Рисунок 18 – Структура взаимосвязей мнемосхем
Выполнение основных функций гарантируется при соблюдении
нижеперечисленных условий:
Отсутствие механических повреждений на модулях
специализированного контроллера, демонстрационных панелей, сетевом
оборудовании.
Наличие питания на модулях специализированного контроллера и
ОП.
Наличие соответствующих специализированных для САУ ГА-2
программ в контроллере и на ОП.
Наличие сетевого кабеля Ethernet, соединяющего контроллер с
демонстрационными панелями. При этом на всех устройствах сети должны
быть выбраны одинаковые сетевые настройки. Каждое устройство сети
должно иметь уникальный адрес.
Специализированный контроллер должен находиться в состоянии
“RUN”.
Проект на операторской панели должен быть инициализирован.
Операторская панель получает от контроллера информацию о
параметрах системы и сообщениях.
75
3.2 Разработка принципиальной схемы системы
Принципиальная схема системы приведена в приложении Д. Основной
задачей САУ ГА является обработки, передачи, хранения, представления
информации и принятия управляющих воздействий по заложенным
алгоритмам или по команде оперативного (обслуживающего) персонала.
Контроль состояния ГА осуществляется по электрическим,
гидромеханическим, температурным параметрам, параметрам вибрации,
биения и сигналам состояния. Для сбора сигналов используется набор
станций распределенной периферии ET200М, которые содержат аналоговые
и дискретные модули ввода/вывода для сбора информации и связаны с
контроллером S7-400, расположенным в шкафу контроллеров, посредством
сети PROFIBUS.
На операторской панели, подключенной к встроенному порту
процессора контроллера посредством сети MPI, осуществляется местная
визуализация состояния технологического процесса в виде таблиц, диаграмм
и графиков.
Контроллером осуществляется алгоритмическая обработка собранной
информации, включающая проверку данных по уставкам, подготовку
параметров для диагностирования состояния гидроагрегата, включая
параметры вибрации и биения, анализ данных для выявления условий
выработки управляющих воздействий, срабатывания гидромеханических
защит и перевода гидроагрегата в соответствующий режим. По результатам
обработки информации контроллер осуществляет управление гидроагрегатом
в переходных режимах при выполнении операций по пуску, нормальному и
аварийному остановам, переводу из одного режима в другой, управление
вспомогательным оборудованием во всех режимах работы гидроагрегата, а
также обеспечивает срабатывание предупредительной и аварийной
76
сигнализации на операторской панели и оперативных автоматизированных
рабочих местах.
Сбор и архивирование информации осуществляется на сервере,
работающем под управлением SCADA–системы WinCC.
Отображение информации производится на двух автоматизированных
рабочих местах на центральном пульте управления. Обмен информацией
между серверами и автоматизированными рабочими местами персонала
осуществляется на основе клиент-серверного взаимодействия WinCC через
специальные серверные пакеты данных через общестанционную сеть
Ethernet.
Согласно требованиям ТЗ верхний уровень САУ ГА организован в виде
локальной вычислительной сети Ethernet по протоколу TCP/IP со скоростью
передачи информации 100 Мбит/с.
Связь между резервированным контроллером SIMATIC S7-400H и
серверами верхнего уровня осуществляется с применением технологии
Industrial Ethernet по отдельным линиям связи, отделенным от
общестанционной ЛВС. Канал полностью резервированный.
Каналы связи между контроллером и станциями распределенной
периферии выполнены с использованием протокола Profibus. Для передачи
сигналов от измерительных преобразователей и к исполнительным
устройствам нижнего уровня используются экранированные кабели с
медными жилами, а также протокол Modbus.
Для организации подключения устройств САУ ГА к каналам передачи
данных в состав КТС включены коммутаторы SCALANCE X208. Это
коммутирующие модули для построения линейных и звездообразных
структур сети Industrial Ethernet со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/
с.
Устройство SCALANCE X208, устанавливаемое в серверном шкафу
САУ ГА, имеет восемь гнезд типа RJ-45 для подключения конечных
77
устройств и других сегментов сетей с MDI-X-интерфейсом 10/100 Мбит/с,
имеет светодиодную диагностику, контакт сигнала ошибки с установочной
кнопкой, резервированное питание, поддерживает технологию "plug and
play", что позволяет использовать его без дополнительной наладки.
Каждый элемент системы надёжно выполняет свои основные функции
при работе в автономном режиме в случае отказа канала связи. При перерыве
связи с верхним уровнем САУ ГА обеспечивается автономная работа
устройств нижнего уровня системы.
Синхронизация работы модуля с системой после восстановления
канала связи происходит автоматически.
При полном снятии напряжения с системы все рабочие программы и
алгоритмы сохранятся в памяти терминалов (контроллеров) в течение всего
срока службы системы.
При отказе САУ ГА (любой части: отдельного датчика, измерительного
нормирующего преобразователя, контроллера, терминала, регулятора, канала
связи, зависании операционной системы - ОС АРМ или сервера приложений,
при кратковременном перерыве питания всей системы, отдельного терминала
или сервера) не произойдёт:
потери функций защит;
ложных управляющих воздействий;
блокировки независимого (дистанционного и местного) ручного
управления коммутационными аппаратами.
При неисправности устройств автоматического управления:
обеспечен автоматический переход на ручное управление;
нагрузка гидроагрегата сохранятся неизменной.
САУ ГА обеспечивает круглосуточную и непрерывную работу в
течение установленного срока службы без деградационных отказов при
условии проведения требуемых технических мероприятий по обслуживанию
каждого компонента и САУ ГА в целом.
78
Надежность и живучесть системы обеспечивается:
выбором совокупности технических и программных средств,
обладающих соответствующими показателями надежности;
применением серийных изделий со 100% заводским выходным
контролем соответствия паспортным характеристикам, подтвержде
˜
нным
протоколом;
выбором промконтроллеров с дублированной структурой,
принципом горячего резервирования, синхронным выполнением программ и
способностью продолжать работу при наличии одного или нескольких
отказов в различных частях;
применением промконтроллеров с высокопроизводительным
центральным процессором с временем выполнения двоичных операций, не
превышающим 0,2 мкс;
тестированием всех функций по программам перед вводом в
опытную эксплуатацию;
определением регламента обслуживания составных частей и системы
в целом;
распределенным управлением и автономностью отдельных модулей;
автоматическим полным резервированием по алгоритму подсистемы
самодиагностики (горячего) ответственных компонентов и функциональных
комплексов защит, управления, регулирования, сигнализации;
применением алгоритмов, устойчивых к отказам входных
дискретных и аналоговых сигналов (обрыв линий, неисправность датчика), к
помехам, вносимым по каналам входной информации, связи,
электропитания, в том числе намеренным (силовое воздействие),
исключающих реакцию на ложную входную информацию;
применением алгоритмов, исключающих выполнение ошибочных
директив персонала;
79
сохранением настройки модулей системы при кратковременном
перерыве питания без дополнительных операций со стороны персонала при
перезапуске системы;
автоматической синхронизацией модуля с системой после
восстановления канала связи;
возможностью вывода каждого отдельного устройства в ремонт с
минимальным ограничением выполняемых функций.
САУ ГА имеет следующие показатели надежности:
срок эксплуатации между капитальными ремонтами — не менее 6
лет при наработке не менее 30000 часов;
полный срок эксплуатации - не менее 10 лет;
коэффициент готовности - не менее 0,9998;
коэффициент технического использования - не менее 0,93;
средняя наработка на отказ - не менее 8000 часов;
среднее время восстановления работоспособного состояния каждого
компонента системы при наличии полного комплекта запасных блоков - не
более 4 часов с учетом времени выявления неисправности.
3.3 Разработка инструкции оператора
Разработанная инструкция является обязательным документом для
выполнения технологическим персоналом и персоналом сервисных служб
предприятия при работе на автоматизированном рабочем месте (АРМ)
системы управления PCS 7. Инструкция содержит указания по
регулированию и наблюдению за технологическим процессом, а также
информирует о структуре системы управления и описывает ее функции и
возможности.
Расположение оборудования системы приведено в приложении Е. К
работе на АРМ допускаются пользователи, имеющие навыки работы с
персональным компьютером, прошедшие обучение работе в среде оператора
PCS 7.
80
PCS 7 представляет собой распределенную систему управления (РСУ),
которая выполняет функции автоматизации, начиная с элементарного
регулирования до управления производством и качеством продукции.
Пользователь может вмешиваться в управление технологическим
процессом при помощи клавиатуры или мыши, наводя курсор на
соответствующие кнопки, и активизируя их левой кнопкой манипулятора,
либо клавишей «Enter» на клавиатуре.
Функции регулирования, контроля состояния оборудования и
аварийных блокировок реализованы в контроллере и выполняются
автономно. В связи с этим останов работы программного обеспечения и даже
полное выключение компьютера не приводят к потере функций аварийного
контроля и управления. Все уставки алгоритмов работы и шкалы аналоговых
сигналов также хранятся в контроллере, поэтому перезапуск системы не
приводит к сбросу внесенных в систему изменений. Тем не менее, следует
помнить, что перезагрузка контроллера приводит к установке всех настроек в
изначальное состояние, заданное при первом запуске системы в
эксплуатацию.
Интерфейс оператора реализован в соответствии со стандартами
Windows–приложений. Для успешного использования системы персонал
должен обладать базовыми навыками работы с персональным компьютером.
Назначение всех функционально важных элементов пользовательского
интерфейса поясняется динамическими подсказками. Для вывода подсказки
достаточно подвести указатель мыши к объекту.
Объекты, при щелчке на которых в системе предусмотрены какие–либо
действия (переключение мнемосхем, открытие всплывающего окна и т.п.)
можно определить по зеленой стрелке, появляющейся рядом с указателем
мыши, при его наведении на этот объект.
Всплывающие окна при необходимости можно перемещать по экрану.
Для этого следует подвести указатель мыши к верхней границе окна, нажать
81
левую клавишу мыши и не отпуская ее переместить окно на новое место. Для
того чтобы закрыть всплывающее окно следует нажать на кнопку,
расположенную в правом верхнем углу окна.
3.3.1 Запуск системы
Система запускается автоматически после включения и загрузки
компьютера, вход в операционную систему осуществляется автоматически со
следующими параметрами:
Имя пользователя: Оператор;
Пароль: Оператор.
После запуска всех компонентов прикладного программного
обеспечения отображается стартовый экран и приглашение о регистрации в
системе.
На рабочем экране все органы управления заблокированы до тех пор,
пока не будет осуществлен вход в систему управления.
Система предусматривает разграничение доступа пользователей к
функциям управления и настройки. Каждому пользователю предоставляется
возможность выполнять лишь те действия, на которые он имеет право. Кроме
того, все системные комбинации клавиш (Ctrl+Alt+Del, Alt+Tab, Ctrl+Esc,
Alt+Esc) заблокированы средствами системы. Перед началом работы
пользователь обязан зарегистрироваться в системе со своим уникальным
именем и паролем, для чего в окне входа в систему «Вход в систему»
(вызывается с помощью кнопки в левой нижней части экрана) в полях «Имя»
и «Пароль» набирает с помощью клавиатуры присвоенное ему имя и пароль.
Регистрация другого пользователя производится аналогичным образом.
82
Рисунок 19 - Вид запущенного приложения
После введения буквенно-цифровой комбинации в обоих полях нужно
осуществить ввод по кнопке “OK” в окне “Вход в систему” или клавишей
“Enter” на клавиатуре. Если появится сообщение «Неизвестный пароль», то в
наборе пароля произошла ошибка (проверить также регистры написания
«Русский/Английский» и «ПРОПИСНЫЕ /строчные»), смена языка
«Русский/Английский» производится одновременным нажатием клавиш
Ctrl+Shift. Затем процедуру регистрации повторить. В случае успешной
регистрации исчезнет окно входа в систему, и станут доступными кнопки
навигации и органы управления, а имя пользователя отобразится в правой
верхней части экрана (Рисунок 20). В архив заносится сообщение о времени
регистрации пользователя, все его действия протоколируются и могут быть
просмотрены и распечатаны.
Рисунок 20 – Отображение зарегистрированного пользователя в системе
83
После окончания работы (при передаче смены) оператор должен
дождаться регистрации в системе своего сменщика, чтобы исключить
несанкционированный доступ к управлению технологическим процессом
установки.
В системе реализованы следующие уровни доступа:
“Администратор”;
“Инженер”;
“Оператор”.
Для каждого уровня доступа назначены свои права, причем каждый
уровень доступа может содержать до 128 пользователей.
Пользователь, вошедший в систему под уровнем доступа
“Администратор”, имеет неограниченные возможности по работе с системой.
Этот пользователь может:
управлять объектами так же, как и оператор;
изменять любые значения и настройки в системе управления;
заводить и удалять новых пользователей, производить смену
паролей;
управлять системой отчетов;
управлять архивацией;
осуществлять удаленный запуск системы управления с другого
компьютера;
осуществлять удаленную настройку системы управления с другого
компьютера;
выходить из системы управления в операционную систему.
Пользователь, вошедший в систему под уровнем доступа “Инженер”,
имеет следующие возможности по работе с системой:
управлять объектами так же, как и оператор;
изменять любые значения и настройки в системе управления;
84