Разработка автоматизированного рабочего места главного энергетика ЭСХ ОФ ОАО «Шахта» Заречная

Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра компьютерных систем в управлении и проектировании (КСУП) Дипломный проект

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ГЛАВНОГО ЭНЕРГЕТИКА ЭСХ ОФ ОАО " ШАХТА " ЗАРЕЧНАЯ"

Студент группы Н. В. Кузьмина Руководитель:

Ст. инженер АСУП ЭСХ ОФ ОАО «Шахта «Заречная», Кемеровская область, г. Полысаево И. Г. Брехов

Реферат

Дипломный проект ____ с., ____ рис., __ табл., __ источников, __ прил.

SCADA-СИСТЕМА, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО, ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК, МНЕМОСХЕМА, РАЗРАБОТКА, ТЕГ, ТРЕНД.

Объектом разработки является автоматизированное рабочее место главного энергетика ЭСХ ОФ ОАО «Шахта «Заречная»

Цель работы — разработка автоматизированного рабочего места главного энергетика для сбора, просмотра и анализа данных показателей электроснабжения с объектов предприятия.

В процессе работы проводилось изучение должностной инструкции главного энергетика, основных понятий АРМ и SCADA-системы InTouch.

В результате проектирования были созданы: функциональная схема АРМ, модели функциональных отношений при работе на АРМ, блок-схема алгоритма при работе на АРМ, мнемосхемы в виде оконных форм, формы графического представления информации в виде трендов.

АРМ реализован на предприятии ЭСХ ОФ ОАО «Шахта «Заречная» .

Внедрение АРМ на предприятие позволит: упростить получение информации главному энергетику предприятия (данные со всех объектах электроснабжения можно просматривать и анализировать на своем рабочем месте); а также повысить степень автоматизации и функциональной возможности системы (учет потребленной энергии предприятием, анализ параметров системы).

Пояснительная записка к дипломному проекту выполнена в текстовом редакторе Microsoft World, диаграммы процесса и потоков данных функционирования АРМ выполнены с помощью программного продукта Allfusion Data Process Modeler, структура предприятия изображена с помощью программного продукта AutoCAD 2008.

автоматизированное рабочее место модель

Обозначения и сокращения

CAD (Computer-aided design) — автоматизированное проектирование

CAE (Computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчетов АРМ — автоматизированное рабочее место АСОДУ — автоматическая система оперативно-диспетчерского управления АСУ — автоматизированная система управления АСУ ТП — автоматизированная система управления технологическим процессом БД — база данных МРВ — монитор реального времени ОТК — отдел технического контроля ОФ — обогатительная фабрика РЗА — релейная защита и автоматика РП — распределительная подстанция СПП — системы плавного пуска УЗО — устройство защитного отключения

• Введение
• 1. Данные по предприятию
• 1.1 Структура предприятия
• 1.2 Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления технологическим комплексом ОФ «Спутник»
• 1.3 Электроснабжение предприятия
• 1.4 Актуальность разработки автоматизированного рабочего места главного энергетика предприятия
• 2. Понятие автоматизированного рабочего места
• 2.1 Основные понятия
• 2.2 Структура типового АРМ
• 2.3 Обзор аналогов АРМ главного энергетика
• 2.4 Требования к разработке АРМ главного энергетика
• 2.5 Средства разработки
• 2.5.1 Платформа Windows
• 2.5.2 SCADA-система InTouch 10.0
• 2.5.2.1 Компоненты SCADA-системы InTouch
• 2.5.2.1.1 Application Manager
• 2.5.2.1.2 Режим разработки WindowMaker
• 2.5.2.2 База данных отображаемых параметров
• 2.5.2.3 Понятие тегов
• 2.5.2.4 Тренды в InTouch
• 2.5.2.5 Программирование в InTouch
• 2.5.2.6 Алармы в InTouch
• 2.5.3 Сеть Ethernet
• 2.5.4 Протокол DDE
• 3. Разработка АРМ главного энергетика
• 3.1 Функциональная схема АРМ
• 3.2 Функционирование АРМ главного энергетика
• 3.3 Алгоритм работы АРМ главного энергетика
• 3.4 Организация информационной базы
• 3.5 Разработка экранных форм
• 3.5.1 Окно АРМ главного энергетика
• 3.5.2 Окно главного корпуса
• 3.5.3 Окно здания углеподготовки
• 3.5.4 Окно Alarm
• 3.5.5 Окно Тренд
• 4. Технико-экономическое обоснование разработки АРМ главного энергетика
• 4.1 Обоснование целесообразности разработки
• 4.2 Организация и планирование работы
• 4.3 График выполнения работы
• 4.4 Расчет сметы затрат
• 4.5 Расчет эксплуатационных затрат
• 4.6 Обоснование эффекта от разработки автоматизированного рабочего места главного энергетика на предприятии
• 5. Безопасность жизнедеятельности
• 5.1 Анализ ОВПФ
• 5.2 Требования и защитные мероприятия в области безопасности жизнедеятельности
• 5.2.1 Электробезопасность
• 5.2.2 Пожаробезопасность
• 5.2.3 Микроклимат на рабочем месте
• 5.2.4 Ионизирующее излучение
• 5.2.5 Шум, вибрация
• 5.2.6 Освещение
• 5.3 Требование эргономики и технической эстетики
• 5.4 Общие требования безопасности перед началом, во время, по окончанию работы и в случае аварийных ситуаций
• 5.5 Выводы о безопасности и экологичности проекта
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложения

В современных условиях для реализации функциональных задач в любой предметной области необходимо использование автоматизированных рабочих мест на базе профессиональных персональных компьютеров. Для каждой предметной области необходимо предусматривать АРМ, соответствующие их назначению.

На предприятии имеется в наличии автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления технологическим комплексом (АСОДУ). Система предназначена для автоматизации управления технологическими процессами, оборудованием и агрегатами технологического комплекса обогатительной фабрики. Однако и электропотребление предприятия должно контролироваться и анализироваться. Следовательно, служба главного энергетика на предприятии должна иметь средства автоматизации. Поэтому было принято решение о создании автоматизированного рабочего места главного энергетика для оперативного получения информации по электроснабжению, что в дальнейшем позволяет проанализировать работу системы.

Цель проекта — создание и функционирование системы сбора и хранения данных об электроснабжении на предприятии с целью осуществления анализа работы системы.

К работе АРМ предъявляются следующие требования:

— получение данных электроснабжения;

— визуализация данных;

— занесение полученных данных в архив данных;

— сообщение об алармах.

Внедрение АРМ позволит:

— упростить получение информации главному энергетику предприятия (данные со всех объектах электроснабжения можно просматривать и анализировать на своем рабочем месте);

— повысить степень автоматизации и функциональной возможности системы (учет потребленной энергии предприятием, анализ и контроль параметров системы).

Для разработки АРМ главного энергетика предстоит решить ряд задач, а именно:

— изучить теоретический материал по созданию АРМ;

— проанализировать деятельность главного энергетика и выяснить набор необходимых параметров для работы АРМ;

— выбрать конфигурацию оборудования и программное обеспечение;

— реализовать и протестировать его работу.

Рассмотрим подробнее каждую задачу.

1. Данные по предприятию

1.1 Структура предприятия

Обогатительная фабрика «Спутник» входит в состав открытого акционерного общества «Шахта «Заречная» .

Обогатительная фабрика «Спутник» — это современный, оснащенный новейшим отечественным и импортным оборудованием комплекс с полным циклом обогащения, замкнутой водношламовой схемой.

Основной целью создания фабрики является перерабатывание добываемого на предприятии угля в концентрат высокого качества.

Технологический комплекс фабрики разработан в соответствии с принятой проектом схемой переработки и обогащения угля.

В состав техкомплекса входят следующие здания и сооружения:

— здание углеподготовки;

— аккумулирующие бункеры рядовых углей;

— главный корпус;

— склад готовой продукции;

— бункеры породы;

— здание вулканизации;

— склад магнетита;

— галереи конвейерного транспорта.

Техкомплекс дополняется существующими объектами поверхности шахты, которые предусматривается задействовать для эксплуатации ОФ. К ним относятся:

— склад рядового угля открытого типа с выходящей конвейерной галереей;

— задние погрузки (погрузочный пункт);

— здание ОТК и химлаборатории;

— бетонные отстойники шламов бывшей ОФ участка гидродобычи шахты.

На предприятии предусмотрена система оперативно-диспетчерского управления фабрикой с размещением ее в энергоблоке главного корпуса, которая обслуживается инженерами-программистами отдела АСУ ТП.

1.2 Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления технологическим комплексом ОФ «Спутник»

Система предназначена для автоматизации управления технологическими процессами, оборудованием и агрегатами технологического комплекса обогатительной фабрики. При реализации системы в полном объеме автоматизируется решение задач контроля и анализа текущих изменений условий по поставкам рядовых углей и отгрузке концентрата, состояния отдельных технологических комплексов и прогнозирования результатов их функционирования, оперативной согласованной коррекции плановых заданий на режимные параметры технологических процессов, оперативной реализации управляющих решений. Структурно такая система состоит из трех взаимосвязанных систем:

— автоматизированной системы оперативного управления производственными процессами фабрики, обеспечивающей формирование сменно-суточных заданий на технологические режимы;

— автоматизированной системы оперативного согласования технологических режимов по стадиям производственного процесса, обеспечивающей коррекцию сменно-суточных заданий с учетом изменяющихся производственных условий;

— автоматизированную систему оперативно-диспетчерского контроля и управления оборудованием и агрегатами всех зданий и корпусов технологического комплекса фабрики.

В пусковой комплекс фабрики входит автоматизированная система оперативно-диспетчерского контроля и управления (АСОДУ) оборудованием и агрегатами всех зданий и корпусов технологического комплекса фабрики.

На АСОДУ возлагается решение следующих основных задач:

— контроль и диагностика состояния поточно-транспортного и технологического оборудования и агрегатов;

— дистанционное и автоматическое управление (включение, выключение и переключение) поточно-транспортным оборудованием;

— автоматическое регулирование параметров технологических процессов в соответствии с заданиями;

— отображение оперативному персоналу информации и регистрация результатов контроля, диагностики и управления осуществляется как в обобщенном виде, так и с требуемой степенью детализации.

Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) технологического комплекса обогатительной фабрики представляет собой двухуровневую систему контроля и управления, схемы укрупненной структуры которой представлены в приложении, А и Б.

Верхний уровень — АСОДУ обогатительной фабрики, обеспечивающая мониторинг состояний и результатов функционирования технологических комплексов углеприема, обогащения, погрузки и фабрики в целом.

Нижний уровень состоит из трех достаточно автономных систем оперативно-диспетчерского управления основными технологическими комплексами:

— автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления технологическим комплексом приемки, подготовки и складирования рядовых углей;

— автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления технологическим комплексом обогащения углей и складирования концентрата и породы;

— автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления технологическим комплексом транспортировки концентрата на существующий погрузочный пункт.

Каждая из перечисленных АСОДУ технологических комплексов, в свою очередь, представляет собой двухуровневую систему. Верхний уровень системы обеспечивает мониторинг состояний и результатов функционирования каждого агрегата в комплексе, формирование и передачу на нижний уровень команд управления комплексом и отдельными агрегатами и механизмами. На нижнем уровне системы выполняется сбор информации с датчиков и местных постов управления, контроль, плановое и аварийное включение и отключение электроприводов в соответствии с требованиями регламента.

АСОДУ обогатительной фабрики и системы верхнего уровня АСОДУ отдельных технологических комплексов реализуются на следующих рабочих станциях:

1) главная диспетчерская станция;

2) операторская станция главного корпуса;

3) операторская станция углеприема;

4) операторская станция в помещении оператора существующего погрузочного пункта № 1;

5) операторская станция бункеровщика породы.

Рабочие станции по п.1…3 размещаются в операторской в энергоблоке (в пристройке к главному корпусу). Эти станции находятся в ведении оператора главного корпуса.

Главная диспетчерская станция обеспечивает:

— обмен информацией с автоматизированными системами оперативно-диспетчерского управления отдельными технологическими комплексами, с системой оперативного управления производственными процессами;

— контроль и оперативный учет технических характеристик продуктов обогащения по стадиям технологического процесса;

— ведение общесистемной базы данных;

— контроль и управление вспомогательным оборудованием фабрики.

Операторская станция главного корпуса в сочетании с системой нижнего уровня обеспечивает контроль и управление основными агрегатами и процессами обогащения — комплексом КАТУ1 (обогащение класса 13−100 мм) и системами импортной поставки (обогащение классов 0−1 и 1−13 мм).

Операторская станция углеприема предназначена для контроля и управления механизмами и агрегатами углеприема, углеподготовки и загрузки аккумулирующих бункеров.

Операторская станция в помещении оператора существующего погрузочного пункта № 1 предназначена для управления и контроля маршрута выгрузки и транспортировки концентрата на погрузку. В перспективе возможен перевод существующей системы управления собственно погрузкой № 1 на эту станцию.

Рабочие станции реализуются на IBM PC совместимых с применением современных SCADA-систем. В состав верхнего уровня АСОДУ включается также инженерная станция, основное назначение которой — инструментальная поддержка проектирования информационного и рабочего программного обеспечения рабочих станций операторов технологических и вспомогательных комплексов в процессе наладки и последующего развития и модернизации АСОДУ.

Нижний уровень АСОДУ включает в себя:

— системы управления оборудованием и агрегатами отечественного производства (поточно-транспортное оборудование, аспирационные системы, насосы и т. д.), реализованные с использованием программируемых логических контроллеров фирмы OMRON, размещаемых в соответствующих РП;

— комплекс КАТУ1 для управления процессом обогащения углей класса 13−100 мм;

— системы управления комплексами обогащения углей классов 0−1 и 1−13 мм, поставляемые комплектно с импортным оборудованием;

— системы управления фильтр-прессами, поставляемые комплектно с фильтр-прессами.

Для создания нижнего уровня систем управления технологическими комплексами используются контроллеры средней мощности типа CS1 и малой мощности типа CPM1 или CQM1 (тип контроллеров малой мощности уточняется при проектировании). Мощность контроллеров определяется предельным количеством входных и выходных сигналов и количеством пользовательских программ.

С использованием контроллеров малой мощности типа CPM1 или CQM1 реализуются локальные системы контроля и управления отдельными агрегатами (конвейер, дробилка, центрифуга и т. д.) взамен традиционных релейно-контакторных схем. Один такой контроллер используется для создания локальной системы контроля и управления одним или двумя агрегатами (в зависимости от сложности агрегатов и количества сигналов контроля и управления).

Контроллеры малой мощности обеспечивают прием дискретных и аналоговых сигналов от датчиков и устройств защиты, дискретных сигналов с постов управления, обмен информацией по интерфейсу, выполняют необходимые логические операции по контролю состояния и блокировкам отдельных механизмов агрегата, коммутацию цепей управления силовым оборудованием непосредственно (если сила тока не превышает 2.0 А при напряжении 220 V). Если сила тока превышает 2.0 А, то в цепи управления включаются промежуточные реле.

Контроллеры средней мощности типа CS1 используются для реализации функций дистанционного и автоматического контроля и управления технологическими процессами и агрегатами технологического комплекса. Эти контроллеры обеспечивают прием измерительной информации от датчиков и систем измерения технологических параметров посредством аналоговых и дискретных сигналов и по интерфейсу, получение по интерфейсу из локальных систем управления данных о состоянии оборудования и агрегатов, формирование и передачу по интерфейсу команд управления в локальные системы, формирование дискретных и аналоговых сигналов управления другими исполнительными устройствами, дистанционного и автоматического управления оборудованием и агрегатами.

Контроллеры фирмы OMRON позволяют обеспечить выполнение всех необходимых информационных и управляющих функций, свободно наращивать аппаратные средства и функции системы при дальнейшем ее развитии, высокую надежность системы.

АСОДУ в целом выполняет следующие основные информационные и управляющие функции.

Информационные функции:

— сбор и представление данных о состоянии оборудования;

— составление отчетной документации о работе и состоянии оборудования, технологических режимах, количественных и качественных показателях рядового угля и концентрата;

— анализ и диагностика состояний агрегатов и механизмов с выдачей данных о причинах отказов и остановок.

Управляющие функции:

— плановый пуск и останов агрегатов и механизмов;

— аварийные остановки с соблюдением в автоматических режиме всех блокировок и условий;

— представление на мониторах структурных схем технологических комплексов с отображением состояний агрегатов для реализации плановых и нештатных управлений.

Основной режим работы — автоматический. Предусматриваются также дистанционный и местный (наладочный) режим.

В качестве первичных датчиков и аппаратов предусматриваются:

— датчики температуры, давления и разряжения;

— датчики уровней в бункерах, в зумпфах и баках;

— датчики и аппараты поставки «СETCO» ;

— датчики в составе аппаратуры КАТУ1

— датчики зольности и влажности;

— весы конвейерные;

— аппаратура контроля метана;

— датчики положения механизмов;

— кабель-тросовые выключатели, датчики скорости и датчики схода лент конвейеров;

— кнопочные посты местного управления;

— сирены и звонки предупредительной и аварийной сигнализации.

Обмен информацией между отдельными компонентами системы осуществляется посредством стандартных компьютерных и специализированных контроллерных сетей. Дополнительно предусматриваются сигнальные связи для передачи в контроллеры сигналов о задаваемых режимах управления с пультов операторов технологических комплексов.

Сеть Ethernet предназначена для обмена информацией между аппаратурой АСОДУ, расположенной в разных зданиях ОФ.

В качестве основного физического носителя сети Ethernet выбрано оптоволокно.

Для волоконно-оптических линий применяется 4-х волоконный многомодовый кабель (62.5/125) в бронированной стальной лентой оболочке с гелевым наполнителем.

Все кабельные окончания линий коммутируются на оптических кроссах.

Вся среда Ethernet допускает работу на скорости до 100 Mb/с.

Для обмена информацией между компьютерами и контроллерами в пределах здания используется кабель — витая пара и протокол RS-422/485.

Автоматизированная система оперативно-диспетчерского контроля и управления оборудованием и агрегатами технологического комплекса (АСОДУ) входит в структуру АСУ производственными процессами обогатительной фабрики в качестве исполнительной системы, обеспечивающей реализацию плановых сменно-суточных заданий на технологические режимы, формируемых на верхнем уровне АСУ производственными процессами.

1.3 Электроснабжение предприятия

Электроснабжение обогатительной фабрики шахты «Заречная» выполняется в соответствии с техническими условиями ОАО «Кузбассэнерго» № 70−211−31/2575 от 08.06.2001 г. на напряжении 35 кВ от ПС 35/6 кВ шахты «Заречная», которая подключается одноцепными отпайками 35 кВ к двухцепной ВЛ-35 кВ «ПС 110/35/6 кВ Полысаевская-3 — ПС 35/6 кВ Октябрьская — ПС 35/6 кВ Полысаевская-12». При этом питание нагрузки 1000 кВт промплощадки шахты «Заречная» переводится с ПС 110/35/6 кВ «Заречная» на ПС 35/6 кВ.

Потребная мощность обогатительной фабрики составляет 2640 кВт, по надежности электроснабжения присутствуют потребители I, II и III категории. С учетом нагрузки промплощадки шахты на ПС 35/6 кВ шахты «Заречная» установлены два силовых трансформатора по 4000 кВА. Питание обогатительной фабрики намечено по радиальной схеме по 4 кабельным линиям 6 кВ. Для распределения нагрузок обогатительной фабрики на напряжении 0,4 кВ предусмотрены две подстанции [2]:

— ПС 6/0,4 кВ главного корпуса;

— ПС 6/0,4 кВ углеподготовки.

Подстанция 6/0,4 кВ главного корпуса

ПС 6/0,4 кВ главного корпуса размещается в энергоблоке и предназначается для питания технологического оборудования фабрики. В помещении подстанции установлена комплектная трансформаторная подстанция типа 2КТП-1600/6 Самарского завода «Электрощит» и линейные панели ЩО-70 для подключения мелких нагрузок.

На вводах 6 кв подстанции установлены шкафы с выключателями нагрузки. На стороне 0,4 кв подстанции с глухозаземленной нейтралью установлены вводные, секционный и линейные шкафы, оборудованные автоматическими выключателями с встроенными комбинированными расцепителями. Питание РП-0,4 кВ, расположенного на 2 этаже энергоблока предусматривается от ПС 6/0,4 кВ главного корпуса двумя магистральными шинопроводами ШМА4−2500.

Подстанция 6/0,4 кВ углеподготовки

ПС 6/0,4 кВ углеподготовки размещается в помещении, пристроенном к зданию склада магнетита. На втором этаже пристойки располагается РП-0,4 кВ. В помещении подстанции установлена комплектная трансформаторная подстанция типа 2КТП-400/6 Самарского завода «Электрощит» и линейные панели ЩО-70 для подключения мелких нагрузок. На вводах 6 кВ подстанции установлены шкафы с выключателями нагрузки. На стороне 0,4 кВ подстанции с глухозаземленной нейтралью установлены вводные, секционный и линейные шкафы, оборудованные автоматическими выключателями с встроенными комбинированными расцепителями.

1.4 Актуальность разработки автоматизированного рабочего места главного энергетика предприятия

Службе главного энергетика необходимо оперативно получать информацию по электроснабжению, проводить мониторинг и анализ работы системы электроснабжения предприятия. Для оперативного выполнения данных функций необходимо использовать автоматизированную систему. В настоящее время наибольшее распространение получили автоматизированные рабочие места специалистов. Разработке АРМ главного энергетика и посвящен данный дипломный проект.

Основное назначение АРМ главного энергетика:

— оперативное получение информации (данные со всех объектах электроснабжения можно просматривать и анализировать непосредственно на рабочем месте);

— повышение степени автоматизации и функциональной возможности системы (учет потребленной энергии предприятием, анализ параметров системы).

Данная система позволит:

1) отображать информацию о текущем состоянии параметров системы электроснабжения главного корпуса и здания углеподготовки;

2) анализировать данные параметры с помощью просмотра трендов архивного и реального времени.

2. Понятие автоматизированного рабочего места

2.1 Основные понятия

Автоматизированное рабочее место (АРМ) — это рабочее место специалиста в предметной области, оборудованное компьютером и специальным программным обеспечением, помогающее решать задачи в рамках деятельности этого специалиста или другими словами это программно-технический комплекс, предназначенный для автоматизации деятельности определенного вида (например, АРМ бухгалтера, АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ энергетика и т. п.).

Принципы создания любых АРМ должны быть общими:

— системность — согласно принципу системности, АРМ следует рассматривать как системы, структура которых определяется функциональным назначением;

— гибкость — данный принцип означает приспособленность системы к возможным перестройкам, благодаря модульности построения всех подсистем и стандартизации их элементов.

— устойчивость — данный принцип заключается в том, что система АРМ должна выполнять основные функции независимо от воздействия на нее внутренних и внешних возмущающих факторов. Это значит, что неполадки в отдельных ее частях должны быть легко устраняемы, а работоспособность системы быстро восстанавливаема.

— эффективность — согласно данному принципу эффективность использования АРМ следует рассматривать как интегральный показатель всех уровней реализации приведенных выше принципов, по отношению к затратам на создание и эксплуатацию системы.

Функционирование АРМ может дать желаемый эффект при условии правильного распределения функций и нагрузки между человеком и машинными средствами обработки информации, ядром которой является компьютер.

Создание такого «гибридного» интеллекта в настоящее время является проблемой. Однако реализация этого подхода при разработке и функционировании АРМ может принести ощутимые результаты — АРМ станет средством повышения не только производительности труда и эффективности управления, но и социальной комфортности специалистов. При этом человек в системе АРМ должен оставаться ведущим звеном.

АРМ могут быть: индивидуальными, групповыми, коллективными. Применительно к групповым и коллективным АРМ в целях эффективного функционирования системы ЭВМ — специалистам (коллективу) необходимо ужесточить требования к организации работы АРМ и чётко определить функции администрирования в такой системе. Система АРМ, являющаяся человеком-машиной, должна быть открытой, гибкой, приспособленной к постоянному развитию и совершенствованию. В такой системе должны быть обеспечены:

— максимальная приближённость специалистов к машинным средствам обработки информации;

— работа в диалоговом режиме;

— оснащение АРМ в соответствии с требованиями эргономики;

— высокая производительность компьютера;

— максимальная автоматизация рутинных процессов;

— моральная удовлетворенность специалистов условиями труда, стимулирующая их творческую активность, в частности, в дальнейшем развитии системы;

— возможность самообучения специалистов.

Задачи, решаемые на АРМ, условно можно разделить:

1) Информационные — к таким задачам относятся кодирование, классификация, сбор, структурная организация, корректировка, хранение, поиск и выдача информации. Часто информационные задачи включают несложные вычислительные и логические процедуры арифметического и текстового характера и отношения (связи). Информационные задачи являются, как правило, наиболее трудоемкими и занимают большую часть рабочего времени специалистов.

2) Вычислительные — эти задачи являются как формализуемыми, так и не полностью формализуемыми. Формализуемые задачи решаются на базе формальных алгоритмов и делятся на две группы: задачи прямого счета и задачи на основе математических моделей. Задачи прямого счета решаются с помощью простейших алгоритмов. Для более сложных задач требуется применять различные математические модели.

В последнее время большое внимание выделяется разработке средств решения не полностью формализуемых задач. Такие задачи возникают очень часто в ходе оперативного управления экономическими объектами, особенно при принятии решений в условиях неполной информации.

2.2 Структура типового АРМ

Автоматизированное рабочее место (АРМ), представляет собой место пользователя-специалиста той или иной профессии, оборудованное средствами, необходимыми для автоматизации выполнения им определенных функций, поэтому структура любого типового АРМ представляет собой программно-аппаратный комплекс.

При этом первостепенную роль в этом комплексе играет программная составляющая, которая будет предъявлять определенные требования по техническим характеристикам (в основном по производительности) к аппаратной составляющей комплекса.

1) Программное обеспечение состоит из системного программного обеспечения и прикладного.

Основой системного обеспечения является операционная система. Системные программы обеспечивают рациональную технологию обработки информации. Так называемые сервисные программы, которыми АРМ комплектуется в зависимости от потребности в них, расширяют возможности операционной системы.

Прикладное программное обеспечение составляют программы пользователей и пакеты прикладных программ разного назначения. Стандартные программы пользователей представляют собой программные решения определённых задач. Почти все прикладное программное обеспечение выполнено по модульному принципу и ориентированы на решение определенного класса задач. Прикладное программное обеспечение является основным видом пользовательского программного обеспечения. Оно в основном и позволяет автоматизировать деятельность определенного специалиста.

Примерами прикладного программного обеспечения являются:

— программы для формирования различных документов с выполнением расчётных операций;

— программы выполнения бухгалтерских задач;

— программы для создания автоматизированных информационных систем, которые могут иметь различное назначение: справочные, для обработки таблиц, ведения массивов информации, создания и ведения баз данных, документальные;

— графические CAD-системы для проектирования на уровне плоского черчения или 3D-моделирования;

— расчетные CAE-системы, которые позволяют рассчитать проектируемой изделия на прочность, деформации и т. п.;

— и многие другие программы.

При этом прикладное программное обеспечение может быть как покупным, т. е. сторонних производителей программного обеспечения, или может быть собственными разработками. Следует отметить, что разработка программного обеспечения — это процесс очень сложный, дорогостоящий и доступный специалистам высокой квалификации.

2) Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических аппаратных средств, основой которого служит профессиональный персональный компьютер, предусматривающий работу специалиста без посредников (программистов, операторов и др.).

У групповых АРМ таким компьютером могут пользоваться несколько человек. В комплект типового персонального компьютера входит системный блок (состоящий из материнской платы, процессора, оперативной памяти, постоянных накопителей информации, видео-котроллера, аудио-контроллера, сетевого контроллера), монитор, клавиатура, мышка, при необходимости периферийные устройства (сканеры, принтеры).

Наибольшее распространение в мире получили АРМ на базе профессиональных ПК с архитектурой IBM PC. К комплексу технических средств следует отнести и средства коммуникаций, локальная компьютерная информационная сеть (Internet) для связи различных АРМ между собой, а также средства телефонной связи.

Так как АРМ предназначены для автоматизации мест пользователей-специалистов всех проектных и офисных профессий, поэтому, прежде всего, необходимо выбрать базовое прикладное программное обеспечение для каждой наиболее значимой профессии.

Программы призваны брать на себя задачи, которые человек делает медленнее или для выполнения которых требуются специальные знания. Компьютерная программа — это заложенные в нее знания разработчиков, многократно усиленные скоростью процессоров вычислительной техники. Фактически разработчики продают свои идеи, знания и опыт, призванные помогать пользователям в их повседневной работе.

2.3 Обзор аналогов АРМ главного энергетика

Обзор аналогов составлен в виде таблицы 2.1

Таблица 2.1 — Обзор аналогов АРМ главного энергетика

Результаты анализа аналогов:

При анализе аналогов АРМ главного энергетика предприятия были получены следующие данные:

— разработки ООО НПП «ЭКРА» и ОДО «Автоматика» по своим требованиям подходят для данного предприятия, но стоимость данных разработок выше стоимости моей разработки АРМ;

— «избыточные» функции (с точки зрения данного предприятия) содержит разработка ОАО СКБ «Индикатор.

2.4 Требования к разработке АРМ главного энергетика

Как уже упоминалось, для АРМ главного энергетика предъявляются следующие требования:

— получение данных энергоснабжения;

— визуализация данных;

— занесение полученных данных в архив данных;

— сообщение об алармах.

Для разработки АРМ необходимо выбрать средства разработки:

— платформа Windows;

— SCADA-система InTouch 10.0;

— сеть Ethernet;

— протокол DDE.

В пункте 2.5 приведены основные понятия выбранных средств разработки.

Проанализировав аналоги АРМ главного энергетика, можно выделить ряд преимуществ моей разработки в сравнении с другими, а именно:

— разработка АРМ производилась с конкретными требованиями главного энергетика;

— более низкая стоимость АРМ по сравнению с разработчиками других фирм.

2.5 Средства разработки

2.5.1 Платформа Windows

Каждая платформа имеет и свои минусы и плюсы. Одним из неоспоримых плюсов Windows является то, что все продукты Microsoft тесно интегрированы между собой и фактически образуют единую платформу для разработки приложений. И конечно, весьма серьезным преимуществом этой платформы является практически повсеместная распространенность родственного ПО и его значительная унификация. Кроме того, ИТ специалисты предпочитающие системноориентированный подход при построении ИТ-инфраструктуры, стали обращать большее внимание на лучшее соответствие долгосрочной технической стратегии. Все это предрекает неплохое будущее для решений, основанных на Windows.

Можно выделить основные плюсы ОС MS Windows:

— поддержка очень большого ассортимента компьютерного оборудования;

— огромное количество прикладных программ;

— большое количество специалистов, которые более или менее хорошо знают семейство ОС Windows.

2.5.2 SCADA-система InTouch 10.0

SCADA система InTouch — мощный человеко-машинный интерфейс (HMI) для промышленной автоматизации, управления технологическими процессами и диспетчерского контроля. В России SCADA активно применяется для создания DCS (распределенных систем управления) и других АСУ. Это девятое поколение лидирующего в промышленности программного обеспечения типа HMI от компании Wonderware.

Основные плюсы InTouch 10.0 [7]:

— повышение эффективности работы производства;

— увеличение возможностей инженерного проектирования и рост технической производительности;

— упрощение и ускорение процедуры изменения, обновления и модификации в рамках множества приложений благодаря технологии Wonderware SmartSymbols;

— визуализация и управление производственными процессами посредством удобных в использовании среды разработки и набора графических средств;

— создание и развертывание гибких приложений, возможности расширения;

— высокая способность связи;

— соответствие требованиям FDA 21 CFR Part 11;

— преимущества интеграции программных и аппаратных решений.

Широко известное в мире программное обеспечение человеко-машинного интерфейса InTouch® HMI от компании Wonderware, предназначенное для визуализации и управления производственными процессами, предоставляет удобные в использовании среду разработки и набор графических средств. Версия 10.0 предлагает ряд существенных преимуществ, что позволяет значительно повысить производительность и эффективность производства. Мощные средства разработки и реализация новой технологии Wonderware® SmartSymbols предоставляют широкие функциональные возможности для быстрого создания и развертывания специальных приложений автоматизации, которые связываются и передают информацию в реальном времени.

Приложения InTouch достаточно гибкие, чтобы удовлетворить как текущие, так и будущие потребности без необходимости в дополнительных инвестициях и усилиях. Доступ к универсальным приложениям InTouch обеспечивается с различных мобильных устройств, маломощных сетевых клиентов, компьютерных узлов и через Интернет. Кроме того, открытый и расширяемый интерфейс InTouch предлагает широкие возможности взаимодействия с множеством устройств промышленной автоматизации.

InTouch позволяет пользователям связаться с фактически любым промышленным устройством контроля автоматизации, предоставляя сотни серверов ввода — вывода и OPC, предназначенных для подключения к продуктам Wonderware. Отдел интеграции устройств, вместе с более чем 100 сторонними разработчиками, предлагает самый большой выбор серверов ввода — вывода для сотен наиболее популярных устройств контроля, включая ПЛК ведущих мировых производителей. Все сервера Wonderware поддерживают коммуникации по протоколу Microsoft DDE, также как и по протоколу фирмы Wonderware — SuiteLink™ или OPC технологии. InTouch HMI и все другие продукты от Wonderware могут быть OPC клиентом для работы с любым из OPC серверов.

2.5.2.1 Компоненты SCADA-системы InTouch

Для построения и запуска приложений InTouch HMI, используется три компонента [8]:

— Application Manager (Менеджер приложений) для управления имеющимися приложениями;

— WindowMaker для создания HMI приложений;

— WindowViewer для исполнения HMI приложений.

2.5.2.1.1 Application Manager

Application Manager включает в себя утилиты для управления InTouch приложениями. Application Manager используется для создания новых приложений или открытия существующих приложений в WindowMaker или WindowViewer.

В Application Manager в списке отображается текущие приложения InTouch. Для каждого приложения отображается разрешения экрана, версия и дата изменения. Application Manager используется также для:

— поменять свойства приложения InTouch, например имя или описание;

— осуществлять импорт и экспорт данных из/в базы данных тегов приложения InTouch при помощи утилит DBDump и DBLoad;

— сконфигурировать WindowViewer как службу;

— сконфигурировать разработку приложения по сети с одним сервером и несколькими клиентами — NAD (Network Application Development);

— конфигурирование поведение приложения InTouch при работе с различным разрешением экрана — DRC (Dynamic Resolution Conversion).

В Application Manager отображаются приложения InTouch со следующей информацией: имя приложения; путь приложения; версия приложения; версия InTouch; описание приложения; разрешение экрана.

Рисунок 2.1 — Вид Application Manager

2.5.2.1.2 Режим разработки WindowMaker

Для разработки приложений используется среда WindowMaker. Использовать инструменты объектно-ориентированной графики для создания анимированных окон и окон сенсорных дисплеев. Данные окна могут быть подключены к промышленным системам или другим приложениям Microsoft Windows.

В WindowMaker есть утилиты и инструменты для создания приложения InTouch:

— базовые элементы — прямоугольники, окружности, линии и изображения, к которым можно привязать анимацию и реакцию на действие пользователя;

— элементы управления, которые отображают данные или алармы;

— база данных предварительно созданных промышленных символов и графических элементов;

— скриптовый язык и набор встроенных функций для управления данными.

WindowMaker используется для создания объектно-ориентрованного пользовательского интерфейса управления технологическим процессом. InTouch осуществляет отображение и запись данных с/в производственное оборудование, а также выполняет и другие операции.

В WindowMaker можно сконфигурировать следующее:

— окна — это панели, содержащие элементы интерфейса пользователя, при помощи которых оператор взаимодействует с производственными данными;

— базовые объекты — это графические элементы, например, прямоугольники, окружности, линии и текстовые объекты, при помощи которых оператор взаимодействует с производственными данными;

— сложные объекты, созданные пользователем — объекты, созданные из простых базовых объектов, представляющие элементы производственного оборудования, например вентили или танки;

— предварительно созданные сложные объекты — объекты, поставляемые вместе с InTouch, которые выполняют определенные функции, такие как отображение списка аварий системы или архива данных;

— SymbolFactory — большая библиотека, символов связанных с промышленностью. Позволяют быстро создать интерфейс пользователя промышленного оборудования;

— теги — переменные, определенные в InTouch для хранения и управления производственными данными. Например, можно использовать тег для сохранения значения уровня в танке, а также для анимационной связи;

— скрипты — средства программирования, включающие библиотеку функций для выполнения вычислений над значениями тега и другие операции;

— анимационные связи — это свойства простых и сложных объектов, которые используются для анимации состояния производственного оборудования, или для передачи введенной пользователем информации;

— мастера — предварительно созданные сложные объекты, которые выполняют определенные функции, например, слайдеры и измерительные приборы;

— ActiveX компоненты — компоненты, которые импортируются в InTouch для выполнения определенных функций, например отображение текущих аварий.

2.5.2.1.3 Режим исполнения WindowViewer

WindowViewer — это интерфейс для исполнения приложений InTouch, созданных в WindowMaker.

WindowViewer — это среда исполнения InTouch. При запуске WindowViewer, приложение осуществляет подключение к источникам данных и начинает обновление значений тегов и анимационных связей.

Кроме широких возможностей приложения InTouch работающего в режиме исполнения, можно использовать независимую от приложения функциональность самого WindowViewer.

WindowViewer может:

— выполнять скрипты InTouch;

— сохранять и отображать архивные данные;

— сохранять и отображать данные об алармах;

— останавливать или запускать сохранение данных;

— вести себя как сервер или клиент для DDE или SuiteLink протоколов.

2.5.2.2 База данных отображаемых параметров

Главный энергетик должен получать достоверные данные о работе электроснабжения. Для этого необходимо визуализировать данные определенных параметров. Для сохранения информации о параметрах и состоянии системы используется база данных.

В состав SCADA-системы InTouch может входить приложение IndustrialSQL Server — это реляционная база данных с SQL-интерфейсом. Этот программный продукт интересен тем, что фактически является надстройкой над Microsoft SOL Server, но обеспечивает существенно более быстрый (более чем на порядок) доступ к базе данных. Кроме собственно SQL-сервера, в FactorySuite входит и несколько клиентских специализированных программных модулей — для создания текущих и архивных трендов, для создания графиков X-Y, аналитический модуль

В SCADA-системе InTouch выделяют тренды архивные и реального времени. Архивный тренд позволяет построить до 8 графических зависимостей параметров от времени. Тренд реального времени позволяет построить до четырех зависимостей. Данная среда поддерживает распределенные архивы, что проявляется в том, что тренд может получать данные от удаленных баз данных InTouch приложений.

В InTouch база данных архивного тренда записывается в файл. Файл архива не может быть менее 1.4 Мб. Под файл архива на диске выделяется неперемещаемая область соответствующего размера. Архив имеет заголовок в 1 Мбайт. Одна запись занимает 16 байт. Количество записей в архиве определяется его размером. При первом запуске узла с настройками для локальной архивации МРВ проверяет наличие свободного места на диске. Если места достаточно, то создается файл с заголовком, в котором формируются структуры для индексации данных в архиве. Если места недостаточно, то МРВ завершает свою работу с кодом ошибки 36. Если заданная длина архива меньше заголовка, но на диске есть свободное место, то создается файл архива в 1.4 Мбайт. Это позволяет хранить 22 770 записей. Если при запуске МРВ уже существует файл архива с тем же именем, то проверяется идентичность его структуры требуемой. При этом сравниваются: установленный размер и имя узла. Если существующий архив не соответствует требуемым параметрам, то МРВ завершает свою работу с кодом ошибки 36. Данные в файле циклически обновляются. Перед добавлением новой записи проверяется состояние файла. Если места для записи больше нет, то она записывается в начало архива. Последующие данные записываются поверх самых дальних по времени.

2.5.2.3 Понятие тегов

Значения параметров и состояний содержатся в специальных переменных, называемых тегами.

В InTouch определяются теги, которые используются для хранения и управления производственными данными или для внутренних вычислений.

Теги имеют несколько общих свойств, которые сохраняются в полях тега, например имя тега, качество значения тега.

Теги можно классифицировать:

— по типу данных: discrete (дискретный), integer (целочисленный), real (вещественный), message (строковый).

— по источнику данных: внутренние/внешние.

— шаблонные или определенные пользователем.

— теги указатели: Indirect

— по структуре: SuperTag

Для создания, редактирования и удаления тегов InTouch, используется Словарь тегов (Tagname Dictionary).

При создании нового тега устанавливается его типа. После того как тег создан, а особенно после того как он использован в анимационной связи, будет затруднительно изменить тип тега.

Существуют следующие типы тегов:

— Memory Discrete

— Memory Integer

— Memory Real

— Memory Message

— I/O Discrete

— I/O Integer

— I/O Real

— I/O Message

— Indirect Discrete

— Indirect Analog

— Indirect Message

— Group Variable (obsolete)

— Hist Trend

— Tag ID

Можно определить максимальный ожидаемый диапазон разброса значений целочисленного или вещественного тега. Установка пределов не ограничивает значение тега, но предотвращает конфигурирование некорректных значений для других параметров тега.

2.5.2.4 Тренды в InTouch

Графическое представление значений параметров во времени способствуют лучшему пониманию динамики технологических процессов предприятия. Поэтому подсистема создания трендов и хранения информации о параметрах с целью ее дальнейшего анализа и использования для управления является неотъемлемой частью SCADA-системы.

Тренды реального времени являются динамическими объектами. Они позволяют выводить изменения значений переменных, как только они происходят для любой конкретной переменной или для выражения, которое содержит одну или несколько переменных. Данные будут появляться в окне тренда и двигаться справа налево. Исторические (архивные) тренды не являются динамическими. Они обеспечивают «снимок» состояния данных за прошедшее время, то есть по архивным данным. В отличие от трендов реального времени исторические тренды обновляются только по команде — при запуске скрипта, изменении значения выражения или нажатии оператором соответствующей кнопки.

2.5.2.5 Программирование в InTouch

В SCADA-системе InTouch программирование построено на скриптах. Под скриптом следует понимать программные фрагменты, которые исполняются при определенных событиях, таких как нажатие кнопки, клавиши, открытие окна и так далее. Выделяют скрипты простые и сложные.

Для простых скриптов характерно возможность использования операндов, которые позволяют выполнять простые математические действия, сравнения, присваивание и так далее. Сложные скрипты, в отличие от простых, логические операции, такие как оператор сравнения if во многих языках программирования высокого уровня, циклы.

В системе InTouch используются также функции, которые могут быть связаны со скриптами, командами. Система предлагает пользователю различные функции для работы со строками, математическими функциями, системными функциями, тревогами, трендами. Особое место занимает функции Quick Functions, которая является скриптом, вызываемым из других скриптов.

Скриптовый язык программирования InTouch основа на BASIC. Поддерживает следующие программные конструкции:

— ветвление по условию (IF. THEN. ELSE);

— цикл (FOR. NEXT);

— математические вычисления.

Скрипт может быть привязан, например, к нажатию кнопки, открытию окна или выделению объекта.

Для построения более надежных приложений, можно использовать скриптовый язык InTouch — QuickScript.

Перед тем как начать писать скрипт, необходимо понимать: