Многоуровневые управляющие системы на базе комплекса технических средств СМ1820М.

ОАО «Институт электронных управляющих машин», продолжает начатые четверть века тому назад работы по созданию управляющих вычислительных комплексов семейства СМ1800. В настоящее время разработан и находится в серийном производстве широкий круг технических и программных средств модели СМ1820М, относящихся к четвертому поколению семейства СМ1800.
СМ1820М - функционально-полный комплекс технических и программных средств, построенный на современной элементно-конструктивной базе и передовых структурных решениях, обеспечивает возможность создания многоуровневых автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.
Архитектура и схемотехнические решения, использованные в СМ1820М, направлены на обеспечение высокой производительности, надежности и живучести управляющих систем, построенных на ее основе.
Технические средства СМ1820М сертифицированы Госстандартом России как средства измерения и рекомендованы Госатомнадзором России для использования на объектах использования атомной энергии в системах важных для безопасности. Они нашли применение на ряде важных объектов атомной промышленности России и Китая, на московском метрополитене, на ряде других промышленных объектов.

Комплекс технических средств СМ1820М включает в себя ряд моделей контроллеров и управляющих вычислительных комплексов верхнего и нижнего уровней Он предназначен для создания распределенных, многоуровневых управляющих систем промышленными объектами, связанных в локальную сеть, функционирующую на основе интерфейса RS-485, или Ethernet.
Нижний уровень управляющей системы образует совокупность промышленных контроллеров СМ1820М КП, СМ1820М КПМ, мини-контроллеров или моноблочных контролеров семейства СМ1820М, обеспечивающая сбор и предварительную обработку информации от датчиков объекта управления и формирование управляющих воздействий.
Верхний уровень управляющей системы может быть реализован на основе УВК СМ1820М (для сложных условий эксплуатации), либо на основе персональных компьютеров модели СМ1900. На верхнем уровне системы находятся серверы и автоматизированные рабочие места операторов, диспетчеров, руководителей.
В сложных системах возможно создание промежуточного уровня, на котором происходит концентрирование и перераспределение потоков информации. На промежуточном уровне возможно применение как УВК СМ1820М, так и контроллеров, в комплектации модулями и устройствами, соответствующей поставленной задаче.
Промышленные контроллеры СМ 1820М ПК и СМ1820М ПКМ (в дальнейшем ПК) является PC-совместимыми компьютерами, базирующимися на микропроцессоре типа Intel 386. В них реализована полная совместимость с Базовой системой ввода/вывода (BIOS) для IBM PC/АТ и операционной системой типа MS DOS.
Система программного обеспечения КП состоит из тестового и системного программного обеспечения, а также драйверов поддержки связи с верхним уровнем АСУ, где могут использоваться операционные системы типа Windows, QNX, Linux.
Тестовое программное обеспечение состоит из автономных (записанных в контроллере на FLASH-диске) тестов, позволяющих произвести полную проверку каждого отдельного модуля, входящего в состав ПК и общесистемного теста, обеспечивающего по инициативе верхнего уровня АСУ возможность проверки работоспособности сети в целом и отдельных модулей для каждого из ПК, входящих в состав распределенной системы.
Системное программное обеспечение ПК обеспечивает непрерывный сбор информации от модулей, входящих в состав ПК (дискретных, аналоговых и т.п.), ее первичную обработку и передачу на верхний уровень, прием и выполнение специальных команд с верхнего уровня, локальное управление, диагностику и статистику ошибок.

Совместимость архитектуры УВК СМ1820МВУ с IBM PC/AT определяет возможность использования операционных систем Windows 2000, Linux, QNX и прикладных программных пакетов, функционирующих под их управлением.
Основным инструментом для создания прикладного программного обеспечения, верхнего уровня, служит SCADA - система визуализации и управления технологическими процессами WinCC фирмы Сименс. WinCC предоставляет в распоряжение пользователя ряд редакторов и интерфейсов, с помощью которых эти функции могут быть индивидуально спроектированы для любого приложения.
В WinCC реализовано централизованное управление проектом для быстрого доступа ко всем его данным и централизованная настройка уставок, контроль параметров. Функционирует графическая система для свободно формируемой визуализации и управления через полностью графические объекты, причем все их свойства могут быть сделаны динамическими.
Система сообщений для регистрации и архивирования событий выполняет все процедуры отображения и управления, позволяет свободно выбирать классы сообщений, формы их отображения и протоколирования. Производится архивирование значений переменных процесса для регистрации и сохранения измеренных значений, например, для представления в виде графиков и таблиц с целью дальнейшей обработки.
Система отчетов обеспечивает учет времени и событий, документирование сообщений, управляющих воздействий и текущих данных о процессе в виде пользовательских отчетов или проектной документации в свободно выбираемом формате.
WinCC имеет инструменты для удобного управления пользователем и его полномочиями. Каналы связи для обмена данными с подчиненными устройствами используют протоколы SIMATIC, Profibus DP, сервер DDE и OPC . Стандартные интерфейсы для открытой интеграции других приложений - Windows, ODBC/SQL, ActiveX, OLE, DDE, OPC.

На основе комплекса технических средств СМ1820М реализован ряд проектов автоматизации сложных объектов.

Тяньваньская АЭС.

На базе УВК СМ1820МВУ реализованы две системы для Тяньваньской АЭС в Китае: система химического мониторинга (СХМ) и рабочее место начальника смены станции. Обе системы работают в одной резервированной волоконно-оптической сети. В данном случае комплексы СМ1820МВУ интегрируются в общестанционную сеть Siemens и работают с оборудованием нижнего уровня фирмы Siemens.
СХМ состоит из 2-х резервированных серверов, рабочего места инженера технолога и 5 рабочих мест лаборантов. На серверах установлена SCADA-система WinCC, осуществляющая прием данных от систем нижнего уровня, их обработку, архивацию, анализ и выдачу аварийных сообщений и предупреждений, генерацию и печать отчетов, выдачу информации для клиентов, обеспечение системы резервирования.
Рабочее место инженера технолога выполнено так же на базе SCADA-системы WinCC и является клиентом у системы, работающей на серверах, обеспечивая отображение информации в виде мнемосхем, таблиц, трендов, службы аварийных сообщений. Так же, с рабочего места инженера-технолога осуществляется контроль за возникающими аварийными сообщениями, их квитирование и обработка. Для более удобного представления информации машина оборудована двумя мониторами, что позволяет постоянно охватывать взглядом 2 видеокадра. Кроме того, в функции инженера-технолога входит обработка данных лабораторных измерений. Связь клиентского приложения с серверным так же работает в режиме резервирование. Поэтому, в случае выхода из строя одного из серверов, происходит автоматическое переключение клиентской системы на резервный сервер. После восстановления поврежденного сервера происходит автоматическая синхронизация данных между серверами.
Рабочие места лаборантов работают без SCADA системы и только лишь отправляют измерения в общую базу данных в систему WinCC. Эти данные так же автоматически резервируются серверами, что позволяет повысить надежность хранения и лабораторных измерений тоже.

Рабочее место начальника смены станции предназначено для отображения обобщенной информации о состоянии основных систем блоков и систем безопасности. Данная система выполнена так же с резервированием и с 4-мя мониторами. Связь с нижнем уровнем осуществляется по тому же принципу, что и СХМ. Основными функциями, так же является сбор, архивация и отображения информации полученной с нижнего уровня. С помощью данного инструмента, благодаря его удобному и интуитивно-понятному интерфейсу, оператор (начальник смены станции) может осуществлять контроль за всеми основными службами и системами объекта. Удобная система сигнализации понижает до 0 вероятность того, что та или иная авария будет пропущена. Анализ изменения тех или иных технологических параметров может осуществляться с помощью удобно настраиваемой системы отображения трендов. А именно: просмотр трендов на любом участке с любым масштабом, сопоставления графика одного параметра с другим, и т.д. Причем, все настройки трендов оператор может производить непосредственно на работающей системе, чтобы увидеть нужную ему информацию, в удобном представлении.
Точно такими же механизмами анализа оснащена и система СХМ.

Установка по производству химической продукции.

Еще одной разработкой на базе комплексов СМ является автоматизация установки по производству водорода. Данная система является 2-х уровневой и построена полностью на базе технических решений марки СМ.
Нижний уровень представляет промышленный контроллер СМ1820М.КП.14, имеющий 128 дискретных входов, 96 дискретных выходов типа «сухой контакт» для коммутации линий связи с напряжением 24 В и 220 В с током до 10 А, 64 аналоговых токовых входа и 4 аналоговых выхода. Контроллер имеет линии связи с верхним уровнем RS-232 и Ethernet.
Верхний уровень представляет PC СМ1900 с процессором Intel Pentium 4 под управлением операционной системы Windows 2000 с двумя мониторами. Машина верхнего уровня осуществляет контроль и управление объектом с помощью SCADA системы WinCC. Кроме того, машина верхнего уровня оснащена устройством для работы с магнитооптическими дисками на которых осуществляется архивация данных для долгосрочного хранения.
Данная система является управляющей и имеет два режима работы - ручной и работа по автоматической циклограмме. В данной конфигурации контроллер осуществляет сбор данных и обеспечивает интерфейс обмена данными с верхним уровнем. Кроме того, в особо критических точках контроллер может сам осуществлять анализ некоторых параметров и автоматически выдавать сигналы управления. Такая распределенность в системе обусловлена тем, что в рамках данной системы, на некоторых ее участках, мы имеем дело с очень быстро протекающими процессами. Поэтому, для обеспечения надежности и повышения скорости реакции системы, функции автоматического управления присутствуют и в контроллере и в машине верхнего уровня.
Оператор имеет возможность настраивать уставки срабатывания аварийных режимов и изменять режимы и временные диаграммы работы циклограммы. Данная функция открывает перед пользователями возможности для подробного изучения и анализ автоматизируемого процесса. Что и требовалось в данном случае, т.к. установка является экспериментальной.
Для облегчения ручного управления системой на мониторы установлены сенсорные панели, что позволяет оператору управлять системой не только с помощью манипулятора типа «мышь» но и простым прикосновением пальца к экрану монитора.