Система управления биотехнологическими процессами

      Базовый функциональный профиль систем диспетчерского контроля и сбора данных с  человеко-машинным интерфейсом (SCADA/HMI) сформировался еще во времена первых управляющих вычислительных машин, снабженных монохромными алфавитно-цифровыми дисплеями, на которых создавались «псевдографические» изображения - прообраз современной графики. Уже тогда системы обеспечивали сбор, обработку, отображение информации, ввод команд и данных оператором, архивирование и протоколирование хода технологического процесса (ТП).

      С появлением в пунктах управления ТП компьютерной техники в составе управляющих вычислительных машин и распределенных систем управления (РСУ), характеризующихся наличием нескольких центров обработки данных о ходе ТП, расширяется их функциональный профиль, технические и коммуникационные возможности. В составе компьютерных операторских станций появляются цветные графические дисплеи, средства анимации изображений, голосовая сигнализация расширяются функциональные возможности операторских станций.

      В начале 80-х годов 20 века ряд международных  организаций по стандартизации ISO, ITU-T и некоторые другие - разработали концепцию открытых систем, реализованную в виде модели OSI (Open System Interconnection), т.е. модели взаимодействия открытых систем, определяющую различные уровни взаимодействия систем, дающую им стандартные имена и указывающую какие функции должен выполнять каждый уровень. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

      После разработки концепции открытых систем программные средства для операторских станций стали самостоятельным  продуктом, свободно компонуемым с программно-техническими средствами разных производителей. Специализация изготовителей позволяет им сосредоточиться на проблемах создания программного обеспечения (ПО) для компьютерных станций в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП), причем к разработкам привлекаются программисты высокой квалификации. Имеется функция поддержки сетевых связей. Заботой разработчиков становится обеспечение программных систем средствами связи с контроллерами и устройствами разных производителей. Большое количество контроллеров с разными аппаратно-программными платформами и постоянное увеличение их числа заставляет разработчиков включать в состав программной системы большое количество готовых драйверов (до 700 - 800) и инструментарий для разработки новых драйверов.

      Современные системы SCADA/HMI хорошо структурированы  и представляют собой готовые к применению и согласованные по функциям и интерфейсам наборы программных продуктов и вспомогательных компонентов. В сетевых системах средствами SCADA/HMI реализуются станции разного функционального назначения, взаимодействующие между собой в системах (АСУТП). Они включают в свою номенклатуру разные типы: станции-серверы и станции-клиенты, взаимодействующие в структуре «клиент-сервер»; станции наблюдения (мониторинга) для руководящих работников; специальные станции архивирования данных и документирования данных и событий и др.

      В SCADA/HMI-системах широко применяется  принцип модульного построения, реализуемого в двух основных вариантах.

      В первом случае для системы, обеспечивающей полный набор базовых функций, создаются дополнительные пакеты - опции, реализующие необязательные в применении функции контроля и управления, например, SPC, Batch Control.

     Во  втором случае система создается из функциональных модулей, реализующих отдельные функции контроля и управления. Модули в достаточной мере независимы и могут применяться на отдельных функциональных станциях или свободно компоноваться в разных сочетаниях при разработке станций. Таким образом, могут создаваться, например, станции наблюдения, станции «слепой узел» (концентратор данных в сети) или станции со свободно формируемым набором функций.

      С ростом мощности компьютеров и соответствующим  ростом информационной мощности операторских станций соответственно потребностям приложений SCADA/HMI-системы становятся масштабируемыми, они выпускаются в вариантах, которые при сохранении в целом функционального профиля поддерживают от нескольких десятков или сотен до десятков тысяч входов-выходов.

      SCADA/HMI-системы  ведущих производителей получают  расширение в иерархии уровней  управления производством «по вертикали» - в сторону непосредственного управления процессом (автоматическое регулирование и программно-логическое управление), и в сторону управления производством. Такие программные системы представляют собой мощные программные комплексы, обеспечивающие ИАСУ производством в целом. Использование в системах разных уровней единых стиля оформления, терминологии, инструментария, служебных средств и т.д., значительно облегчают проектантам и системным интеграторам разработку СУ, а предприятиям - их освоение и эксплуатацию. Функции непосредственного управления реализуются в пакетах прикладных программ для контроллеров, построенных на основе персональных компьютеров (SoftPLC), и для компьютерной реализации функций непосредственного управления (SoftControl). На уровне управления производством для диспетчерского управления (Manufacturing Executing System ~ MES) вполне применимы SCADA/HMI-системы для АСУТП. Сбор, отображение, архивирование данных и протоколирование хода производства средствами систем SCADA/HMI успешно применяется в АСУП. Однако особенности функций диспетчерского управления привели разработчиков SCADA/HMI-систем к созданию специальных программных продуктов для уровня управления производством. В них важную роль играет функция поддержки принятия решений перед перераспределением материальных и энергетических потоков в технологической схеме производства - путем оценки результатов предполагаемых решений средствами моделирования. Использование стандарта моделирования существенно облегчает разработчикам создание программных систем, а разработчикам проектов - освоение систем и переход от одной системы к другой.

      Прогресс  в области SCADA-систем в последние  годы получил значительное ускорение. Использование новейших информационных технологий, интеграцию приложений, встраивание стандартных языковых средств для программирования пользовательских алгоритмов и экранных взаимодействий значительно повысили эффективность SCADA-систем. В распоряжении пользователей разных групп появился мощный инструментарий. Технологии распределенной межсетевой архитектуры для корпоративных систем DNA (Distributed interNet Architecture) в среде MS Windows, комплексирование продуктов для управления технологией создают новые возможности в ИАСУ и перераспределение функций между ними. Теперь в дежурный список поддерживаемых системами технологий и интерфейсов дополнительно к уже ставшим традиционными DDE, DLL, OLE, ODBC/SQL включаются объектные компонентные модели COM/DCOM с ActiveX, технологии Java, универсальный интерфейс связи с внешними устройствами ОРС. языки стандарта IEC 61131-3, языки описаний на основе Visual Basic for Applications, Internet/Intranet и т.д.

      В распоряжении разработчиков и пользователей  разных уровней оказывается инструментарий современных SCADA-систем, поддерживаемый средствами ОС и сетевых архитектур. Решения прикладных проблем в конкретных проектах становятся многовариантными благодаря таким возможностям, как распределение функций между станциями и формирование функциональных нагрузок станций; подключение внешних средств обработки данных (электронных таблиц, БД и др.) - статистической обработки, контроля ТЭП и т.д.

      Для управления уровнем в варочных колоннах  выбран ПЛК TSX PREMIUM фирмы Schneider Electric.

     ПЛК Modicon TSX Premium позволяют создавать автономные системы, ориентированные на реализацию децентрализованной архитектуры управления.  С их использованием подход к разработке и управлению технологическим процессом реализуется таким образом, что разработчик системы управления ориентируется на решение различных задач с помощью целого ряда средств: интуитивно ясный пользовательский интерфейс, мощные языки, построенные в соответствии с требованиями стандарта МЭК 61131-3, инструментарий для повышения производительности разработки приложений.  
 

 

 Внешний  вид ПЛК Modicon TSX Premium. 

    Контроллеры Modicon TSX Premium разработаны на новой платформе в среде гаммы Modicon TSX. Они позволяют управлять технологическими процессами полностью, без какого-либо участия человека, исключая лишь стадию разработки, отладки и т.д.

    Подход  к разработке и управлению технологическим процессом построен таким образом, что ориентируется на решение различных задач с помощью целого ряда средств: интуитивный пользовательский интерфейс, мощные МЭК языки, инструментарий для повышения производительности. По сравнению с предыдущей серией – упрощенная установка и обслуживание, мощность обработки всех типов задач, Bus X – сеть реального времени, простые архитектуры, производительность реального времени на расстоянии до 100 м, полная прозрачность в сети.

    Новая платформа позволяет свободно распределять функции автоматизации, упрощает инсталляцию и обслуживание, существует возможность горячей замены модулей: кодируемые съемные терминальные блоки, PCMCIA карты памяти.

    Характеристики:

- быстрое  время ответов -  1мс;

- многозадачность  (0,31мс на 1024 булевых инструкций; 0,78нс на 1024 смешанных инструкций);

- сокращенное  время цикла (многопроцессорная  структура, независимые обмены между вводом-выводом).

- многозадачность  и модульность;

- многозадачная  ОС (до 64 задач по событиям; ввод-вывод может быть присвоен отдельной задаче; неявные обмены ввода-вывода;

- модульный  объем памяти (до 55К бинарных инструкций: 35К смешанных + 25К слов); управление  сложными задачами без смены  типа процессора;

- гамма  прикладных функций (аналоговая  обработка: 8/16 Input High level 12 bits, 4 Input multirange 16 bits, 4 Output Isolated outputs); быстрый счет (2/4 multifunction counters 40 kHz).

Выполняемые функции и назначение:

- управление  движением (2/4 independent axes for multifunction servo encoder: inc. 250kHz / abs. SSI 1MHz; 1 / 2 axes for stepper motor 187 kHz);

- коммуникации (multiprotocol serial link; Fipway network; FIPIO Agent fieldbus);

- взвешивание (a multifunction weightier  - 8 strain gauges max);

- интеграция  с персональным компьютером (подключение к ПК или к нескольким ПК посредством промышленного Ethernet);

• интегрированная открытая архитектура.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Автоматика и автоматизация пищевых производств/ М.М. Благовещенская, 
   Н.О.Воронина, А.В. Казаков и др. - М.: Агропромиздат, 1991. - 239 с.
2. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в пищевой промышленности/Л.А. Широков, В.И. Михайлов, Р.З.Фельдман и др.; под ред. Л.А. Широкова. - М.:Агропромиздат, 1986. -311 с.

3.Приборы  и средства автоматизации для пищевой промышленности/ И.К. Петров, М.М. Солошенко, В.А. Царьков. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 416 с