Основные подсистемы СПО АСУТП
Специальное программно обеспечение АСУТП включает большое количество задач (программ), функционирующих под управлением операционных систем на компьютерных устройствах системы. Для понимания работы ПО АСУТП их представляют на различных схемах, в частности, на «Схеме взаимосвязи функциональных задач АСУТП». На схеме задачи показываются в виде прямоугольников, внутри которых пишется название задачи и его расшифровка. Обычно на такой схеме связанные по смыслу задачи располагаются рядом и объединяются пунктирными линиями в подсистемы (информационная, запуска-перезапуска, управляющая, расчета и выдачи ТЭП агрегата и АСУТП, архивирования, ведения текущей БД, научная, связи с другими АСУТП и пр.). С помощью соединительных линий показываются информационные связи задач с текущей или архивной базами данных, а также – при необходимости – порядок запуска задач. Допускается, в частности, для изображения подсистемы нижнего уровня, функционирующей на контроллерах, показывать не название задач., а функции управляющей программы (приём сигналов, масштабирование, передача параметров по сети, регулирование, блокировка и пр.). Программное обеспечение контроллеров (или ПК, реализующих их функции) обычно изолировано от другого ПО. Это ПО может поставляться как вместе с контроллером, так и отдельно от него и работать под управлением ОС (MS-DOS, Windows, Linux, QNX и т.д.).
На уровне контроллера обычно решаются задачи: - получение сигнала от датчика, фильтрация, масштабирование, сглаживание. - задачи локального регулирования. - задачи блокировки и защиты (отсечка).
Вопрос возможно включения в ПО контроллеров других задач является спорным. С одной стороны, современные контроллеры обладают достаточной вычислительной мощностью для работы в темпе с процессом; с другой стороны, в случае неработоспособности контроллера (по разным причинам) могут возникать проблемы. В контроллере реализована задача связи с компьютером.
Задачи, реализованные в контроллере, объединяются в подсистему нижнего уровня.
Кроме вышеуказанной подсистемы, обычно в состав ПО АСУТП входят: - Информационная подсистема. - Подсистема введения БД. - Управляющая подсистема - Подсистема оценки состояния оборудования объекта и технических средств АСУ ТП. - Подсистема расчета и выдачи технико-экономических показателей. - Научная подсистема и т.д. - Подсистема запуска-перезапуска и др. Обычно каждая подсистема включает в себя несколько задач (процессов, нитей).
Информационная подсистема. Основные задачи: - Получение информации от контроллеров (от нижнего уровня), передача информации в контроллер. - Обслуживание рабочего места оператора-технолога и оператора АСУ ТП с выдачей различных видеограмм. - Обмен информации со смежными АСУ ТП. - Реализация информационных моделей. - Ведение текущей БД и периодическое пополнение архива БД. - Обслуживание мнемосхем, если они есть и др..
Управляющая подсистема. Основные задачи: - Расчет управляющих воздействий (заданий регулятору), новых значений параметров объекта. - Логическое управление механизмами. - Реализация управляющих моделей, если они есть. - Определение рационального режима ведения ТП и др.
Под режимом понимают комплекс значений параметров, соответствующих текущему состоянию объекта.
Подсистема оценки состояния оборудования и АСУ ТП. Предназначена для непрерывного слежения за оборудованием объекта с целью выявления отказов оборудования или реальной возможности отказа. В первую очередь это слежение за движущимися частями, состоянием смазки, параметрами электрических машин (двигателей, генераторов, трансформаторов и пр.), температурой подшипников и т.д. Во время работы системы также необходимо следить за состоянием всего КТС АСУ ТП. В эту подсистему входят разные тестовые задачи и проверка работоспособности датчиков.
Подсистема расчета и выдачи ТЭП агрегата и самой АСУТП. Предназначена для непрерывного слежения за работой агрегата (расходы материалов, энергоресурсов, вспомогательных ресурсов в течении смены с последующей выдачей на экран протокола ТЭП агрегата, в котором оцениваются основные параметры его работа). Например для ТЭП нагревательной печи прокатного стана обычно выводятся: - Количество посаженного (нагретого) металла по маркам стали и по толщине. - Удельный расход топлива. - Расход топлива по часам - Остановка агрегатов с указанием причины, если она известна. - Аварийные состояния во времени смены с выдачей времени - Нарушение технологии в течении смены. При расчете ТЭП необходимо учитывать специфику работы системы, чтобы снизить вероятность обмана со стороны тех. персонала. Расчет и выдача протокола ТЭП АСУТП предназначены для оценки работы АСУ ТП, в частности протокол содержит промежуток времени, в течении которых система была замкнута, количество перезапускав и их причины, время возникновения и причины сбоев оборудования и т.д.
Научная подсистема Обычно содержит задачи, связанные с настройками моделей, действующих в системе, а также с дополнительными расчетами или обработкой технологических параметров, результаты которых впоследствии будут использоваться в подсистемах.
Подсистема запуска-перезапуска. Синхронизация в памяти ЭВМ вычислительного и технологического процессов при начальном запуске занимает особое место в работе системы. Во-первых, это связано с тем, что включение системы управления может происходить в случайные моменты времени и управление технологическим процессом не может быть реализовано системой управления в силу отсутствия необходимой информации на момент подключения. Особенно это важно для систем непрерывно-дискретного типа (управление прокатными станами и т. п.). Во-вторых, процедура начального пуска должна обеспечивать выполнение работ, которые либо вообще не выполняются при нормальной работе системы, либо выполняются в другом объеме. Традиционно для первоначального запуска программного обеспечения АСУ ТП используются специальные задачи (процессы). Начальный пуск должен обеспечивать: 1. Оценку технического состояния технических средств АСУ ТП (контроллеров, компьютеров, устройств связи с объектом, датчиков, сетевого оборудования и пр.). Первоначальное тестирование оборудования и датчиков необходимо для уверенности в адекватности отображения состояния управляемого объекта в архивах ЭВМ и обнаружения неисправностей функционирования АСУ ТП в различных режимах. 2. Оценку технического состояния агрегата. 3. Начальный ввод информации в систему в соответствие с заданным режимом работы системы. 4. Подключение системы к объекту в заданный момент времени. 5. Проверку работоспособности технических средств системы. 6. Возможность полного или частичного управления агрегатом в текущий момент времени. Основные возможные компоненты исходной информации, вводимой в систему перед началом функционирования системы, следующие: - общие константы программы, используемые при выполнении арифметических и логических операций; - табличные функции (константы табулированных функций); - константы режима для каждого режима работы системы; - состав задач, приоритет и периодичность их включения и т. п.; - начальные значения переменной информации (счетчиков, адресов, кодов и т.п.)изменяющейся в процессе работы системы, - данные о состоянии внешних устройств и абонентов системы, астрономическое время пуска системы, - системные данные, определяющие внешние условия функционирования системы управления в данный момент времени. Устройства ввода - вывода проверяются с помощью выдачи стандартных сообщений (печать или индикация), а для диалоговых устройств проведением стандартного диалога. Например Проверка пульта оператора системы Ввести №№ рабочих конверторов ? Подтверждаю, в работе конвертеры № 1, №3 Вслед за этим проверяют устройства индикации - выдачей на цифровые индикаторы кодов, соответствующих 0 - 9, и включением- выключением мнемосхемы. В процессе этой проверки контролируют части устройств УСО. Затем осуществляется опрос всех датчиков и сравнение полученных результатов с граничными условиями. В процессе этих опросов также происходит проверка УСО. Сообщение об ошибках индицируются или печатаются на системном устройстве например Т-ра 2-й зоны не в диапазоне Нет +0. 5В в МГУ После этой проверки осуществляется сброс всех устройств ввода-вывода и УСО в исходное состояние. Происходят запросы на ввод астрономического времени, даты (если это необходимо), номера бригады, номера смены, а затем – на ввод исходной информации. После ввода исходной информации осуществляется запрос на системный пуск, и, в случае утвердительного ответа, осуществляется подключение к объекту. Определенную сложность представляет подключение к объекту системы, в которой управление технологическим процессом осуществляется по инициативным сигналам с объекта (управление движущимися объектами, непрерывно дискретное управление дискретное управление). В этом случае вопрос синхронизации становится наиболее очевидным, и его решение можно продемонстрировать на примере действий, реализуемых, при начальном пуске системы управления прокатным станом. При подключении к объекту вначале происходит ожидание выполнения заданного условия (например, выхода полосы из последней клети чистовой группы клетей путем циклического опроса соответствующего датчика). Устанавливаются признаки начального запуска системы для системы подтверждения инициативных сигналов - по одному на каждый инициативный сигнала. Опрашиваются устройства ввода инициативных сигналов для снятия имеющихся сигналов Готов и снимаются маски. Снимается признак Начальный пуск с первого (не подтверждаемого) сигнала (например, о входе полосы в последнюю клеть чистовой группы клетей). Система подтверждения инициативных сигналов не классифицирует инициативные сигналы как событие для системы в случае, если для данного сигнала установлен признак Начальный пуск. Эти признаки снимаются при продвижении информации о полосе по линии стана, т. е. если два датчика инициативных сигналов расположены один за другим, то сигнал о нахождении полосы над первым датчиком снимает признак Начальный пуск со второго, но не наоборот. В течение работы системы возможны различные сбои, связанные с отказами оборудования или ошибками в работе программного обеспечения, приводящие к «зависанию» вычислительных устройств, входящих в состав АСУТП, или их остановке. Возможные причины сбоев следующие: прекращение подачи электропитания, ошибки в программном обеспечении (как в ОС, так и в СПО), неправильная эксплуатация системы, сбои оборудования АСУТП, выход из строя отдельных модулей системы. После сбоя и, если необходимо, ремонта и замены оборудования, а также после плановых ремонтов объекта управления систему необходимо либо перезапустить, используя текущую БД, запомненную перед сбоем, или запустить заново (с «нуля»). Если простой АСУТП по времени позволяет продолжить работу системы, то выполняется перезапуск. Поскольку начальный запуск требует достаточно большого времени (это связано с тем, что обычно необходим ввод информации осуществляется в диалоговом режиме), необходимо предусмотреть процедуру синхронизации вычислительного и технологического процессов по укороченной программе. Такая процедура носит название короткого запуска, или перезапуска. При перезапуске системы нет необходимости вводить заново информацию о константах и табличных функциях, так как эта информация находится во внешней памяти машины. Основные работы при коротком перезапуске обусловлены нарушением системных данных во время останова вычислительных устройств. Таким образом, процедура перезапуска включает в себя восстановление системной информации, подключение системы к объекту в заданный момент времени. Программа перезапуска восстанавливает состояние системы на момент сбоя с помощью архивов БД. При нарушении целостности информации, хранимой во внешней памяти ЭВМ, для восстановления системы используют режим начального пуска. Подсистема запуска-перезапуска должна иметь в своей системе задачи, предназначенные для синхронизации работы системы и объекта, а также обеспечить запуск расчетных задач и моделей таким образом, что бы они учли время простоя системы на базе некоторых специально установленных (средних) значений технологических параметров. Запуск и перезапуск системы обычно занимает некоторое время, от десятка секунд до 15-30 минут и более, в зависимости от сложности АСУТП и технологического процесса, протекающего в ТОУ.
Вопросы для самопроверки: ДОПОЛНИТЬ! 1. Назначение алгоритмов контроля. 2. Особенности современных АСУТП. 3. АСУТП как система функциональных задач. 4. Что такое градуировка и коррекция показаний датчиков? 5. Назвать и показать случаи фильтрации и сглаживания. 6. Для чего применяют интерполяцию и экстраполяцию? 7. Назвать и показать методы определения функций распределения. 11.Назначение алгоритмов контроля достоверности исходной информации и методы их определения. 12.Назначение и методы определения задач характеризации.
|
