов аппаратуры, не всегда могут качественно разработать драйвер, который бы поддерживал все функциональные возможности обслуживаемых

7

технических средств. В подобных драйверах встречаются досадные ошибки, которые выявляются на этапе разработки проекта или, что еще хуже, в процессе эксплуатации системы заказчиком.

Еще одним важным требованием к SCADA-системе является умеренная цена. Стоимость системы, затраты на освоение и стоимость работ по созданию, сопровождению и развитию АСУТП должны быть минимальными. При прочих равных условиях данное требование является наиболее существенным и, пожалуй, решающим при выборе SCADA-системы. Надо отдавать себе отчет в том, что разработчики SCADA-систем всегда стараются извлечь максимальную выгоду из продаж своего продукта, строя свой бизнес на продажах систем исполнения (run-time) и множества различных функционально завершенных компонентов, платном обучении, платных обновлениях и платном сопровождении.

Следует обратить внимание еще на один момент. Различные SCADA- системы могут работать под управлением различных операционных систем (DOS, Windows, QNX или OS-2). Требования к параметрам операционной системы должны определяться прикладной задачей. Для некоторых возможности Windows окажутся достаточными, для других – потребуется больше ресурсов. При выборе операционной системы для АСУТП верхнего уровня необходимо учитывать то, что неотъемлемой частью системы здесь является человек, время реакции которого на события достаточно велико.

Среди наиболее распространенных на рынке стран СНГ SCADA-систем можно выделить следующие:

−GENIE 3.0

−GENESIS32

−RTWin

−TRACE MODE 5.0

Основные характеристики данных пакетов [8-12] сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Основные характеристики наиболее распространенных систем SCADA

*) данные отсутствуют; **) экспертная оценка.

Таким образом:

1)Применение SCADA является сегодня не просто желательным, а скорее необходимым средством автоматизации создания ПО АСУТП.

2)В большинстве случаев SCADA-системы позволяют значительно ускорить процесс создания ПО верхнего уровня АСУТП, не требуя при этом от разработчика знаний современных языков программирования общего назначения.

Из присутствующих на рынке SCADA-систем наиболее подходящей для применения в учебном процессе вузов является пакет GENIE, основными достоинствами которого являются относительная быстрота освоения и наличие бесплатной демо-версии.

9

2.ОСНОВЫ РАБОТЫ С GENIE 3.0

2.1.СОСТАВ И АРХИТЕКТУРА ПАКЕТА

Пакет GENIE, разработанный фирмой Advantech, является инструментальным средством для создания программного обеспечения сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA),

исполняющегося в среде MS Windows 3.x, Windows 95 и Windows 98. GENIE

текущей версии может применяться в проектах АСУТП масштаба технологического участка и/или цеха, с начальным или средним уровнем сложности.

Пакет GENIE состоит из двух основных программных модулей:

Построителя стратегий GENIE (GENIE.EXE) и Исполнительной среды GENIE (GENIERUN.EXE). Построитель стратегий используется для проектирования и тестирования проектов, называемых стратегиями, а Исполнительная среда – только для исполнения стратегий.

Кроме того, в составе пакета имеется программа установки и настройки устройств ввода/вывода, а также набор динамически компонуемых библиотек (DLL), выполняющих различные функции в процессе разработки и выполнения программного обеспечения SCADA.

GENIE имеет модульно-ориентированную открытую интегрированную архитектуру (рис. 2.1). Открытость архитектуры позволяет легко реализовывать взаимодействие GENIE с другими приложениями для совместного доступа к данным во время исполнения стратегий.

Рис. 2.1. Архитектура GENIE 3.0

Результат разработки приложения в GENIE сохраняется в файле стратегии, который представляет собой двоичный файл с расширением .GNI. Стратегия – это совокупность одной или нескольких задач вместе с одной или большим количеством экранных форм, а также одним основным

10