Описание
Программное обеспечение (ПО) АСУ ТП состоит из следующих компонентов:
- Прикладное (специальное) ПО;
- Системное (фирменное, базовое, служебное, инструментальное) ПО.
Прикладное ПО - совокупность программных модулей (стратегий управления), разработанных на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) на языках МЭК 61131-3 для решения конкретной технологической задачи автоматизации промышленного производства. Эту категорию ПО разрабатывает системный интегратор АСУ ТП – наша компания.
Системное ПО – это различные сервисные программы сторонних фирм, используемые при разработке прикладного ПО, работе и обслуживании программно-технический комплекса (ПТК) АСУ ТП: среда разработки программы ПЛК, OPC-серверы и т.п. Эта категория ПО обеспечивает функционирование прикладного ПО и включается в состав комплекса в законченном виде.
Функциональные возможности прикладного ПО:
- cбор и преобразование промышленных нормированных сигналов тока и напряжения (4-20 мА, 0-10В и др.), полученных с датчиков и вторичных преобразователей в инженерные единицы (температура - °C, давление – Па и др.);
- опрос, диагностика и удаленное конфигурирование устройств по полевым шинам (Modbus, Profibus, HART и др.);
- контроль качества технологической информации от полевого оборудования (обрыв, короткое замыкание, потеря связи с устройством, выход за допустимые диапазоны значений);
- управление технологическим оборудованием (преобразователи частоты, насосы, задвижки, дискретные и аналоговые датчики, клапаны, нагреватели и т.п.) на основании собранной технологической информации по заданным алгоритмам в автоматическом режиме и в режиме дистанционного управления по командам, поступающих с автоматизированного рабочего места оператора (АРМ);
- управление технологическим процессом согласно технологическому регламенту;
- регулирование параметров инженерных систем или технологических процессов в заданных значениях;
- технологические блокировки и автоматическая защита технологического оборудования при возникновении аварийных ситуаций;
- подсчет времени наработки и переключений технологического оборудования;
- информационное взаимодействие с внешними системами (пожарная сигнализация, контроль загазованности, комплектные установки от сторонних производителей и др.);
- защита от несанкционированного доступа и изменения.
Методика разработки
Прикладное ПО в основном состоит из функциональных блоков ФБ (алгоритмов управления) двух типов: типовых и технологических.
Типовой ФБ – это отлаженный фрагмент кода, работающий согласно информационной модели конкретного технологического оборудования (преобразователя частоты, насоса, задвижки, клапана, дискретного и аналогового датчика, нагревателя, конвейера и др.). Это библиотечный компонент, который многократно тиражируется по проектам АСУ ТП.
Функциональные возможности типового ФБ:
- смена режимов работы (местный, автоматический и дистанционный);
- слежение за состоянием в местном режиме;
- управление по командам в автоматическом режиме от технологических ФБ;
- управление по командам в дистанционном режиме от команд оператора;
- контроль выполнения команды по времени и обратной связи;
- поддерживание параметров в заданных значениях;
- сигнализация аварийных и предупредительных событий;
- конфигурация динамических параметров;
- технологические защиты и блокировки от ошибочных действий оператора;
- диагностика состояния оборудования по аналоговым и дискретным сигналам;
- выстраивание приоритетов по всем операциям и событиям;
- подсчет времени наработки и переключений;
- другие функции для конкретного технологического оборудования.
Технологический ФБ – это фрагмент кода, который сфокусирован на решении конкретной технологической задачи (управлении насосной станцией, приготовлении продукта и т.п.). Этот компонент прикладного ПО уникален для объекта автоматизации и разрабатывается согласно техническому заданию на программирование.
Процесс проектирования технологических ФБ систематизирован от алгоритмизации до программирования согласно методике SWITCH-технологии [1, 2]. В рамках этой методологии технологический ФБ представляет собой автомат с графами перехода, вершины которого обозначают состояния оборудования и технологического процесса, а дуги показывают переходы между состояниями.
Преимущества автоматного подхода:
- наглядное представление программы в графическом виде;
- возможность декомпозиции программы исходя из практических соображений;
- автоматическое преобразование графического вида в код программы;
- явное описание всех состояний системы, исключение непредсказуемого поведения;
- простота внесения изменений в случае изменения технологического процесса;
- ускоренные сроки разработки, отладки и ввода в эксплуатацию.
[1] Шалыто А.А. «SWITCH-технология. Алгоритмизация и программирование задач логического управления».
[2] Вавилов К.В. «Программируемые логические контроллеры SIMATIC S7-200 (SIEMENS). Методика алгоритмизации и программирования задач логического управления».