31
автоматическому контролю над действиями оперативно-
технологического персонала, запрету несанкционированных и ошибочных
действий персонала;
минимизации вероятности развития аварийных ситуаций, их
распознавания и парирования с помощью системы противоаварийной защиты
(ПАЗ);
аппаратной и программной избыточности, резервирования
критичных для функциональной безопасности компонентов системы;
снижению трудозатрат оперативно-технологического персонала в
результате
автоматизации функций контроля и управления технологическими
процессами и оборудованием;
улучшению условий труда за счет централизации управления
процессом с рабочих мест оперативно-технологического персонала,
разнообразного и удобного представления информации;
стабилизация эксплуатационных показателей технологического
оборудования и режимных параметров технологического процесса.
Проведем сравнительный анализ программных платформ для
построения АСУ ТП, в контексте деятельности предприятия и специфики,
выполняемых на нем производственных заданий, с целью выбора наиболее
подходящей для применения в данном дипломном проекте.
К функциональным характеристикам относятся: [33]
функциональные возможности;
программно-аппаратные платформы;
средства сетевой поддержки;
встроенные командные языки;
поддерживаемые базы данных;
графические возможности;
тренды и архивы;
32
сигналы тревог и события.
Проведем сравнение программно-технических комплексов Yokogawa
Centum VP и Siemens Step 7 со SCADA системой WinCC: [36]
В обеих системах присутствует объектно-ориентированная среда
разработки приложений, графические средства анимации, средства
автоматической генерации отчетов. Возможности использования библиотек и
шаблонов, архивирование данных с возможностью постобработки более полно
реализованы в WinCC. Обработка сигналов тревог и обновление данных в
реальном времени полностью реализованы в этих системах.
С точки зрения используемой платформы наиболее
перспективными являются SCADA-системы на базе MS Windows, каковыми и
являются сравниваемые системы. Такие системы позволяют организовать
стандартные, полные и расширяемые средства человеко-машинного
интерфейса, которые легко и быстро осваиваются оператором.
Средствами сетевой поддержки чуть в большей степени обладает
Centum VP по сравнению с WinCC, т.к. поддерживает технологию ОРС 2 на
уровне ядра.
Рассматриваемые системы относятся к категории, которая обладает
диалектами универсальных языков программирования, и поддерживают
полную совместимость с языками программирования на уровне синтаксиса и
среды разработки.
Обе системы поддерживают стандарт ANSI SQL. Это делает их
практически независимыми от используемых БД, позволяет создавать
автономные средства дополнительного анализа данных, использовать
существующее ПО обработки данных.
Обе системы имеют мощные графические возможности (со
стандартным пользовательским интерфейсом MS Windows), имеют
высокоразвитые средства анимации, поддерживаемые расширяемые
библиотеки графических объектов.
33
Тренды – это средства отображения информации в виде гистограмм
и графиков. Различают тренды реального времени (отображение данных в
реальном времени) и исторические тренды (отображение архивированных
данных). Уровень насыщенности их свойств и удобство применения выше у
WinCC.
Также, как и по предыдущему пункту, объем предоставляемых
возможностей по настройке и регистрации сигналов тревог и событий выше у
WinCC.
Эксплуатационные характеристики включают:
надежность;
удобство использования;
наличие и качество технической поддержки;
открытость систем;
оценка стоимости инструментальных систем.
Надежность является одной из основных эксплуатационных
характеристик, от которой зависит работоспособность системы. Методика
определения степени надежности SCADA в настоящее время практически
отсутствует. Косвенным критерием надежности можно считать лишь
количество установленных экземпляров системы. По этому показателю WinCC
почти в два раза превосходит Centum VP (WinCC – 185000, Centum VP –
100000). [19]
Удобство использования является одной из наиболее субъективных
характеристик SCADA-систем. Тем не менее, в первую очередь об удобстве
системы можно судить по таким показателям, как степень унифицированности
среды разработки и исполнения, а также качество сопроводительной
документации. [20]
При оценке технической поддержки важно учитывать не только факт ее
наличия, но и качество. У обеих систем техническая поддержка очень
эффективна, также пользователям систем предоставляются курсы обучения и
34
консультативная поддержка. Как уже отмечалось, WinCC обладает
русифицированной документацией. [20]
Открытость является агрегированной характеристикой системы, которая
оценивается на основе следующих свойств: возможность дополнения
множества встроенных функций функциями собственной разработки, открытый
протокол для разработки собственных драйверов внешних устройств,
доступность к стандартным БД, возможность выступать в качестве объекта и
контейнера ActiveX. [21]
Обе системы обладают возможностью дополнения встроенных функций,
определяемой наличием в SCADA-системе встроенного языка
программирования. Так же они поддерживаю стандарт ОРС, и разработка
собственных драйверов не представляет никаких трудностей. [21]
Технология ActiveX, которая поддерживается обеими системами,
является стандартным средством предоставления доступа к свойствам и
методам объекта одного приложения из другого приложения. [21]
Использование ActiveX является важной особенностью SCADA-систем,
позволяющей интегрировать их с другими приложениями в среде MS Windows.
[37]
По оценкам ряда экспертов, важность уровня стоимости при выборе
АСУ ТП за последние годы существенно снизилась, и значительно уступает
таким критериям, как надежность, удобство эксплуатации, возможности
сетевого обмена данными, качество технической поддержки, и другим.
Сравниваемые системы, по этому показателю существенных расхождений не
имеют. [37]
По изложенным выше, сравнениям характеристик анализируемых
систем, можно с уверенностью заключить, что безусловным лидером по
степени приемлемости системы для использования в проекте является Siemens
Step 7 со SCADA системой WinCC.
Для того что бы определиться в качестве выбранных сетевых серверных
решений необходимо сравнить представленные аналоги бесплатных Linux
35
систем, платных систем семейства Windows Server и Unix подобных платных
систем Solaris.
Сравнительный анализ основных характеристик серверных
операционных систем проведен в таблице 1.
Таблица 1
Сравнение сетевых серверных операционных систем
Характерист
ики
Windows
Server 2016
Debian
FreeBSD 8.2
Solaris
Безопасность
Высокая
Высокая
Высокая
Высокая
Исходный код
Закрытый
Открытый
Открытый
Закрытый
Интерфейс
Грфический
Консоль/Графи
ческий
Консоль/Графи
ческий
Консоль/Графи
ческий
Ядро
Многоядерная
Многоядерная
Многоядерная
Многоядерная
Многопроцес
осрность
+
+
+
=
Совместное
использовани
е
Многопользова
тельская
Многопользова
тельская
Многопользова
тельская
Многопользова
тельская
Резервирован
ие
Отдельная
служба
Отдельная
служба
Отдельная
служба
Отдельная
служба
Отказоустойч
ивость
Высокая
Высокая
Высокая
Высокая
Пользователи
Разделение
доступа
Разделение
доступа
Разделение
доступа
Разделение
доступа
Серверные
роли
В виде
отдельных
служб
Отдельные
службы и
оснастки
Отдельные
службы и
оснастки
Отдельные
службы и
оснастки
Аппаратная
платформа
Многоплатфор
менная
Многоплатфор
менная
Многоплатфор
менная
Многоплатфор
менная
Цена, рублей
(до 15
пользователе
й)
25000
Свободная
Свободная
20000
С точки зрения производительности, безопасности и ориентированности
на пользователя операционная система Windows Server 2016 является
оптимальной. Затраты на операционную систему составляют 25000 р.
Клиентское программное обеспечение включает в себя программы, которые
позволяют вычислительной системе работать в составе локальной
вычислительной сети и выполнять вычисления и позволять пользователю
работать с прикладными программами которые ему необходимы для работы.
36
2.3. Разработка технического задания на создание АСУ ТП
приготовления комбикорма
1) Требования к структуре и функционированию системы:
Система должна представлять собой многоуровневую, функционально
распределенную автоматизированную систему. [32]
Структура системы должна основываться на следующих принципах
построения автоматизированных систем:
централизованное хранение данных;
распределенная структура подсистемы сбора и обработки данных;
открытая архитектура информационного взаимодействия
компонент системы.
В структуре комплекса технических средств должны быть выделены два
уровня:
уровень измерительных систем (нижний уровень) – обеспечивает
измерение, корректировку и промежуточное хранение измеренных величин для
агрегирования;
уровень сбора и распределения данных (интеграционный верхний
уровень) – обеспечивает сбор, хранение собранных данных с нижнего уровня и
распределение данных среди получателей.
При разработке системы должна быть предусмотрена работа в
следующих режимах функционирования:
штатный режим функционирования – все компоненты системы
исправны и работают (на все компоненты, предусматривающие питание,
подается питание с необходимыми характеристиками, каналы связи работают с
предусмотренными характеристиками и т.д.);
внештатный режим – отдельные компоненты или часть
компонентов вышла из строя, либо вышла из строя часть каналов связи;
режим обслуживания и модернизации – временно выводится из
эксплуатации часть технических средств для проведения технического
37
обслуживания, расширяется состав технических или программных средств,
производится их замена или модернизация.
Система должна обеспечивать функции самодиагностики на всех
уровнях (в том числе приборов и измерительных каналов, как составных частей
системы). [32]
В качестве источника диагностической информации необходимо
использовать предусмотренные изготовителем или проектом возможности
диагностики устройств и компонент. При этом подразумеваются только те
устройства и компоненты системы, которые имеют внутреннюю систему
диагностики, интерфейс цифрового обмена информации, и для которых
имеется документация по протоколу обмена в достаточном объеме. [32]
Программное и техническое обеспечение должно иметь резерв не менее
30 % на расширение номенклатуры параметров приборов измерения
физических величин. [35]
2) Требования к надежности:
Система в соответствии с ГОСТ 24.701-86, относится к
многокомпонентным, многоканальным, ремонтопригодным
восстанавливаемым обслуживаемым системам, рассчитанным на длительное
функционирование. Длительность работы определяется производственной
необходимостью. [35]
Показатели надежности элементов «нижнего» уровня должны иметь
следующие значения:
общий срок службы с учетом проведения восстановительных работ
– не менее 10 лет;
среднее время восстановления при наличии ЗИП – не более 4 часов;
должны использоваться СИ серийного производства со сроком
службы не менее десяти лет;
должно быть обеспечено наличие запасных изделий и приборов
(ЗИП). Количество ЗИП определяется исходя из требований по срокам
38
восстановления элементов системы и показателей надежности используемого
оборудования, но не менее 10%.
Вся кабельная продукция системы должна иметь негорючее исполнение.
[35]
Каждое изделие, представляющее отдельную конструктивную единицу в
виде шкафа, стойки или кожуха, должно иметь устройства для подключения к
контуру защитного заземления. На корпусе около устройства защитного
заземления должен быть нанесен знак заземления по ГОСТ 2.721.
Конструкция устройств должна, по возможности, исключать
возможность попадания наружных металлических частей под напряжение в
процессе эксплуатации.
Наружные металлические части, которые могут случайно оказаться под
напряжением, должны подлежать защитному заземлению по ГОСТ 12.1.030-81
и «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ).
Подключение технических средств системы к сети 380/220В должно
осуществляться с помощью распределительных щитов. Выключатель сети
должен соответствовать напряжению питающей сети, коммутируемой
мощности.
Требования к пожарной безопасности должны соответствовать ГОСТ
12.1.004-91.
По устойчивости к механическим воздействиям технические средства
должны соответствовать группе L2 по ГОСТ Р 52931.
3) Требования к размещению составных частей:
Сенсоры, первичные преобразователи, технологическая обвязка
размещаются в помещениях. Для их обслуживания при необходимости,
согласно действующей НТД, должны быть предусмотрены специальные
площадки обслуживания.
Контроллеры, вычислители и технические средства верхнего уровня
размещаются в существующих помещениях на общих площадках. [39]
39
В соответствии с ГОСТ 21552, ГОСТ 12.1.005 для нормального
функционирования вычислительной техники в этих помещениях должны быть
обеспечены следующие условия:
температура окружающего воздуха 10…35 °С;
относительная влажность окружающего воздуха 20…80 % без
конденсации;
атмосферное давление от 84 до 107 кПа (680 - 800 мм рт.ст.);
запыленность воздуха в помещении – не более 1мг/куб.м при
размере частиц не более 3 мкм;
напряженность внешнего электрического поля должна быть не
более 0,3 В/м;
напряженность внешнего магнитного поля должна быть не более
5,0 А/м;
частота вибрации должна быть не более 5…35 Гц при амплитуде
смещений не более 0.75 мм.
В воздухе помещений не должно быть агрессивных веществ,
вызывающих коррозию. [39]
Вводы переменного напряжения должны осуществляться через фильтры
подавления помех. [40]
Напряжение питающей однофазной сети 220 вольт должно быть с
допускаемым отклонением от -10 % до +10 % и частотой 50 Гц ± 1 %.
Характеристика мест для размещения составных частей системы по
категории пожарной опасности, классу взрывоопасных зон, категории и группы
взрывоопасных смесей должна соответствовать НПБ 105 – 03, ПУЭ, ГОСТ Р
51330.11-99, ГОСТ Р 51330.5-99.
4) Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и
хранению компонентов системы:
Функционирование системы должно быть рассчитано на
круглосуточный режим работы, с остановкой на профилактику не чаще одного
раза в год.
40
К эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту системы может
быть допущен персонал, имеющий соответствующий допуск.
Технические средства системы должны быть устойчивы к воздействиям
температуры и влажности окружающего воздуха по группе В1 ГОСТ Р 52931 и
к воздействию механических факторов по группе L2 ГОСТ Р 52931, а для
вычислительной техники - по группе 3 ГОСТ 21552.
Предусматривается защита технических средств от внешних
электрических и магнитных полей, а также помех по цепям питания. Для этих
целей в системе применяются специальные аппаратные и схемные решения:
гальваническая развязка;
применение экранированных пар для передачи электрических
сигналов;
фильтрация помех по цепям питания;
применение микропроцессорной элементной базы с повышенной
помехозащищенностью.
Разрабатываемая система должна быть универсальной, обеспечивать
возможность её использования на широком классе объектов и соответствовать
достигнутому мировому уровню по функциональному развитию, удобству
эксплуатации и обслуживания.
При кодировке позиций КИПиА, а также при разработке схем
автоматизации и соответствующих им мнемосхем следует придерживаться
существующих отечественных стандартов и ГОСТ 21.404-85, которые, в
основном соответствуют международным нормам.
5) Автоматизируемые управляющие функции:
Должна быть реализована функция программного и логического
управления технологическим процессом, осуществляемая за счет решения
задач программно-логического и дистанционного управления в реальном
масштабе времени, таких как минимизация вероятности развития аварийных
ситуаций, их распознавания и парирования с помощью системы
противоаварийной защиты (ПАЗ).