"Легкие" и "тяжелые" модели "КРУГ-2000" - оптимизация решений интеграции SCADA в управление предприятием

    Минимизировать затраты и в тоже время получить требуемую функциональность для контроля и управления технологическими процессами - возможно ли это? "Легкие" и "тяжелые" модели SCADA КРУГ-2000^®, реализующие идею модульности[1]] - это оптимальные решение для построения АСУ ТП любой мощности с использованием практически любых контроллеров и УСО. По соотношению "цена-качество" "легкие" модели являются одними из самых привлекательных на рынке SCADA-систем.

    "Легкие" модели SCADA КРУГ-2000 относятся к классу полнофункциональных SCADA, предназначенных для создания АСУ ТП малой и средней информационной мощности с использованием практически любых контроллеров и УСО.

    "Тяжелые", РСУ - модели SCADA КРУГ-2000 относятся к классу интегрированных SCADA. Объем функциональности "тяжелой" (интегрированной) модели КРУГ-2000 позволяет создавать на ее основе АСУ ТП класса РСУ (DCS) с повышенными требованиями к надежности и использующих PC-совместимые контроллеры со средой программирования и исполнения производства НПФ "КРУГ".

    Функциональность и структуру АСУ ТП, создаваемой на основе "легкой" и "тяжелой" моделей, определяют программные комплексы Среды исполнения (Run-time) SCADA КРУГ-2000. Их можно классифицировать следующим образом:

• По выполняемым функциям:
  • Комплексы, выполняющие только информационные функции по сбору и хранению данных без возможности управления
  • Комплексы, которые помимо информационных задач выполняют функции управления.
  
  Программные комплексы без возможности управления содержат в своем составе модуль "Графический интерфейс без управления", а комплексы с возможностью управления модуль - "Графический интерфейс с управлением".
• По типу сбора и хранения информации:
  • комплексы, осуществляющие сбор и хранение текущих (оперативных) данных технологического процесса
  • комплексы с возможностью архивирования данных для последующего просмотра и обработки.
  
  Комплексы без функции архивирования содержат в своем составе модуль "Сервер Базы Данных" (Сервер БД), а комплексы с функцией архивирования - модуль "Сервер Архивной Базы Данных" (Сервер АБД).
• По структуре создаваемой АСУ ТП:
  SCADA КРУГ-2000 позволяет создавать АСУ ТП как с локальной (одно или более независимых АРМ оператора), так и с распределенной архитектурой.

Программные комплексы включают определенный набор исполняемых модулей и имеют следующие варианты исполнения:
• Базовое - основной набор модулей функций (модулей), достаточный для построения разнообразных рабочих мест системы управления
• Профессиональное - расширенный набор функций (модулей) для систем с повышенными требованиями к надежности. Например, функции резервирования, автоматического переключение сетей и серверов, автоматической печать отчетов и другие
• Пользовательское - гибкая возможность самостоятельного выбора необходимых функций (модулей) для конкретной системы управления.

    На основе данного комплекса может быть построена АСУ ТП локальной архитектуры (рисунок 1). Сервер через интерфейсы связи опрашивает все устройства связи с объектом (УСО), входящие в состав АСУ ТП, и преобразует информацию в вид, понятный оператору. Контроль и супервизорное управление технологическим процессом оператором АСУ ТП обеспечивает модуль "Графический интерфейс".

Интерфейсы связи - это промышленные интерфейсы, поддерживаемые SCADA КРУГ-2000.
УСО - это устройства, драйверы которых реализованы в данной версии SCADA (в настоящий момент несколько десятков), а также все устройства поддерживающие ОРС. Для связи с УСО используется модуль "Сервер ввода-вывода".

АСУ ТП такой архитектуры, как правило, применяются для объектов с небольшим количеством точек ввода-вывода (до 500), не выдвигающих повышенных требований к обеспечению взрыво- и пожарной безопасности, а также не критичных к временной потере контроля и управления.

     Достоинства такой АСУ ТП на базе SCADA КРУГ-2000:

• Низкая стоимость. Например, цена программного комплекса "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА-СЕРВЕР" на 60 точек ввода-вывода равна всего 155 у.е. (без НДС)
• Простота проектирования
• Компактность
• Низкие требования к мощности вычислительного оборудования.

     АСУ ТП, построенная по технологии "клиент - сервер" (рисунок 2), представляет собой вариант распределенной архитектуры системы управления.

Основной сервер осуществляет обмен информацией с УСО через интерфейсы связи, а второй сервер находиться в 100%-ом "горячем" резерве.
Контроль и управление осуществляется с тех Станций операторов-клиентов, Графический интерфейс которых связан с основным сервером.

    Комплекс "СЕРВЕР БД" имеет графический интерфейс с ограничением количества мнемосхем (до 5) и выполняет следующие функции:

• Загрузка, ведение Базы Данных и предоставление доступа к ней клиентским приложениям
• Опрос УСО и обработка полученных значений
• Диагностика каналов связей и сетей
• Регистрация событий системы и ведение протокола событий
• Ведение трендов.

    АРМ с установленным комплексом "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА-КЛИЕНТ" - это основное рабочее место контроля и управления технологическим процессом. Комплекс предоставляет для этого все необходимые функции:

• Визуализация состояния объектов АСУ ТП с динамической индикацией значений параметров технологического процесса
• Отображение поведения контуров регулирования
• Сигнализация аварийных и предаварийных ситуаций
• Дистанционное управление исполнительными механизмами и приводами
• Дистанционное изменение заданий аналоговым регуляторам
• Разграничение доступа к средствам системы управления по паролю
• Визуализация протокола событий
• Визуализация истории процесса в виде графиков и таблиц
• и другие

    АСУ ТП такой архитектуры можно рекомендовать для систем контроля и управления с количеством точек ввода-вывода до 5000, выдвигающих повышенные требований к обеспечению взрыво- и пожарной безопасности, а так же критичных к временной потере контроля и управления. Для "легкой" SCADA КРУГ-2000 5000 точек ввода-вывода - это нормальная нагрузка, однако и масштаб АСУ ТП с десятками тысяч параметров может быть реализован с помощью "легкой" модели.

    Достоинствами данной архитектуры АСУ ТП на базе SCADA КРУГ-2000 являются:

• Низкая вероятность временной потери контроля и управления
• Низкая вероятность частичной потери данных
• Простота контроля и управления за счет большого количества рабочих мест оператора
• Возможность масштабирования за счет подключения дополнительных клиентов.

    Для построения АСУ ТП по технологии "клиент-сервер" можно использовать и другие комплексы Среды исполнения SCADA "КРУГ-2000", например:

• "СТАНЦИЯ МОНИТОРИНГА-СЕРВЕР"
• "СТАНЦИЯ МОНИТОРИНГА-КЛИЕНТ"
• "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА/АРХИВИРОВАНИЯ-СЕРВЕР"
• "СТАНЦИЯ ОПЕРАТОРА/АРХИВИРОВАНИЯ-КЛИЕНТ".

    В информационно-управляющей структуре предприятия SCADA-система обеспечивает автоматизацию функций контроля и супервизорного управления технологическими процессами. В современной классификации уровней управления предприятием (рисунок 3) это уровень 2. Информационный обмен между SCADA-системой и системами нижнего (уровень 1) и верхнего(MES, ERP) уровней управления является самым напряженным по объему информации и времени реакции на события. Таким образом, современная SCADA-система должна поддерживать гибкую и быструю интеграцию с программными системами нижнего и верхнего уровней управления предприятием.

    Рассмотрим возможности и программные средства SCADA "КРУГ-2000", которые обеспечивают такую интеграцию. По своей архитектуре SCADA "КРУГ-2000" является модульной, интегрированной и открытой программной системой [1]].

Интеграция с нижним уровнем
    Сбор данных и передача управляющих воздействий в PLC и/или УСО (Устройство Связи с Объектом) - основные функции SCADA. "КРУГ-2000" поддерживает такие сетевые протоколы обмена данными, как Fast Ethernet, RS-485, RS-232, CAN, DeviceNet, TCP/IP, UDP, Modbus и ряд других. Программные средства SCADA "КРУГ-2000" включают Сервер Ввода-Вывода и Библиотеку драйверов УСО, которые поддерживает работу с более чем 60 контроллерами и УСО, а также со всеми устройствами, поддерживающими стандарт OPC. Если в библиотеке отсутствует требуемый драйвер, то для его создания предназначен "SDK для разработки Пользовательских драйверов УСО".
    Одним из преимуществ SCADA "КРУГ-2000" является глубокая интеграция со средой программирования контроллеров(soft-logic). В НПФ "КРУГ" разработана Среда Исполнения для РС-совместимых контроллеров, которая функционирует под управлением операционных систем QNX, LINUX. Интеграция SCADA "КРУГ-2000" со Средой Исполнения контроллеров обеспечивается следующими решениями:

• единая База Данных реального времени SCADA "КРУГ-2000" и Среды Исполнения контроллеров;
• использование модуля РСУ (/i>Распределенная Система Управления) SCADA "КРУГ-2000".Функции модуля:
  • поддержка отказоустойчивого высокоэффективного алгоритма и протокола обмена с контроллерами;
  • передача команд управления от оператора к контроллеру с максимальным приоритетом;
  • обработка событийных сообщений, сформированных в контроллере
  • другие функции, позволяющие создавать полномасштабные, полнофункциональные АСУ ТП класса РСУ;
• сетевая загрузка контроллеров. Выполняется со Станции инжиниринга;
• On-line диагностика контроллера и его модулей. Выполняется со Станции инжиниринга и со Станции оператора;
• Максимальная децентрализация обработки переменных (вся обработка переменных оперативной Базы Данных выполняется на контроллерном уровне).

• наилучшие динамические характеристики АСУ ТП в целом;
• однократный набор атрибутов Базы Данных (минимизирует количество ошибок при подготовке данных);
• применение полностью совместимых программных средств (SCADA и контроллеров) одного производителя (нет необходимости приобретать программное обеспечение у разных фирм);
• простота технической поддержки ("из одних рук");
• гарантия совместимости новых версий со старыми (нет необходимости осуществлять версионный контроль программных средств разных фирм).

• COM, DCOM, ActiveX - разработка программных средств;
• OPC - программный интерфейс для передачи информации в области промышленной автоматизации;
• ODBC - обмен информацией с Базами Данных с использованием языка SQL.
      В дополнение к поддержке международных стандартов программные средства SCADA "КРУГ-2000" включают следующие компоненты:
• API интерфейс БД - доступ к данным реального времени "КРУГ-2000" для "внешних" приложений;
• Универсальный конвертер данных™ - преобразование данных "КРУГ-2000" в форматы статистической обработки (например, CSV для MS Exсel) и электронного документооборота (XML);
• Файл-Обмен™ - клиентское приложение обмена данными SCADA "КРУГ-2000" с файл-сервером пользователя.     Наличие этих развитых средств позволило осуществить интеграцию "КРУГ-2000" с известными системами управления предприятием (VisualPlant). Пример построения информационной структуры управления предприятием с использованием SCADA "КРУГ-2000" приведен на рисунке 4.

    Поддержка ОРС-технологии. В "легкой" модели SCADA КРУГ-2000 - это основа интеграции SCADA-системы прежде всего с "нижним" уровнем управления технологическим процессом, в "тяжелой" - с "верхним" уровнем управления предприятием. Необходимые для этого компоненты - "ОРС-сервер" и "ОРС-клиент" - являются модулями Среды исполнения SCADA КРУГ-2000 (рисунок 5).

    Internet/Intranet. Конечно, не забыты в "легкой" и "тяжелых" моделях и возможности использования Internet/Intranet для мониторинга технологического процесса. Удаленный контроль с помощью Web-браузера обеспечивает модуль "Web-контроль™" Среды исполнения (рисунок 4).

    В настоящее время НПФ "КРУГ" осуществляет разработку территориально-распределенной АСУ производства пива на ОАО "ВИЗИТ" города Кузнецка (рисунок 6).
    На "нижнем" уровне этой АСУ ТП используются аппаратные средства фирмы "ОВЕН" ТРМ-138, обмен данными с которыми осуществляется по ОРС-технологии (ОРС-сервер фирмы "ОВЕН" и ОРС-клиент фирмы "КРУГ").
    На SCADA-уровне контроль и управления технологическим процессом производства пива осуществляют с АРМов, где установлены программные комплексы SCADA "КРУГ-2000".
    В городе Пенза на расстоянии 120 километров от основного производства (город Кузнецк) осуществляется учет и контроль технологического процесса с помощью MS Internet Explorer. Пример отображения мнемосхемы технологического процесса варки пива в окне Internet Explorer приведен на рисунке 7.
    Для управления производством предполагается использование ERP-системы Microsoft Axapta.

    Выводы
    SCADA "КРУГ-2000" обладает всеми механизмами, необходимыми для эффективной интеграции в систему управления предприятием в целом как на MES- так и на ERP-уровнях.
    Политика НПФ "КРУГ" формирования программных комплексов Среды исполнения SCADA КРУГ-2000 нацелена на развитие стратегической инициативы фирмы, которая сформулирована как "отказ от торговли с нагрузкой". Это означает для Пользователя два основных преимущества:

• возможность собрать Среду исполнения только с теми функциями (модулями), которые в данное время нужны, т.е. оплачивать следует только те функции, которые нужны. При этом Среда разработки - полностью бесплатна.
• возможность в будущем "бесшовно" и легко дополнять, при необходимости, уже имеющуюся систему новыми модулями, т.е. обеспечить масштабируемость системы не только по "объему" (точкам ввода-вывода), но и по функциям.

Литература

1. М.Б. Шехтман. Модульная интегрированная SCADA "КРУГ-2000" - новые решения. - "Промышленные АСУ и контроллеры". №2, 2004 г.
2. Л.Шерешевский. Вопросы открытости SCADA-систем.- "Мир компьютерной автоматизации", №4, 2003 г.