Аппаратно–программные средства построения систем автоматизированного управления электропотреблением промышленных предприятий

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

 

 
Реферат

На тему

«Аппаратно–программные средства построения систем автоматизированного управления электропотреблением промышленных предприятий»

 

 

 

  

Выполнил:

 

 

 

Проверил:

Старший преподаватель

 

 

 

.

 

 

  

                                                                       

Москва 2017 г.

 

Содержание

Введение                                                                                                                   3

    Структура аппаратно-программных средств построения систем управления  3

Автоматизированные рабочие места пользователей системы                           6

Построение систем управления на базе Trace Mode                                            8

ЛИТЕРАТУРА                                                                                                       11

 

 

АППАРАТНО–ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Введение

В настоящее время осуществляется переход к использованию новых подходов к построению систем автоматизированных систем управления, основанных на применении современных серийно производимых аппаратно-программных средств.

 Анализ систем автоматизированных  систем управления электропотреблением  промышленных предприятий показал, что их построение целесообразно  осуществлять на платформе операционных  систем (ОС) общего назначения (как  правило, Windows NT), а не ОС реального времени (РВ). Это обусловлено тем, что в состав этих систем, наряду с задачами РВ, входят «фоновые» задачи, которые жестко не связаны со временем решения. К таким задачам относятся, например, задачи расчета электробалансов, нормирования и планирования электропотребления предприятий. К тому же использование ОС РВ не гарантирует создания системы реального времени (СРВ). Это необходимое, но недостаточное условие. Требуется еще правильная организация реализации всего комплекса задач, решаемых системой управления (правильное построение общего алгоритма управления).

Результаты тестирования и эксплуатации ОС Windows NT при решении задач управления электропотреблением промышленных предприятий показывают, что время реакции этих систем на события, возникающие в процессе управления, не превышает 1 мс, а время перезагрузки составляет около одной минуты. Это не приводит к нарушениям функционирования объекта управления (ОУ) и вполне допустимо при интервалах сбора информации в системе, составляющих от 3 до 7 минут.

Использование расширений RTX позволяет повысить надежность работы ОС Windows NT в режиме РВ (выполнение страховочных действий и операций по сохранению данных при сбоях в работе ОС). К тому же ряд функций, связанных со сбором информации и ее первичной обработкой, реализуется, как правило, контроллерами в непосредственной близости от контролируемых пунктов, и только затем эта информация вводится в ПЭВМ.

Структура аппаратно-программных средств построения систем управления

Для реализации задач управления электропотреблением промышленных предприятий предлагается структура аппаратно-программных средств, включающая два уровня иерархии (рис. 1):

– нижний уровень составляют контроллеры (ЛОМИКОНТ, Simatic S7-300, TSX Premium, System 300V, Speed 7 и др.), осуществляющие в режиме РВ сбор, преобразование из аналоговой формы в цифровую и наоборот, проверку на достоверность и форматирование измерительной информации, поступающей с ОУ;

 – верхний уровень  образуют SQL-сервер (серверы) и автоматизированные  рабочие места (АРМы), обеспечивающие  формирование реляционной базы  данных (БД), решение задач и функциональную  диагностику систем управления [3].

Данный аппаратно-программный комплекс обеспечивает:

 – надежное хранение, резервное копирование и восстановление (при возникновении аппаратных  сбоев) информации;

– контроль доступа к БД;

 – предотвращение  несанкционированного вмешательства  в работу системы.

Система управления строится на базе существующих сертифицированных аппаратных и программных средств и включает: датчики (измерительные преобразователи) напряжения, текущих значений активной и реактивной мощности; счетчики электроэнергии; устройства коммутации элементов схем электропитания; устройства передачи данных; контроллеры; ПЭВМ.

 Коммуникационные сети  реализуются на базе стандартных  линий связи, таких как Ethernet, RS-485, RS-232, радиоканалы, и протоколов обмена данными между контроллерами, ПЭВМ и внешними системами – TCP/IP, Modbus, Profibus и др.

В качестве измерительных приборов применяются серийно выпускаемые отечественные и импортные устройства, оборудованные счетно-импульсными цифровыми и аналоговыми выходами, и в отдельных случаях интеллектуальные микропроцессорные датчики.

Назначение серверов опроса четко не привязано к функциям одного из уровней. Они могут использоваться для реализации функций обоих уровней. В «простых» (реализующих небольшое количество задач) системах управления эти серверы отсутствуют.

 Для создания Windows-подобных пользовательских интерфейсов, коммуникации с измерительными приборами и исполнительными устройствами используются SCADA- системы (InTouch, Genesis 32, CitectSCADA 6.1, КРУГ-2000, WinCC, Trace Mode 6 и др.), построенные на платформе MS Windows, оснащенные стандартными интерфейсами обмена данных и API функциями, облегчающими процесс разработки отдельных подсистем управления и их интеграции в комплексную АСУ энергетикой и интегрированную АСУ (ИАСУ) предприятий – интеграция с ERP (SAP R3, Oracle Application, «Галактика» и др.) и MES-системами.

Рис. 1. Структура аппаратно-программных средств построения систем управления электропотреблением промышленных предприятий: W – расход электроэнергии; P и Q – активная и реактивная мощность; U – напряжение

Среди MES-систем следует особо отметить Simatic IT. Особенностью этой системы является наличие базовых и дополнительных компонентов, открытых интерфейсов и готовых решений по связи с нижним и ERP уровнями, позволяющих создавать эффективные ИАСУ. Все это облегчает внедрение и уменьшает стоимость эксплуатации системы.

Разработка прикладного программного обеспечения (ПО) управления осуществляется либо на встроенных языках SCADA-систем, либо на языках, допускающих подключение к ним, при использовании CASE-средств и универсального языка моделирования UML (Rational Rose, ARIS и др.), существенно упрощающих процесс и сокращающих сроки проектирования систем управления. Использование CASE- средств позволяет отделить проектирование ПО от кодирования и последующих этапов разработки, по возможности скрыть от разработчиков детали среды разработки и функционирования ПО.

 При этом следует  выделить методологию ARIS, которая  включает большое количество  известных методов моделирования  – диаграммы Чена ERM, язык UML, методики ОМТ (Object Modeling Technique), BSC (Balanced Scorecard) и др. Это позволяет исследовать объекты проектирования с разных точек зрения и осуществлять построение моделей, наиболее полно отражающих их взаимодействие с окружающей средой. Все модели и объекты создаются и хранятся в единой базе проекта, что обеспечивает построение интегрированной и целостной картины предметной области.

Автоматизированные рабочие места пользователей системы

Автоматизированные системы управления электропотреблением промышленных предприятий включают АРМы: администратора, главного энергетика, энергетика, энергодиспетчера, инженера по ремонту оборудования и экономиста, которые должны обеспечивать выполнение закрепленных за ними функций:

 АРМ администратора  должно обеспечивать:

– доступ к конфигурации логической схемы системы управления;

– формирование и редактирование запросов к БД, используемых другими АРМами;

– обмен информацией между БД и программами Microsoft Office;

 – ведение системного  журнала событий и доступ к  информации, содержащейся в нем.

АРМ главного энергетика должно обеспечивать:

– отображение по запросу необходимой текущей информации об электроснабжении предприятия;

 – отображение по  запросу необходимой отчетной  информации об электроснабжении  предприятия.

АРМ энергетика должно обеспечивать:

 – анализ электропотребления  предприятия, расчет показателей  электропотребления и электробалансов;

– выбор оптимальных параметров управления электропотреблением предприятия.

АРМ энергодиспетчера должно обеспечивать:

 – вывод на экран  принципиальных электрических схем  с отображением состояния коммутационной  аппаратуры;

 – отображение текущих  и интегральных расходов электроэнергии  по объектам электропотребления;

 – отображение суточных  графиков электропотребления по  объектам электропотребления в  табличном и графическом виде;

 – отображение результатов  прогноза электропотребления предприятия  и предупреждение о возможном  превышении установленных лимитов;

– управление электроснабжением предприятия на основе человеко-машинного диалога в режиме РВ.

АРМ инженера по ремонту энергооборудования должно обеспечивать:

– формирование и отображение графика проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР) энергетического оборудования;

 – отображение по  запросу информации о текущем  техническом состоянии электрооборудования.

АРМ экономиста должно обеспечивать:

– ввод регламентируемых энергоснабжающей организацией показателей электропотребления предприятия;

 – анализ электропотребления  предприятия в экономическом  разрезе, получение необходимых  отчетов и передача информации  в другие подразделения предприятия.

Системы управления электропотреблением предприятий должны обеспечивать также выполнение следующих общесистемных функций:

– ведение единой общесистемной БД;

– системное администрирование с наличием различных уровней доступа, контроль доступа пользователей к БД;

 – интеграцию с ПО существующих средств разработки систем управления;

 – настройку конфигурации  системного меню для АРМ;

 – формирование и  ведение системного журнала событий.

Решения, положенные в основу построения ПО систем управления электропотреблением промышленных предприятий, должны обеспечивать возможность дальнейшего увеличения количества объектов управления, типов энергоносителей, видов анализа информации и числа АРМ, а также интеграции с другими подсистемами ИАСУ предприятий.

Построение систем управления на базе Trace Mode

Среди SCADA-систем следует особо отметить Trace Mode 6 (компания AdAstra Research Group, Ltd.) [4, 5], в качестве базового механизма взаимодействия программных компонентов которой используется CORBA (рис. 2). Это повышает мобильность системы и позволяет при необходимости экспортировать ее на LINUX, UNIX, QNX и другие ОС.

Многоплатформенность и использование CORBA не снижают удобства работы программных компонентов системы на Windows-платформе, которая является основной. При этом сохраняется поддержка всех популярных Windows-технологий.

Основным сетевым протоколом является TCP/IP.

Протокол ODBC (Open DataBase Connectivity) обеспечивает обмен данными приложения (SCADA-системы) с системой управления БД (СУБД). Его основная цель – преобразование запросов приложения, написанных на стандартном для СУБД языке запросов SQL, в команды, поддерживаемые СУБД.

 Протокол динамического  обмена данными DDE (Dynamic Data Exchange) позволяет обмениваться данными между программами, а также управлять одной программой из другой программы.

Взаимодействие между SCADA-системами и офисными приложениями обеспечивает протокол OPC (OLE for Process Control). Такая клиент/серверная технология предоставляет механизм сбора данных из различных источников и их передачу любой клиентской программе вне зависимости от типа используемого оборудования. Это позволяет разработчикам ПО сосредоточить внимание на производительности и оптимизации работы серверной части, которая отвечает за сбор и обработку данных.

Рис. 2. Взаимосвязь программных компонентов системы, построенной на базе Trace Mode 6

Микромониторы реального времени (микро-МРВ) обеспечивают автоматическое восстановление функционирования в случае зависания процессора путем «безударного рестарта» системы. С их помощью создаются системы с горячим резервом.

 Для повышения надежности  работы систем управления, построенных  на базе Trace Mode 6, предусмотрено диагностирование их состояний в процессе функционирования.

Основу диспетчерского уровня управления составляют мониторы реального времени (МРВ), которые представляют собой серверы, осуществляющие обмен данными с контроллерами, управление, визуализацию информации, запись данных в SIAD 6 и т.д. Они поставляются с библиотекой встроенных драйверов более чем для 1500 контроллеров, промышленных сетей и модулей ввода-вывода. В состав каждого МРВ входит сервер СУБД РВ SIAD 6 и сервер тревог.

 К серверу МРВ подключаются  клиентские модули NetLink Light («толстый» клиент Trace Mode), а через Web-сервер Trace Mode – Web Activator – «тонкие» Web-клиенты. К МРВ также могут подключаться мобильные пользователи, использующие карманные компьютеры или обыкновенные GSM-телефоны. В первом случае это осуществляется через Trace Mode Mobile для Windows CE, а во втором – посредством GSM Activator.

Для генерирования отчетов в системе используется сервер документирования Trace Mode 6, который может представлять отчеты в Интернет, выводить их на печать и посылать по электронной почте.

Trace Mode 6 содержит средства для разработки АРМов. На административном уровне АСУ используются модули Supervisor, которые позволяют получить руководителю информацию о ходе и ретроспективе производственных процессов, статистических и технико-экономических параметрах предприятия. Кроме того, Supervisor дает возможность просматривать ретроспективу процесса как фильм на видеомагнитофоне.