АСУ упаковочного производства

2.3.1. Автоматизированные системы управления на уровне производственной линии

Автоматизированные системы на уровне производственной линии предназначены для сбора данных и диспетчерского управления с участием персонала. Этот уровень управления должен обеспечивать:

–диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по его графическому отображению на экране в реальном масштабе времени;

–расчет и выбор законов управления, настроек и уставок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;

–оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам обработки информации от второго уровня;

–синхронизацию и устойчивую работу систем типа «агрегат» для группового управления технологическим оборудованием;

–ведение единой базы данных технологического процесса.

В автоматизированных системах на уровне производственных линий чаще всего используются системы SCADA. SCADA – программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации о большом числе удаленных объектов (от 1 до 10000) или одного территориально распределенного объекта. SCADA-система отображает информации о ходе технологического процесса, с помощью которой оператор может видеть состояние объекта и управлять им. Диспетчер зачастую обладает возможностью не только пассивно наблюдать за объектом, но и управлять им, реагируя на различные ситуации.

Задачи SCADA-систем:

–сбор и обработка первичной информации от устройств нижнего уровня в режиме реального времени;

–обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы;

–отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме;

–ведение базы данных реального времени с технологической информацией;

–аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;

–подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;

–обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).

Любая SCADA-система включает три компонента: удалённый терминал (RTU – Remote Terminal Unit), диспетчерский пункт управления (MTU – Master Terminal Unit) и коммуникационную систему (CS – Communication System), рис.2.15.

RTU подключается непосредственно к контролируемому объекту и осуществляет управление в режиме реального времени. Таким терминалом может служить как примитивный датчик, осуществляющий съем информации с объекта, так и специализированный многопроцессорный отказоустойчивый вычислительный комплекс, осуществляющий обработку информации и управление в режиме реального времени.

Рис.2.15. Основные структурные компоненты SCADA-системы

Системы реального времени бывает двух типов: системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени. Системы жесткого реального времени не допускают никаких задержек. Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом. Один из вариантов SCADA-системы представлен на рис.2.16, и состоит из двух частей:

– центральное управление, левая часть, создана для обработки большого входного потока информации и хранения обрабатываемых данных. Основные характеристики:

–это большой поток данных, визуализация и удобное хранение, самое главное-заложенные алгоритмы, которые корректируют процесс по множеству параметров,

–производственная сеть или промышленная сеть, правая часть -промышленная зона, для которой характерны большие помехи, тяжелые условия эксплуатации (шум, вибрации, сложный температурный режим, различные излучения) и во всем этом нужна надежная работа и хорошая связь с левой частью.

Как видим, вся связь построена на модемах (оптические, медные или беспроводные плюс поддержка различных промышленных протоколов). Управление исполнительной частью осуществляется через промышленные контроллеры (RTU/PLC). Сбор с данных с локальных мест, также через них.

MTU- диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого реального времени.

Одна из основных функций – обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой. MTU может быть реализован в самом разнообразном виде – от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов.

Рис.2.16. Один из вариантов SCADA-системы

CS- коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU. В качестве коммуникационной системы могут использоваться следующие каналы передачи данных: выделенные линии, радиосети, аналоговые телефонные линии, ISDN сети, сотовые сети GSM (GPRS). Зачастую устройства подключаются к нескольким сетям для обеспечения надёжности передачи данных.

В системах SCADA обязательно наличие человека (оператора, диспетчера). Диспетчер несет, как правило, общую ответственность за управление системой, которая, при нормальных условиях, только изредка требует подстройки параметров для достижения оптимального функционирования. Большую часть времени диспетчер пассивно наблюдает за отображаемой информацией. Активное участие диспетчера в процессе управления происходит нечасто, обычно в случае наступления критических событий – отказов, аварийных и нештатных ситуаций и пр. Действия оператора в критических ситуациях могут быть жестко ограничены по времени (несколькими минутами или даже секундами).

Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.

К техническим характеристикам SCADA-систем относятся:

1. Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем. Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows платформах. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.),