Материал: Разработка малоканальной системы удаленного контроля состояния объекта
Разработка малоканальной системы удаленного контроля состояния объекта
Аннотация
Излагается описание процесса разработки малоканальной системы удаленного
контроля состояния объекта. Приведены технико-экономическое обоснование
проекта, анализ аппаратно-программных средств для решения задачи, выполнена
разработка системы на основе модулей фирмы Advantech, созданы экранные формы в SCADA-пакете Advantech Studio, проведена экспериментальная проверка
работоспособности системы, сделаны выводы о целесообразности разработки данной
системы.
Annotation
description of development and keeping the archives of data
about the object under investigation in the information-management systems is
disclosed. The technical economic analysis and substantiation of the subject as
well as the description of subject field and the analysis of ways of archives
keeping in IMS are presented in this paper. There was also described the basic
actions on its realization, experimental checking of the system capacity,
analysis of economic efficiency and advisability of development of the
suggested system of archives keeping.
Оглавление
Введение
. Технико-экономическое обоснование проекта
2. Анализ аппаратно-программных средств для решения задачи
2.1 Аппаратно-программные средства фирмы Advantech
2.1.1 Реализация системы на основе базового блока ADAM-5000/TCP и модулей серии ADAM-5000
2.1.2 Реализация системы на основе модулей серии ADAM-6000
.1.3 Программные средства фирмы Advantech
2.2 Аппаратно-программные средства фирмы Siemens
2.2.1 Программируемые контроллеры S7-1200
2.2.2 Программное обеспечение STEP 7 Basic
.3 Аппаратно-программные средства фирмы WAGO
.3.1 Аппаратное обеспечение фирмы WAGO
.3.2 Программное обеспечение фирмы WAGO
3. Информационный расчёт системы
3.1 Расчет разрядности АЦП
.2 Расчет максимально возможной погрешности восстановления
.3 Восстановление непрерывного сигнала U(t) с помощью интерполяционного метода восстановления
4. Разработка экранных форм HMI
.1 Создание экранов для отображения состояния аналоговых входов
.2 Создание экрана для представления тестового сигнала
.3 Создание экрана исторического тренда
4.4 Разработка экрана отображения состояния дискретных входов
.5 Разработка экрана отображения состояния дискретных выходов
.6 Разработка экрана тревог, их отображение
.7 Разработка экрана истории тревог
.8 Удалённый доступ к каналам системы
5. Моделирование работы отдельных узлов системы
. Экономическая часть
.1 Ленточный график плана выполнения работ
.2 Составление сметы затрат на разработку
.3 Расчет цены на НИР
.4 Выводы по эффективности предложений
. Безопасность и экологичность проекта
7.1 Описание рабочего места, оборудования, выполняемых операций
.2 Идентификация опасных и вредных производственных факторов
.3 Воздействие производственных факторов на организм пользователя
.3.1 Воздействие ПЭВМ на пользователя
.3.2 Воздействие освещённости рабочей зоны
.3.3 Возможность возникновения пожара
.3.4 Микроклиматические условия компьютерного класса
.4 Мероприятия по разработке безопасных условий труда на рабочем месте
.5 Обеспечение электробезопасности на рабочем месте
7.6 Обеспечение пожарной безопасности на рабочем месте
7.7 Расчёт общего искусственного освещения
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к использованию передовой технологии, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действующего, так и проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери. Все это возможно только при условии существенного повышения качества управления промышленными объектами, в том числе путем широкого применения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). АСУТП - комплекс программных и технических средств, предназначенный для управления технологическим оборудованием на предприятии [1].
В последнее время наряду с традиционными терминами АСУ и АСУТП стали использовать термин SCADA. Этот способ управления используется в системах управления сложными динамическими системами в жизненно важных отраслях. За последние 20 лет за рубежом резко вырос интерес к проблемам построения высокоэффективных и надежных SCADA систем. Основными областями применения SCADA-систем являются: производство, управление передачей и распределением электроэнергии; промышленное производство; водозабор, водоочистка и водораспределение; добыча, транспортировка и распределение нефти и газа; управление космическими объектами; управление на различных видах транспорта; телекоммуникации; военная область. Существует два типа управления объектами в SCADA: автоматическое и инициируемое оператором. Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (рисунок 1).
Первый элемент - Remote Terminal Unit (RTU - удаленный терминал),
осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. К RTU
относятся аппаратные средства от датчиков, осуществляющих съем измерительной
информации от объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых
вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме
жесткого реального времени. Реализация системы определяется областью
применения.
Рисунок 1 - Основные структурные компоненты SCADA-системы
Второй элемент - Master Terminal Unit (MTU - диспетчерский пункт управления), осуществляющий обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме «мягкого» реального времени. Одна из основных функций MTU - обеспечение человеко-машинного интерфейса (HMI).
Третий элемент SCADA - это Communication System (CS) - коммуникационная система, необходимая для передачи данных от удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU.
Автоматизация процесса проектирования АСУТП тесно связана с соответствующим ПО - со SCADA-пакетами. В них удобно и эффективно создавать проекты, содержащие как тысячи тегов, так и их весьма ограниченное число [2].
Тема данного дипломного проекта связана с выбором аппаратно-программных
средств для построения малоканальной системы контроля состояния объекта,
использующих современные сетевые технологии.
1. Технико-экономическое обоснование проекта
технологии уже давно проникли в частную жизнь. Сейчас привычными стали электронная почта, поиск информации в Интернете и Интернет-магазины. Использование web-услуг стало само собой разумеющимся не только на домашних компьютерах, даже портативные мобильные телефоны везде и всегда обеспечивают доступ во всемирную сеть. На фоне информационно-технической революции утвердились методы и технологии IT-сектора. Тогда как поначалу выход в Интернет осуществлялся с помощью аналогового модема и путем набора телефонного номера, сегодня подключение к Интернет производят ADSL-маршрутизаторы.
Если еще несколько лет назад и не думалось о том, что «обычный потребитель» сможет создавать Firewalls, LAN-сети и почтовые ящики, то сегодня это стало реальностью. Эта тенденция не обходит стороной и автоматизацию. Растет спрос на web-функции и их признание конечными потребителями, что обусловлено аналогичными тенденциями в частном секторе. Более того, тот, кто игнорирует этот тренд, скоро лицом к лицу столкнется с такими вопросами, как например: «Я могу подсоединиться к моей web-камере за 15 евро через мобильный телефон, почему же я не могу так же просто просмотреть производственные показатели оборудования стоимостью в 100.000 евро?» [3].
Совершенствование Internet-технологий и их распространение на различные сферы деятельности закономерно привело к появлению программного обеспечения для автоматизации производства, позволяющего организовать передачу информации через Internet/Intranet.
Необходимость использования технологий Internet/Intranet на производстве обусловлена растущими потребностями в предоставлении информации о процессе и состоянии технологического оборудования удаленным пользователям: технологам, механикам, руководителям предприятий, а также фирмам изготовителям оборудования. Применение технологий Internet/Intranet обеспечивает пользователей SCADA-систем, управляющих удаленными участками производства, например, трубопроводами или нефтепромыслами, актуальной информацией о технологическом процессе. Большинство крупных компаний, занимающихся промышленной автоматизацией, делают в последних версиях своего программного обеспечения упор на развитие Internet-технологий. Такое внимание обусловливается возрастанием количества информации, доступ к которой можно получить через Интернет. Основное направление такого развития - создание промышленных порталов.
Можно выделить следующие функции, реализация которых требуется в продуктах на базе Internet-технологий [4]:
· удаленное управление;
· создание и публикация отчетов;
· планирование производства;
· управление материально-техническими запасами;
· предоставление информации для финансовых структур и др.
Причем вся информация должна предоставляться в едином формате, и должна быть доступна с помощью стандартных средств.
При создании программы для рабочего места оператора АСУ ТП, как правило, нужно реализовать типичный набор функций, которые повторяются во всех проектах автоматизации [5]:
– органы управления различных типов, например кнопки, рубильники, ползунковые или поворотные регуляторы;
– экранные формы отображения параметров процесса типа стрелочных, полосковых или цифровых индикаторов, а также сигнализирующие табло различной формы и содержания;
– возможность создания архивов аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (так называемые тренды), а также полное или выборочное сохранение параметров процесса через заданные промежутки времени постоянно или по условию;
– упрощенный язык для реализации алгоритмов управления, математических и логических вычислений;
– средства документирования, как самого алгоритма, так и технологического процесса;
– ядро или монитор реального времени, который обеспечивает детерминизм поведения системы или, иными словами, предсказуемое время от клика на внешние события;
– драйверы к оборудованию нижнего уровня АСУ ТП;
– сетевые функции;
– средства защиты от несанкционированного доступа в систему;
– многооконный графический интерфейс и другие очевидные функции, такие как импорт изображений и создание собственных библиотек алгоритмов, динамических объектов, элементов мнемосхем и т. п.
Одним из главных преимуществ использования web-технологий в системах автоматизации является экономия времени, возможность контроля параметров важных процессов, своевременного оповещения технического персонала о необходимости обслуживания системы или о нештатных ситуациях по электронной почте, телефону или, например, с помощью отправки SMS-сообщения на мобильный телефон. Другое не менее важное преимущество - это возможность эффективного управления территориально распределенными системами из одного центра, а также возможность оптимального планирования, например, поставок сырья или продукции на основе оперативной информации о текущих потребностях и состоянии склада, доступной через сети Internet/Intranet.
Ключевыми компонентами для построения таких систем являются [6]:
· управляющие контроллеры, обеспечивающие интерфейс с технологическим процессом, которым мы хотим управлять;
· web-сервер, делающий доступными эти «управляющие страницы» для удаленного браузера;
· средства для обмена данными между «тонким» сервером и удаленным «тонким» клиентом, для работы которого необходим только стандартный браузер.
Дипломный проект посвящен разработке малоканальной системы удалённого контроля состояния объекта. В данном проекте ставятся следующие задачи:
– выбор модулей для сбора данных с 4 аналоговых каналов;
– выбор модулей для выдачи 2 аналоговых сигналов;
– выбор модулей для ввода по 6 и вывода по 8 дискретным каналам;
– минимизация затрат на разрабатываемую систему;
– разработка приложения для визуального отображения параметров технологического процесса и управления этими параметрами, в том числе с помощью web-технологий.
При разработке системы следует учитывать следующие ограничения:
– максимальная частота в спектре сигналов fmax = 0,1 Гц;
– погрешность преобразования - 1%;
– условие применения системы - локальная сеть предприятия типа Ethernet.
2. Анализ аппаратно-программных средств для решения задачи
Для реализации заданной системы необходимо выбрать соответствующие аппаратные и программные средства. Рассмотрим представленные ведущими мировыми производителями на рынке модульные системы автоматизации и средства их программирования.
.1 Аппаратно-программные средства фирмы Advantech
Фирма Advantech является одним из крупнейших в мире производителей IBM PC совместимых компьютеров, рабочих станций, панелей управления, встраиваемых компьютеров, контроллеров и устройств сбора и обработки данных для применения в системах автоматизации в промышленности, на транспорте и в других отраслях, а также для компьютерной телефонии и других телекоммуникационных приложений.
Используя аппаратные средства фирмы Advantech, можно реализовать два варианта построения системы удалённого контроля состояния объекта:
) на основе базового блока ADAM-5000/TCP и его модулей серии ADAM-5000;
) на основе интеллектуальных модулей серии ADAM-6000.
2.1.1 Реализация системы на основе базового блока ADAM-5000/TCP и модулей серии ADAM-5000
Устройство ADAM-5000/TCP, имеющее встроенный порт Ethernet со скоростью обмена 10/100 Мбит/с, предоставляет большому числу управляющих компьютеров прямой доступ к данным о состоянии контролируемого объекта с помощью OPC-сервера или элементов управления ActiveX. При этом устройство ADAM-5000/TCP использует популярный сетевой протокол ModBus/TCP для промышленных сетей на базе технологии Ethernet. Использование этого протокола позволяет легко интегрировать устройства ADAM-5000/TCP со SCADA-системами или другими пользовательскими приложениями, которые поддерживают протокол ModBus. При этом пользователю нет необходимости использовать какой-либо специфический драйвер для ADAM-5000/TCP.
Структура базового блока ADAM-5000/TCP приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Структура базового блока ADAM-5000/TCP
Особенности базового блока [7]:
32-разрядный RISC-процессор Strong ARM фирмы Intel;
объем ОЗУ: 4 Мб;
флэш-ПЗУ: 512 Кб для пользовательских прикладных программ;
порт 10/100 Base-T с автонастройкой скорости обмена;
ОС РВ: MS DOS;
поддержка протокола ModBus/TCP;
максимальная протяженность линии связи 100 м (без повторителя);
возможность удаленной конфигурации через сеть Ethernet;
сторожевой таймер;
потребляемая мощность - 5 В;