Программные средства автоматизации

Задачи, которые позволяют решать современные системы промышленной автоматизации, можно разделить на следующие группы:

- автоматизация управления технологическими процессами;

- взаимодействие системы с оператором – системы диспетчирезации;

- автоматизированный контроль и измерения – системы мониторинга;

- обеспечение безопасности – системы блокировки и сигнализации.

На сегодняшний день уровень развития программных средств автоматизации позволяет использовать универсальные программы при выполнении конкретных задач автоматизации, просто используя специальные настройки.

К таким универсальным программам относятся:

- OPC сервер;

- средства МЭК-программирования контроллеров;

- SCADA-пакеты.

Широко используются программы такие программы, как LabView, Mathlab, HP-VEE и др., ориентированные на автоматизацию эксперимента, измерений и математическую обработку их результатов. Они относятся к графическим языкам программирования и предназначены для сбора данных, моделирования систем автоматизации, автоматического управления, обработки собранных данных и их визуального представления в виде графиков, таблиц, звука, компьютерной анимации.

Для простых задач часто используют заказное программирование на С++ или Visual Basic. Они используются там, где применение универсальных, но сложных и дорогих SCADA-пакетов нецелесообразно (одноконтурные системы, системы измерения однотипных параметров, построение графиков, простые системы индикации др.).

Первоначально для решения задач автоматизации использовались языки программирования высокого уровня и команда профессиональных программистов. Однако ряд требований, продиктованных временем (надежности, простоты, возможности модификации, ограничения по времени установки и стоимости, совместимости с другими системами, наличия удобного и универсального пользовательского интерфейса), привел к разделению труда по созданию программных средств автоматизации.

На сегодняшний день фирмы, специализирующиеся на программном обеспечении, создают универсальные системы программирования задач автоматизации (SCADA-пакеты,

средства МЭК-программирования и др.), а инжиниринговые фирмы (системные интеграторы) адаптируют эти средства к нуждам конкретного заказчика. Благодаря существенному упрощению процесса адаптации по сравнению с классическим программированием, изменения в алгоритмы управления могут быть внесены непосредственно технологом эксплуатирующей организации без привлечения системных интеграторов и программистов.

Программные средства автоматизации должны удовлетворять требованиям открытости, то есть поддерживать:

- стандартные средства программирования МЭК;

- стандарт ОРС для связи с физическими устройствами;

- стандартные сетевые протоколы Ethernet, Modbus; Profibus; CAN и др.;

- стандартный интерфейс ODBC (Open Database Connectivity – подключение к открытой базе данных) для доступа к базам данных с языком запросов SQL;

- наиболее распространенные операционные системы (Windows XP/CE, Linux);

- веб-технологию;

- обмен данными с Microsoft office.

Связь ПО с физическими устройствами в СА осуществляется с помощью методов DDE (практически вытеснена), OLE, COM/DCOM и OPC.

DDE (Dynamical Data Exchange) – динамический обмен данными, использовалась для обмена данными между SCADA-пакетами (клиент) и физическим устройством (сервер);

OLE (Object Linking and Embedding) – связывание и внедрение объектов;

COM (Component Object Model) – модель многокомпонентных объектов, представляет средства для взаимодействия между разрозненными программными модулями (клиент – сервер), написанными на разных языках, которые собираются в единую систему во время исполнения. Может быть размещена и исполняться на веб-странице;

DCOM (Distributed COM) – COM для распределенных систем, позволяет взаимодействовать программам, работающим на разных компьютерах сети. Является универсальной программной технологией, позволяющей осуществить взаимодействие между SCADA в качестве клиента и сервером, обеспечивающим интерфейс к аппаратным средствам промышленной автоматизации. Является базой для стандарта ОРС.

ОРС (OLE for Process Control) – OLE для управления процессами. Лежит в основе всех современных SCADA-пакетов, взаимодействующих с аппаратурой через ОРС-сервер.

Системы автоматизации работают с большими объемами данных, которые надо хранить, сортировать, группировать, извлекать и представлять в виде, удобном для пользователя. Данные извлекаются с помощью языка запросов SQL (Structured Query Language –структурированный язык запросов), который стал стандартом в системах автоматизации.

Наиболее распространенные СУБД: Microsoft SQL Server, Microsoft Access и Excel. Открытые системы используют обращение к СУБД через драйвер ODBC. Он позволяет обеспечить независимость прикладной программы от типа СУБД и операционной системы и позволяет подключиться к нескольким различным СУБД. Для работы с новой базой данных пользователю достаточно добавить в систему новый драйвер ODBC, не изменяя прикладную программу.

Быстродействие ПЛК/компьютера влияет на величину динамической погрешности системы автоматизации и запас ее устойчивости при наличии обратной связи. Большинство операционных систем (ОС) не могут обеспечить одно и то же время выполнения задачи при повторных запусках, т.е. время выполнения является случайной величиной.

Для решения этой задачи были разработаны ОС реального времени (ОС РВ), которые обеспечивают детерминированное время выполнения задач и время реакции на аппаратные прерывания. Причем важно не само время выполнения задачи, а гарантированность постоянства величины этого времени для одной и той же задачи. Различают ОС жесткого (гарантирует известное время выполнения) и мягкого (неопределенность полностью не устранена) реального времени. Например, Windows XP при управлении медленными (тепловыми) процессами может рассматриваться как ОС РВ.

Базовые требования для обеспечения режима РВ:

- высокоприоритетные задачи должны выполняться в первую очередь;

- должна быть исключена инверсия приоритетов (поток с высоким приоритетом требует предоставления ресурса, который уже занят потоком с более низким приоритетом, т.е. высокоприоритетный процесс «стоит в очереди»);

- процессы, время которых нельзя планировать, никогда не должны полностью занимать ресурсы системы.

Наиболее распространенными в ПЛК и компьютерах для решения задач автоматизации являются ОС Windows CE (жесткая), QNX Neutrino и OS-9 (мягкая).

Дата добавления: 2014-01-03