Разработка автоматической системы управления технологическим процессом емкости Е-14 парка пропиленовых емкостей

АСУ ТП в большинстве случаев являются системами организационно-техническими, что означает наличие функций, выполняемых человеком (оператором). Взаимодействие между оператором и технологическим процессом осуществляется с помощью программного обеспечения, получившего общее назначение SCADA.

«SCADA-система» (Supervisory Control And Data Acquisition System) — система сбора данных и оперативного диспетчерского управления. В названии присутствуют две основные функции, возлагаемые на SCADA-систему:

-/сбор данных о контролируемом технологическом процессе;

-/управление технологическим процессом.

SCADA-система собирает информацию о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс с оператором, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом в том объеме, в котором это необходимо.

Перечисленные ранее функции могут выполняться набором прикладных программ, разработанных на практически любом языке высокого уровня общего назначения. Причем, по быстродействию, ресурсоемкости и другим показателям эффективности программного обеспечения такие программы могут даже опережать аналогичное ПО, созданное с помощью специализированных инструментальных SCADA-систем. Но инструментальные SCADA-системы позволяют значительно ускорить процесс создания ПО верхнего уровня АСУ ТП, не требуя при этом от разработчика знаний современных процедурных языков программирования общего назначения.

Помимо этого SCADA-системы имеют набор специфических механизмов обмена данными с аппаратурой ввода-вывода и встроенную поддержку устройств ввода-вывода, что упрощает реализацию поддержки как имеющихся на объекте, так и вновь появившихся контроллеров и устройств связи с объектом (УСО).

1. Литературный обзор

1.1 SCADA-системы

SCADA-системы получили наибольшее распространение при разработке автоматизации процессов. SCADA системы сейчас, являются неотъемлемой частью современных автоматизированных систем управления процессами или как ее еще называют средой визуализации. Получив широкое распространение в начале 20-го века, сегодня уже трудно себе представить объект автоматизации, на который бы не была установлена SCADA система. Уже практически ушли в историю огромные шкафы с панелями вторичных приборов, на смену им пришли автоматизированные рабочие места (АРМ). Внедрение SCADA систем приводит к существенному удешевлению эксплуатации вторичного оборудования на крупных объектах, путем переноса индикации и накопления технологической информации на пульт диспетчера АРМ.

Не смотря на большое разнообразие SCADA систем на рынке, большинство из них имеет примерно одинаковый набор функциональных возможностей позволяющих выполнять основные требования, предъявляемые к верхнему уровню АСУ ТП. Набор стандартных функций в SCADA системах обусловлен общим кругом задач при разработке систем автоматизации. Определим состав основных функций позволяющих выполнить полноценный проект по автоматизации:

То без чего не обходится ни одна SCADA система — это графический интерфейс, который позволяет упростить задачу построения и отображения технологического процесса (ТП). К графической части можно отнести возможность упрощенного или детализированного отображения объектов ТП, средств измерения физических параметров технологических объектов (ТО). Кроме того позволяет отображать кнопки, индикаторы, панели стрелочных или цифровых индикаторов, регуляторов и других вторичных приборов которые раньше располагались на панели шкафа автоматизации. Поддержка библиотек изображений и видео позволяющая выводить графическую информацию сторонних разработчиков на графическую панель SCADA системы, такие как элементы мнемосхем, динамические объекты.

SCADA системы позволяют вести архив измерений, событий и аварийных ситуаций, происходящих на ТО, с отображением изменений информации в окне временного тренда.

Упрощенный язык составления алгоритмов управления ТП, математических вычислений.

Драйвера устройств и оборудования согласованной работы со SCADA системой, находящихся на нижнем и среднем уровнях АСУ ТП, такие как датчики, вторичное оборудование контроллеры.

Поддержка других языков программирования высокого уровня (Visual C++, VBA, VB).

И одна из важнейших функций SCADA систем — средства защиты от несанкционированного доступа к файлам и компонентам.

На рынке АСУ ТП существует достаточно большой выбор SCADA систем, постараемся рассмотреть наиболее популярные и уже зарекомендовавшие себя SCADA.

1.1.1 Master SCADA

Master SCADA — система визуализации АСУТП, MES, задач учета и диспетчеризации объектов промышленности, ЖКХ и зданий. Для оценки возможностей SCADA системы существует ознакомительная бесплатная версия на 32 точки и учебник по созданию АСУ ТП. Из других функций Master SCADA доступны следующие возможности:

— взаимодействие с другими программами с помощью современных технологий (OPC, OLE, DCOM, ActiveX, OLE DB, ODBC и др.);

— функция использования в операторской панели АСУ ТП документов любого типа и поддержка обмена данными с ними;

— Master SCADA имеет неограниченное расширение функциональности за счет использования продуктов сторонних разработчиков;

— наличие открытого интерфейса для создания пользователем любых базовых элементов;

— единая среда разработки всего проекта;

— раздельное конфигурирование структуры системы и логической структуры объекта;

— открытость и следование стандартам;

— интуитивная легкость освоения;

— мощная трехмерная графика и мультимедиа;

— неограниченная гибкость вычислительных возможностей;

— объектный подход;

— бесплатные инструментальная SCADA-система;

— бесплатная исполнительная система на 32 точки;

— галерея мнемосхем с объектов;

— Мaster SCADA в картинках;

— видео примеры разработки проектов;

— тысячи внедренных систем;

— ответы на часто задаваемые вопросы по ценам на Master Scada.

1.1.2 SCADA TRACE MODE

TRACE MODE — это первая интегрированная информационная система для управления промышленным производством, объединяющая в едином целом продукты класса SOFTLOGIC-SCADA / HMI-MES-EAM-HRM. SCADA система TRACE MODE разработана в 1992 году и к настоящему времени имеет более 7000 внедрений на объектах АСУ ТП. На данный момент актуальной версией является SCADA система TRACE MODE 6.

Проекты, разработанные на базе TRACE MODE, имеют инсталляции в энергетической, металлургической, атомной, нефтяной, газовой, химической, космической и других отраслях промышленности. Нашли применение при разработке АСДУ ЖКХ и сельском хозяйстве России.

В состав системы входят бесплатные драйверы для более чем двух тысяч контроллеров и УСО.

Для программирования алгоритмов управления технологическими процессами в SCADA системе TRACE MODE 6 поддержаны все 5 языков международного стандарта IEC 61 131−3. Такие как — Techno FBD, Techno LD, Techno SFC и процедурные — Techno ST, Techno IL.

1.1.3 SIMP Light miniSCADA

SIMP Light miniSCADA — реализованные в системе инновационные решения, позволяют максимально сократить сроки на разработку, настройку и дальнейшую эксплуатацию проектов по АСУ ТП. SCADA система не требует от разработчика специфических знаний в области программирования и разработки систем верхнего уровня. Достаточно только сконфигурировать систему под разрабатываемые задачи, имея лишь базовые знания пользователя ПК.

SIMP Light miniSCADA имеет поддержку большого количеств моделей контроллеров и устройств сбора данных. Является одной из недорогих сред разработки визуализации.

1.1.4 SIMATIC WinCC

SIMATIC WinCC — мощная среда разработки верхнего уровня управления АСУ ТП с централизованным контролем и сбором данных, система SIMATIC WinCC (Windows Control Center) — это компьютерная система человеко-машинного интерфейса, работающая под управлением операционных систем Windows и предоставляющая широкие функциональные возможности для построения систем управления различного назначения и уровней автоматизации.

1.1.5 SCADA система Citect

Citect SCADA — программный продукт, представляющий собой полнофункциональную систему визуализации и мониторинга, управления и сбора данных. ПО Citect SCADA включает в себя все функциональные блоки (тренды, алармы, отчеты, драйвера, протоколы) представляя собой единое средство разработки проекта. В отличие от ПК — совместимых АСУ ТП Citect SCADA разрабатывалась как высокоэффективное средство управления интегрированными системами предприятия. Технологии Internet Explorer’а позволяют реализовывать удаленный мониторинг системы и управление технологическим процессом.

Дополнительное расширение возможностей Citect SCADA:

— CitectFacilities — специальное приложение для автоматизации зданий и систем жизнеобеспечения сооружений и объектов ЖКХ;

— CitectSCADA Reports — Мощная система сбора данных и генерации отчетов на основе MS SQL Server 2005 и встроенной службы Reporting Services.

1.1.6 Scada система Intouch

SCADA система InTouch — это достаточно мощная среда разработки визуализации и управления для промышленной автоматизации технологических процессов и диспетчерского контроля. SCADA система InTouch применяется для создания DCS (распределенных систем управления) и других АСУ ТП. Актуальной, на данный момент является версия InTouch 9.

Программный пакет InTouch 9.5:

— 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;

— программный пакет InTouch: сертификат и право использования логотипа Microsoft «Designed For Windows® XP» .

1.1.7 PcVue Solutions

SCADA система PcVue — полнофункциональный продукт для решения задач распределенного мониторинга и управления. Интеллектуальный Генератор (Smart Generator) создает приложения PcVue из различных программных продуктов, включая AutoCad, CoDeSys и ISaGRAF. В совокупности с компонентом WebVue PcVue предлагает решение для детальной настройки, которая доступна из обычного Web-браузера через интранет или Интернет. Система поддерживает возможность расширения за счет добавления модулей и средств для того.

PcVue является больше, чем просто программой графического интерфейса. Он обеспечивает гибкое решение для контроля промышленных процессов, энергоносителей и инфраструктуры. Он отвечает промышленным стандартам надежности и производительности, сохраняя при этом удобство для пользователей. Он охватывает требования от однопользовательских приложений до сложных клиент-серверных проектов с резервированием.

Новая версия PcVue была разработана с учетом пожеланий интеграторов, производителей оборудования и пользователей, а так же на основе большого опыта ARC Informatique в автоматизации производств. PcVue fотличается эргономикой и инструментами, основанными на объектной технологии, которые минимизируют время разработки приложений, в том числе новейшие инструментальные средства от Microsoft, стандарты пользовательского интерфейса и средства безопасности Windows XP и Windows 7.

Вместо заключения хотелось бы отметить, что большинство SCADA систем имеют бесплатные ознакомительные дистрибутивы, позволяющие оценить возможности и функциональность среды разработки. Бесплатные SCADA системы можно скачать либо на сайте разработчика, либо взять бесплатный диск с установкой на выставке по автоматизации.

1.2 Характеристика установки

Парк пропиленовых емкостей сырьевого парка площадки «Д» предназначен для приема, хранения и откачки пропилена, включает в себя 4 горизонтальные емкости Е-11, 12, 14, 15 объемом по 200 м³.

Парк пропиленовых емкостей введен в эксплуатацию в 1980 году.

Проект парка выполнен ГУП «Салаватгипронефтехим» в 1976 году.

1.2.1 Характеристики сырья, реагентов и получаемой продукции

Готовый продукт — пропилен поступает для хранения в емкости Е-11, 12, 14, 15 с производства ЭП-300, с эстакады сжиженных газов объекта 736 площадки «В» ТСЦ НПЗ и подземной емкости Кашкарского подземного хранилища через УЖГ (ТСЦ «Мономер»).

В емкостях Е-11, 12, 14, 15 поддерживаются определенные разрешенные параметры для хранения.

По мере необходимости пропилен откачивается на производство бутиловых спиртов, на налив в в/цистерны и на УЖГ с последующей откачкой для накопления и хранения на Кашкарское подземное хранилище.

1.2.3 Нормы технологического режима

Пропилен с производства ЭП-300 цеха № 56, с эстакады парка сжиженных газов площадки «В» (после слива вагоноцистерн) и подземной емкости Кашкарского подземного хранилища, поступает в линию приема пропилена с УЖГ (Кашкарское подземное хранилище), через расходомер поз.212а и через эл. задвижки Э-10, 12, 16, 18 поступает в пропиленовые емкости Е-11, 12, 14, 15.

Каждая емкость заполняется продуктом с температурой в пределах минус 48 до 50 °C до уровня 260 см высоты взлива или в объеме до 160 м³, или до 80% шкалы вторичного прибора (рисунок 1).

После заполнения емкостей и отстоя, пропилен через эл. задвижки Э-11, 13, 17, 19, установленные у Е-11, 12, 14, 15, по всасывающему коллектору диаметром 250 мм, через задвижку Э-54 поступает на прием насосов Н-1(2). Затем через нагнетание насосов и эл. задвижку Э-55, установленной за насосной и эл. задвижку Э-3 на эстакаде по трубопроводу диаметром 150 мм откачивается на установку бутиловых спиртов цеха № 52 или на налив в в цистерны на площадку «В». Расход пропилена в цех № 52 поддерживается контуром регулятора расхода, клапан которого установлен на линии откачки в цех № 52 поз. 211д. Давление в трубопроводе откачки пропилена контролируется по прибору поз. 118б, показание которого выведено на щит КИП операторной.

Рисунок 1 — Технологическая схема парка пропиленовых емкостей площадки «Д» ТСЦ НПЗ

Уровень пропилена в емкостях Е-11, 12, 14, 15 контролируется по приборам поз. 332б, 333б, 335б, 336б. При повышении уровня пропилена в емкостях Е-11, 12, 14, 15 поз. 332-II, 333-II, 335-II, 336-II более 260 см или более 80% ШВП включается сигнализация на щите КИП в операторной. А при повышении уровня пропилена более 268 см или более 83% ШВП срабатывает блокировка и закрываются эл. задвижки Э-10, 12, 16, 18.

Давление в емкостях поддерживается не более 21 кгс/см² и контролируется по приборам поз.126б, 127б, 129б, 130б. Температура контролируется по прибору поз. 460−1ч4. Все показания выведены на щит КИП в операторную.

Имеется байпасная линия с линии откачки насосов Н-1,2 в линию приема пропилена в Е-11, 12, 14, 15 для внутрипарковой перекачки.

Имеется линия откачки пропилена на УЖГ (ТСЦ «Мономер») с последующей откачкой на Кашкарское подземное хранилище через эл. задвижку Э-6, которая врезана в перемычку между линиями откачки в цех № 52 и линию приема пропилена с УЖГ.

Пропиленовые емкости связаны между собой по газу уравнительной линией. При необходимости сброса давления с емкостей, (при подготовке к ремонту) сброс осуществляется в факельный и свечной коллектор через патрубки, врезанные в уравнительную линию.

Для освобождения трубопроводов от продукта в ремонт или на случай возникновения аварийной ситуации, две емкости из емкостей Е-11, 12, 14, 15 используются в качестве аварийных. Эти емкости в процессе эксплуатации парка не используются.

На каждой емкости установлены предохранительные клапана СППК-4 диаметром 100 мм со сбросом избыточного давления на факел через газосепаратор Е-16 и свечу рассеивания через газосепаратор Е-17. Уровень в емкостях Е-16, 17 контролируется по приборам поз.328б, 329б, показания которых выведены на щит КИП операторной.

Жидкая фаза, поступившая в газосепараторы, при сбросе избыточного давления через СППК, переходит в газообразное состояние (за счет разности давлений) и отводится в общефакельный коллектор из емкости Е-16 или сбрасывается на свечу рассеивания из емкости Е-17.

Давление в факельном коллекторе контролируется по прибору поз. 113б показания которого выведены на щит КИП в операторную. Давление в факельном трубопроводе не должно быть более 0,5 кгс/см².

На трубопроводах закачки пропилена в емкости, на линии внутри-парковой перекачки, на линии откачки в цех № 52, на линии откачки на УЖГ, на линии приема с емкостей на насосы Н-1, 2 установлены клапана СППК-4 диаметром 50 мм со сбросом на факел и на свечу рассеивания.

На трубопроводе откачки пропилена в цех № 52 на эстакаде за задвижкой Э-3 установлен СППК-4 диаметром 100 мм со сбросом в факельный коллектор. Для подачи пропилена с УЖГ в цех № 52, минуя площадку «Д», смонтирована перемычка диаметром 150 мм между трубопроводом подачи пропилена в емкости площадки «Д» и трубопроводом откачки пропилена с площадки «Д» в цех № 52.

При подаче пропилена с УЖГ в цех № 52 эл. задвижки Э-8, 6, 3 закрываются.

Насосы Н-1, Н-2 оборудованы двойным торцевым уплотнением с подачей затворной жидкости (масло) от АПГ (аккумулятор пружинно-гидравлический). Зарядка АПГ осуществляется за счет подачи затворной жидкости маслозаправочной станцией СМ-250. Уровень масла в СМ-250 контролируется по уровнемерному стеклу.

Температура, масла в картере насосов Н-1, 2 контролируется по прибору поз.402−1,2.

Для обеспечения работы приборов КИП, на площадку «Д» подается воздух КИП, который поступает в воздухосборник Е-19.

Количество воздуха КИП, подаваемого для приборов КИП и А, контролируется по прибору поз. 200б, установленному до воздухосборника Е-19. Давление воздуха КИП до Е-19 контролируется по прибору поз. 111. Температура воздуха КИП до Е-19 контролируется по прибору поз. 1200. Все показания приборов выведены на автоматизированное рабочее место оператора товарного — в операторную. Давление воздуха КИП до воздухосборника Е-19 также контролируется по прибору поз. 114, показания которого выведены на щит КИП в операторную, при понижении давления менее 2,5 кгс/см² включается звуковой сигнал — сигнализация.

Для продувки аппаратов, коммуникаций и подготовки оборудования парка пропиленовых емкостей площадки «Д» в целом предусмотрен подвод технического азота низкого давления 5,5 кгс/см². Расход азота на площадку «Д» контролируется по прибору поз. 206б, давление — по прибору поз. 115, температура — по прибору поз .1206, все показания выведены в операторную на автоматизированное рабочее место оператора товарного.

Для подготовки оборудования к ремонту и на хозяйственно-бытовые нужды в парк на площадку «Д» подается пар 7 кгс/см², расход контролируется по прибору поз.207б, давление — по прибору поз.117, температура — по прибору поз.1207, показания которых выведены в операторную на автоматизированное рабочее место оператора товарного.

Давление пара поддерживается контуром регулятора давления, клапан которого установлен на линии поступления пара на площадку «Д» поз.117Рг. Показания регулируемого давления выведены в операторную на щит КИП.

1.2.3.1 Нормы технологического режима емкости Е-14

Пропилен с производства ЭП-300 цеха № 56, с эстакады парка сжиженных газов площадки «В» (после слива вагоноцистерн) и подземной емкости Кашкарского подземного хранилища, поступает в линию приема пропилена с УЖГ (Кашкарское подземное хранилище), через расходомер поз.212а и через эл. задвижку Э-16, поступает в пропиленовые емкости Е-14.

Емкость заполняется продуктом с температурой в пределах минус 48 до 50 °C до уровня 260 см высоты взлива или в объеме до 160 м³, или до 80% шкалы вторичного прибора.

После заполнения емкости и отстоя, пропилен через эл. задвижки Э-17, установленные у Е-14, по всасывающему коллектору диаметром 250 мм, через задвижку Э-54 поступает на прием насоса Н-1. Затем через нагнетание насосов и эл. задвижку Э-55, установленной за насосной и эл. задвижку Э-3 на эстакаде по трубопроводу диаметром 150 мм откачивается на установку бутиловых спиртов цеха № 52 или на налив в в цистерны на площадку «В». Расход пропилена в цех № 52 поддерживается контуром регулятора расхода, клапан которого установлен на линии откачки в цех № 52 поз. 211д. Давление в трубопроводе откачки пропилена контролируется по прибору поз. 118б, показание которого выведено на щит КИП операторной.

Таблица 1 — Нормы технологического режима емкости Е-14

1.3 Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6

1.3.1 Общие сведения

TRACE MODE 6 [1,3,4,5,6,9] состоит из инструментальной системы (интегрированной среды разработки) и из набора исполнительных модулей.

С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени. TRACE MODE позволяет создавать проект сразу для нескольких исполнительных модулей — узлов проекта.

Инструментальная система включает полный набор средств разработки АСУТП, а именно средства создания:

— операторского интерфейса (SCADA/HMI);

— распределенных систем управления (РСУ);

— промышленной базы данных реального времени;

— программ для промышленных контроллеров (SOFTLOGIC), а также средства управления бизнес-процессами производства (АСУП):

— систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);

— систем управления персоналом (HRM);

— систем управления производством (MES).

Исполнительные модули для АСУТП и АСУП различаются. Модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) — в комплекс T-FACTORY.exe.

Вместе TRACE MODE и T-FACTORY дают решения для комплексного управления в реальном времени технологическими процессами и производственным бизнесом, образуя интегрированную платформу для управления производством.

TRACE MODE 6 удобна и проста в использовании. Тем не менее, архитектура системы позволяет создавать крупные АСУ корпоративного уровня с десятками тысяч сигналов.

1.3.2 Основные характеристики TRACE MODE 6

Основные характеристики:

— поддержка 2197 контроллеров, УС О и плат ввода-вывода;

— более 1000 графических изображений;

— более 150 алгоритмов обработки данных и управления;

— поддержка управления нечеткой логики;

— высокая надежность;

— многоплатформенность.

Среди специальных технологий и особенностей, повышающих производительность труда разработчиков:

— принцип автопостроения проекта;

— единая база данных распределенного проекта;

— богатые библиотеки драйверов, алгоритмов и графических объектов;

— мощные средства отладки;

— встроенная система горячего резервирования;

— собственный генератор отчетов;

— промышленная база данных реального времени SIAD/SQL 6.

1.3.3 Инструментальная среда TRACE MODE

Технология интегрированной разработки АСУ ТП объединяет программирование как операторского интерфейса, так и промышленных контроллеров.

Инструментальная система состоит из следующих редакторов:

— редактор базы каналов;

— редактор представления данных (РПД);

— редактор шаблонов.

Редактор базы каналов необходим для разработки структуры проекта, а также включает математические основы обработки данных и управления (распределенная база реального времени):

— описываются конфигурации всех рабочих станций, УСО, контроллеров;

— настраиваются информационные потоки между ними;

— описываются входные, выходные сигналы, их связь с устройствами сбора данных и управления;

— настраиваются законы первичной обработки данных, технологические границы;

— осуществляется настройка архивирования и сетевого обмена и т. д.

Редактор представления данных предназначен для разработки графической составляющей проекта:

— создание статических рисунков технологического процесса;

— динамические формы отображения и управления накладываются на статику.

Редактор шаблонов используется для разработки шаблонов документов. Кроме того, в интегрированную среду разработки TRACE MODE 6 встроены:

— редактор программ;

— построитель связей с СУБД;

— редактор паспортов оборудования (EAM);

— редактор персонала (HRM);

— редактор материальных ресурсов (MES)[8].

1.3.4 Исполнительные модули TRACE MODE 6 SOFTLOGIC-SCADA/HMI в распределенной АСУТП

Исполнительные (runtime) модули TRACE MODE 6 и T-FACTORY.exe обеспечивают функционирование в реальном времени проектов АСУТП и АСУП, созданных в интегрированной среде разработки. Соответственно, исполнительные модули системы охватывают следующие уровни АСУ:

— операторский интерфейс (SCADA/HMI);

— промышленные контроллеры (SOFTLOGIC);

— промышленную базу данных реального времени;

— системы управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);

— системы управления персоналом (HRM);

— системы управления производством (MES).

Исполнительные модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) — в комплекс T-FACTORY.exe. Все исполнительные модули TRACE MODE прекрасно интегрированы между собой и образуют единую платформу для управления производством.

Исполнительные модули TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6 условно делятся на серверы (узлы) и клиенты (консоли). Это деление несколько условно, так как консоль TRACE MODE 6 в ряде системных конфигураций может выполнять функции обычно присущие серверам (пересчет базы каналов, исполнение программ и т. д.), а серверы могут осуществлять функции операторского интерфейса, что часто считается прерогативой клиентских программ. И клиентское, и серверное программное обеспечение разрабатывается в единой интегрированной системе разработки и имеет единую базу распределенных переменных, к атрибутам которых могут свободно обращаться любые исполнительные модули TRACE MODE. Подобная архитектура дает удивительную гибкость в разработке распределенных систем управления, так как позволяет создавать АСУ в различных архитектурах (по выбору):

— локальная;

— распределенная клиент-сервер;

— распределенная DCS (distributed control system);

— телемеханическая;

SCADA TRACE MODE имеет встроенную систему горячего резервирования, поэтому каждый ее компонент может быть легко снабжен горячим резервом.

1.3.5 Исполнительные модули T-FACTORY 6 для приложений MES, EAM и HRM

Одновременно с проектом АСУТП в Интегрированной среде разработки можно создать систему АСУП для комплексной автоматизации бизнес-процессов производственного предприятия, а именно:

— управление исполнением производства (MES);

— управление основными фондами (EAM);

— управление работой персонала (HRM).

Приложения АСУП полностью интегрированы с АСУТП предприятия и может работать на основании данных реального времени.

1.3.5.1 Сервер T-FACTORY: MES/EAM/HRM

Основным исполнительным модулем для АСУП является Сервер T-FACTORY.exe, который обеспечивает:

— получение в реальном времени информации MES о состоянии материальных ресурсов, оборудования и персонала предприятия (ручной ввод, АСУТП, СУБД и т. д.);

— получение в реальном времени информации о потреблении энергии;

— формирование производственных заданий MES;

— сетевое планирование производственных заданий MES на неограниченный срок;

— обеспечение документооборота прохождения заданий MES с утверждением стадий ответственным персоналом;

— автоматическое генерирование заказов на материалы и наряды на работы и отправка их исполнителям MES;

— генерирование на основании регламентов EAM заказов на материалы и наряды на работы по техническому обслуживанию и направление их исполнителям;

— фиксация информации об исполнении производственных заданий и работ MES и EAM;

— контроль соответствия времени и стоимости плановым показателям MES и EAM;

— автоматический расчет материальных и энергетических балансов между элементами технологических цепочек MES;

— расчет в реальном времени себестоимости продукции на каждом технологическом этапе;

— расчет в реальном времени статистических параметров MES и EAM;

— ведение автоматического учета выполненных работ;

— ведение автоматического учета качества выполненных работ;

— передача MES информации о производстве в реляционные СУБД через SQL;

— накопление MES статистики выполнения работ, загрузки и простоев персонала и оборудования.

Информация реального времени о производственном процессе сохраняется в промышленной СУБД РВ SIAD/SQL 6. Сервер T-FACTORY включает в себя также и сервер SIAD/SQL.

При желании можно создавать выделенные серверы SIAD/SQL на базе Глобальных регистраторов TRACE MODE 6, а также обеспечивать их горячее резервирование. Информацию о процессе, возможно, также сохранять в обыкновенных реляционных СУБД.

Отчетная документация MES и EAM для сервера T-FACTORY создается в Сервере документирования.

1.3.5.2 Консоль T-FACTORY: MES/EAM/HRM

Консоль T-FACTORY является графическим клиентским модулем MES/EAM/HRM-системы TRACE MODE 6. Он производит визуализацию данных, поступающих с серверов T-FACTORY и SCADA TRACE MODE. Консоль T-FACTORY — это простое средство создания дополнительных автоматизированных рабочих мест MES, EAM, HRM для управляющего персонала и исполнителей.

Графические функции Консоли T-FACTORY 6 аналогичны серверным. Одна консоль T-FACTORY 6 может работать одновременно с несколькими серверами. К одному серверу MES/EAM/HRM T-FACTORY 6 можно подключать произвольное количество графических консолей.

Консоль T-FACTORY 6 имеет меньшую цену, чем сервер, и может применяться для оптимизации затрат на программное обеспечение MES, EAM и HRM.

1.3.5.3 Особенности релиза TRACE MODE 6.05.1

Релиз 6.05.1 содержит обновления следующих программ:

— интегрированной среды разработки (инструментальной системы);

— серверов реального времени МРВ, МРВ+, ДокМРВ+, Double Force МРВ+;

— графической консоли NetLink Light;

— глобальных серверов документирования;

— глобальных регистраторов.

В релиз 6.05.1 добавлены следующие новые функции:

1) создан механизм, позволяющий переименовывать и активизировать копии архивов и обеспечивающий автоматическую ориентацию запросов к архивам по одному из трех направлений — текущему архиву, первой копии или активной второй копии. Основным критерием выбора направления является сопоставление заказанного временного диапазона выборки с реальными временными диапазонами данных, хранимых, соответственно, в текущем архиве и в его копиях. Соответствующий механизм поддерживает выборки от локальных и удаленных графических консолей, серверов документирования и от соответствующих локальных каналов класса CALL. Возможность осуществлять выборки из копий архива позволяет существенно сократить потребляемые ресурсы, повысить быстродействие и надежность исторических архивов данных.

2) создан новый канал класса CALL (c типом вызова EXEC), который позволяет запускать любое внешнее приложение как интерактивно, так и из программы. В атрибутах канала можно задать путь к приложению, его имя и параметры запуска.

3) в раздел Функции выбора библиотеки FBD-языка введены новые функциональные блоки SF3 и SD3, которые позволяют по модификации мажоритарного алгоритма сформировать соответственно аналоговый и дискретный сигналы из троированных входных сигналов с учетом их признаков достоверности.

4) в окне Просмотр компонентов профайлера выводятся диагностические параметры узла, индицирующие потребляемые ресурсы, интенсивность операций с памятью, очереди в буферизированных потоках и потери данных, системные настройки узла и коды ошибок по операциям. Информация по архивам содержит также данные по объемам стираемой из архива информации при его зацикливании. Для каждой активной копии архива, кроме кода ошибки и очереди запросов, указываются метки времени первой и последней записи.

5) новые ключи запуска МРВ из командной строки позволяют задать базовый приоритет приложению Trace Mode 6 в ОС и величину таймаута контроля обмена по основному сетевому адаптеру для перехода на второй адаптер при их резервировании.

6) созданы специальные механизмы моделирования разнообразных нагрузок (по памяти, внутренним и сетевым процедурам), что позволяет в реальном проекте определить как текущую ресурсоемкость, так и уровень допустимых нагрузок.

7) введена функция разрешения конфликта «двух Мастеров» в резервированном комплексе.

8) расширен набор встроенных ГЭ для отображения технологических объектов.

9) добавлена возможность введения многострочного текста в ГЭ «Текст и «Кнопка».

10) отменена очистка буфера текущих данных тренда при редактировании свойств кривых тренда в реальном времени.

11) введена возможность форматирования числовых параметров в документе.

12) введены возможности изменения размера шрифта для заголовка и легенды тренда, а также толщины линий дискретных трендов.

13) расширен диапазон маскирования в функции XOR для ГЭ графической панели.

14) при копировании аргументов между каналами CALL или между шаблонами экранов сохраняются имена копируемых аргументов.

15) введена возможность переноса ГРУППЫ каналов из одного узла в другой.

Устранены локализованные ошибки:

— инструментальная система:

1) восстановлена функция удаленной отладки программы с адаптивными регуляторами.

2) упорядочена функция управления видимостью столбцов в редакторе группы каналов.

3) упорядочено наследование свойств группы шаблонов экранов входящими в нее шаблонами.

4) восстановлены функции редактирования свойств управления ГЭ «Показать/Скрыть», «Цвет текста» в индикаторе «ARG в интервале» и «Resizing» у «Ссылки на экран».

5) упорядочены списки слоев в различных компонентах графического редактора.

6) восстановлена функция разбиения оси значений тренда.

— мониторы реального времени:

1) функции тренда при подчитывании архивных данных модифицированы с целью повышения качества отображения, быстродействия и устойчивости.

2) стабилизированы функции настройки временных диапазонов выборки для архивных таблиц на экранах.

3) устранены погрешности в функциях кнопок «с подтверждением» и кнопки «с двумя состояниями».

4) повышена точность позиционирования ГЭ в графической панели и экранов типа «Всплывающее окно».

5) для «Всплывающих окон» восстановлены функции интерактивного закрывания окна и управления видимостью слоев.

6) устранены погрешности перемещения оконных объектов.

7) восстановлена корректность управления вызовом «Ссылки на экран».

8) внесена коррекция в функцию управления ГЭ «Анимация», обеспечивающая надежность восстановления статуса ГЭ при дефиците графических ресурсов.

9) исправлены неточности в функционировании каналов выборки данных из архивов LocalStatisrics, LocalSnap и DifSnap.

10) восстановлена реализация начальной установки отключения каналов OPC и MODBUS от источников.

11) откорректированы функции формирования сообщений в отчете тревог от каналов СОБЫТИЕ и HEX с видом представления DEC.

12) откорректированы функции опроса модуля 5017H в контроллере ADAM5510 и счетчиков в модулях DI серии I-70xx.

13) откорректирована функция групповой записи COIL в протоколе MODBUS.

14) в Микро TRACE MODE для DOS подключена функция прямой передачи данных в регистр из программ, написанных на языках ST и FBD.

15) устранены локализованные конфликты при завершении потоков, возникающие при остановке МРВ.

16) устранена критическая ситуация, возникавшая при высокой интенсивности потока записей сообщений в отчет тревог.

17) упорядочены настройки временного диапазона и его разбиения в архивной таблице документа.

18) обеспечена актуализация буфера сервера печати при выводе различных документов на принтер.

19) в графической консоли NetLink Light стабилизированы функции отображения и квитирования событий с помощью каналов класса СОБЫТИЕ.

20) исправлена неточность отображения архивных данных на тренде графической консоли NetLink Light.

2. Разработка автоматизированной системы управления в программном продукте Trace Mode 6

2.1 Этапы разработки автоматизированной системы управления

Разработку автоматизированной системы управления (АСУ) будем проводить в следующем порядке:

а) создание проекта и сохранение его на диске;

б) создание пользовательской библиотеки компонентов;

в) разработка шаблонов экранов;

г) разработка шаблонов программ и их отладка;

д) создание узлов проекта и базы узлов;

е) создание архива и отчета тревог;

ж) разработка программ имитаторов и добавление их в проект;

и) отладка проекта.

Порядок разработки АСУ можно изменить. К примеру, можно сначала создать шаблоны программ, а потом — шаблоны экранов.

Также к любому из этапов можно вернуться. К примеру, сначала создать шаблоны экранов и программ для одного объекта, а затем экран и программу — для другого объекта.

Из вышеперечисленных этапов разработки АСУ необязательными являются этапы б, ж. Разработку АСУ рассмотрим на примере проектирования АСУ ТП емкости парка пропиленовых емкостей площадки Д товарно-сырьевого цеха НПЗ ОАО Газпромнефтихим Салават.

2.2 Создание проекта

2.2.1 Подготовка программного продукта Trace Mode 6 к работе

Откроем интегрированную систему разработки TRACE MODE. C помощью иконки инструментальной панели создадим новый проект.

При этом в открывшемся на экране диалоге, показанном на рисунке 2, необходимо выбрать уровень сложности.

Рисунок 2 — Окно выбора типа проекта В TRACE MODE существует 3 типа уровня сложности разработки проекта:

— простой;

— стандартный;

— комплексный;

— настраиваемый.

Уровни сложности отличаются слоями, доступными при разработке проекта.

При уровне сложности «Простой» доступны слои Ресурсы, Система, Источники/приемники, Библиотека. При уровне сложности «Стандартный», кроме слоев, доступных при уровне сложности «Простой», доступны также слои Шаблоны программ, Шаблоны экранов, Шаблоны отчетов, Шаблоны связи с БД. При уровне сложности «Комплексный», кроме слоев, доступных при уровне сложности «Стандартный», доступны также слои Топология, Технология, КИПиА. При уровне сложности «Настраиваемый» можно выбрать доступные слои. Также при данном уровне сложности можно сделать доступным слой База каналов.

При создании нового проекта предлагается выбрать один из 3 уровней сложности: простой, стандартный, комплексный. Настраиваемый уровень сложности можно включить в настройках инструментальной среды TRACE MODE через меню Файл>Настройки ИС… на вкладке ИС>Уровень сложности.

Уровень сложности разработки можно изменить в любой момент в пункте меню, указанном выше и показанном на рисунке 3.

Рисунок 3 — Настройка уровня сложности из меню Файл В данном случае выберем уровень сложности «Стандартный». После нажатия ЛК мыши на экранной кнопке Создать в левом окне Навигатора проекта появится дерево проекта.

После создания проекта сохраним его, нажав ЛК и указав необходимое имя (в данном примере «1.7.prj»).

2.2.2 Создание пользовательской библиотеки компонентов

Перейдем в слой Библиотеки_компонентов, где в разделе Пользовательская откроем библиотеку Library₁. Сохраненный в данной библиотеке объект Object₁ содержит в своем слое Resources необходимый для дальнейшей разработки набор графических объектов — изображения клапанов, емкостей, двигателей и т. д., показанный на рисунке 4.

Перенесем нужные группы в слой Ресурсы текущего проекта с помощью механизма drag-and-drop и переименуем их, как показано на рисунке 5. В данном случае были перенесены группы Valves и Tanks.

Здесь же в слое Ресурсы создадим группу Картинки для помещения в нее текстур, которые будут применены в оформлении создаваемых графических экранов, как показано на рисунке 6.

Рисунок 4 — Навигатор проекта Рисунок 5 — Слой Ресурсы с добавленными группами Рисунок 6 — Добавление группы Анимация в слой Ресурсы Создадим в группе Анимация новый компонент — Библиотека_Видеоклипов#1, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7 — Создание компонента Библиотека_Видеоклипов в группе Анимация Откроем двойным щелчком ЛК вновь созданную библиотеку для редактирования. Для ее наполнения воспользуемся иконкой на панели инструментов. В открывшемся диалоге выбора файлов для импорта укажем поддиректорию… LibAnimation. Выберем все файлы и нажмем экранную кнопку Открыть.

Содержимое библиотеки Библиотека_Изображений#1 после указанных действий показано на рисунке 8.

Подобным вышеописанному способом создадим в слое Ресурсы группу Картинки, в ней — библиотеку Библиотека_Картинок#1. В открывшемся диалоге выбора файлов для импорта укажем поддиректорию… LibTexture. Выберем файлы и нажмем экранную кнопку Открыть. Содержимое библиотеки видеоклипов показано на рисунке 9.

В зависимости от редакции используемой интегрированной среды разработки — базовой или профессиональной количество доступных текстур и видеоклипов в библиотеке различно.

Рисунок 8 — Содержимое библиотеки Библиотека_ Видеоклипов#1

Рисунок 9 — Содержимое библиотеки Библиотека_Изображений#1

В качестве видеоклипов могут быть использованы практически любые имеющиеся файлы форматов avi или mng.

После проведения подготовительных мероприятий сохраним выполненную работу, нажав ЛК .

2.2.3 Добавление собственных компонентов в библиотеку

Также в библиотеке существует возможность добавления пользовательских графических элементов.

Для этого необходимо в слое Ресурсы выбрать существующую группу графических элементов (ГЭ) либо создать новую. Чтобы создать новую группу, необходимо нажать ПК мыши на слое Ресурсы. В появившемся контекстном меню выбрать Создать группу, затем Графические_элементы, как показано на рисунке 10. В результате в слое Ресурсы будет создана группа Графические_элементы_№ (под № понимается номер создаваемой группы), которую при необходимости можно переименовать.

Рисунок 10 — Контекстное меню слоя Ресурсы Чтобы создать графический объект, необходимо ПК мыши нажать на выбранную группу и в появившемся контекстном меню выбрать Создать компонент, затем Графический_объект. Данная операция показана на рисунке 11.

Рисунок 11 — Контекстное меню группы графических элементов В результате в слое Ресурсы в выбранной группе будет создан компонент Графический_объект₁, который затем можно переименовать.

Чтобы отредактировать созданный объект, необходимо дважды нажать ЛК мыши на выбранном компоненте.

2.2.4 Разработка шаблонов графических экранов

2.2.4.1 Этапы разработки шаблона графического экрана

Этапы разработки шаблона экрана:

а) добавление шаблона экрана;

б) настройка параметров экрана;

в) размещение графических элементов (ГЭ) экрана и задание статических атрибутов;

г) создание аргументов экрана;

д) настройка динамизируемых атрибутов ГЭ;

е) настройка динамических свойств ГЭ;

ж) размещение кнопок и настройка событий на их нажатие;

и) создание необходимых графических объектов (ГО) и размещение на экране.

Данные этапы могут выполняться в любой последовательности. При этом обязательными являются этапы, а и в.

Примечание: Если у экрана не будет создано ни одного аргумента, то данный экран не будет загружен.

Рассмотрим проектирование шаблона экрана на примере экрана РВС.

2.2.4.1 Добавление шаблонов экранов

Перейдя в слой Шаблоны_экранов, создадим в нем компонент Экран#1. Для этого ПК мыши на слое Шаблоны_экранов вызовем контекстное меню, в котором выберем Создать компонент>Экран. Последовательность действий изображена на рисунке 12.

Данный экран будет главным. На нем будет схематически изображен участок парка пропиленовых емкостей.

Рисунок 12 — Создание компонента Экран в слое Шаблоны_экранов

2.2.4.2 Настройка параметров экрана

Откроем созданный экран двойным щелчком ЛК по пиктограмме РВС.

Зададим размер экрана и цвет фона созданного экрана ЛК по элементу строки меню Сервис > Параметры экрана.

Так как защита курсовых проектов по дисциплине «Синтез технических систем управления» происходит в мультимедийной аудитории с использованием программы PowerPoint, то для удобства создания презентации рекомендуется задавать разрешение экрана не более 1024 на 768, чтобы все элементы графического дисплея были четко видны и были достаточной величины. Используем разрешение экрана 800 на 600. После задания необходимых параметров закроем окно ЛК по кнопке Готово. Последовательность действий представлена на рисунке 13.

Альтернативно можно выполнить двойной щелчок ЛК в любом свободном месте экрана и в открывшемся окне свойства объекта указать разрешение и цвет фона.

Рисунок 13 — Настройка параметров экрана

2.2.4.3 Размещение графических элементов (ГЭ) экрана и задание статических атрибутов

Чтобы выбрать ГЭ для размещения, нужно выполнить следующие действия:

— нажать ЛК на кнопке панели инструментов Графические элементы, показанной на рисунке 14. При этом выбирается тот элемент, чья иконка выведена на кнопку (элемент, заданный по умолчанию для соответствующей группы, или элемент, выбранный ранее);

Рисунок 14 — Панель инструментов Графические элементы

— дважды нажать ЛК на кнопке и затем нажать ЛК на иконке требуемого ГЭ в появившемся меню (меню не открывается, если группа содержит только один графический элемент).

Например, на рисунке 15 показано меню группы Прямоугольники.

Рисунок 15 — Меню группы Прямоугольники

После выбора элемента его иконка выводится на кнопку группы, как показано на рисунке 16.

Рисунок 16 — Панель инструментов Графические элементы после выбора соответствующего ГЭ из группы При выборе графического элемента редактор представления данных переходит в режим размещения, при этом курсор на графическом экране приобретает вид. Далее в окне Слои необходимо нажатием ЛК указать слой, в котором должен быть размещен выбранный графический элемент. Если окно Слои закрыто, то ГЭ будет размещен в слое, в котором был размещен последний ГЭ. В случае если слой один, то необходимость в указании слоя отпадает. После размещения ГЭ его можно переместить в другой слой. Далее продолжить процедуру размещения ГЭ можно двумя способами:

— перетащить ГЭ с панели инструментов на экран (метод drag-and-drop); после размещения ГЭ имеет размеры, заданные по умолчанию, РПД переходит в режим редактирования, окно свойств ГЭ открывается автоматически. При перетаскивании с панели инструментов ГЭ групп Ресурсы и Объекты на экране размещается первый ресурс/объект первой библиотеки;

— переместить курсор в нужную точку экрана и нажатием ЛК установить точку привязки ГЭ. Далее действия по размещению ГЭ могут отличаться, однако для большинства графических элементов они стандартны — перемещение мыши после установки точки привязки выводит на экран образ ГЭ, при этом отрезок от точки привязки до текущего положения курсора является диагональю прямоугольника, ограничивающего ГЭ (если при перемещении мыши удерживать нажатой клавишу CTRL, ряд ГЭ окажется вписанным в квадрат). Повторное нажатие ЛК приводит к размещению графического элемента в выбранном графическом слое (в ряде случаев для размещения ГЭ на экране достаточно установить точку привязки).

Для графических элементов группы Ломаные и кривые каждое нажатие ЛК после установки точки привязки задает узловую точку (промежуточную вершину). Для установки последней вершины и выхода из режима размещения этих ГЭ нужно нажать ПК. Положение узловых точек, заданное при размещении, можно в дальнейшем изменить.

Для отмены размещения ГЭ в его процессе надо нажать ESC.

При пересечении ГЭ возникает необходимость разместить один ГЭ поверх другого или наоборот. Для этого нужно выделить ГЭ ЛК мыши. Затем вызвать контекстное меню ПК мыши и выбрать Переместить наверх для того, чтобы переместить на один уровень вверх или Переместить вниз для перемещения на один уровень вниз. Контекстное меню представлено на рисунке 17. Пример выполнения команды показан на рисунке 18.

В качестве задвижек без управления используем ГО valve₁ из библиотеки из группы Задвижки. Резервуар разместим также из библиотеки из группы Резервуары:

После размещения ГЭ необходимо настроить их свойства.

Рисунок 17 — Выбор команды Переместить вниз

а); б) а) до выполнения команды; б) после выполнения команды.

Рисунок 18 — Выполнение команды Переместить вниз с ГЭ Труба Графические элементы имеют следующие настраиваемые свойства:

— атрибуты (статические и динамизируемые);

— динамические свойства;

— функции управления.

Эти параметры определяют вид графических элементов и выполняемые ими функции отображения и управления при работе в реальном времени.

У ГЭ Текст зададим свойство Текст. Для этого двойным щелчком ЛК на тексте вызовем окно свойств. Это окно продемонстрировано на рисунке 19.

В поле Значение свойства Текст ввести отображаемый текст.

Аналогично задать необходимые параметры свойств Контур, Заливка и Цвет текста. Для задания дополнительных параметров данных свойств необходимо дважды ЛК мыши нажать в поле Свойство на требуемом свойстве. Все свойства, выделенные коричневым цветом и подчеркиванием, имеют дополнительные параметры, которые можно вызвать двойным нажатием ЛК мыши на названии свойства.

Рисунок 19 — Окно свойств ГЭ Текст

После размещения ГЭ и ГО получаем экран Емкость, изображенный на рисунке 20.

Рисунок 20 — Экран Печь с размещенными ГЭ и ГО

2.2.4.4 Создание аргументов экрана

В соответствии с техническим заданием на проектирование необходимо назначить аргументы шаблону экрана — щелчок ПК на созданном шаблоне экрана и выбор из выпадающего списка пункта Свойства, далее переход во вкладку Аргументы. Окно свойств с открытой вкладкой Аргументы показано на рисунке 21.